مبادل حراري لوحي

المبدأ الهيكلي

البنية الأساسية

تتكون المبادلات الحرارية اللوحية بشكل أساسي من صفائح نقل الحرارة، والحشيات، وأدوات التثبيت (مثل مسامير التثبيت وصفائح التثبيت)، والإطار. تُشكل صفائح نقل الحرارة المكون الأساسي، وعادةً ما تكون مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، أو سبائك التيتانيوم، أو مواد معدنية أخرى، وتتميز بموصلية حرارية جيدة ومقاومة للتآكل.

تُحكم الحشيات إغلاق الصفائح لمنع اختلاط السائلين. وتُستخدم أدوات تثبيت لضغط مجموعة الصفائح معًا، مما يضمن التصاقًا محكمًا وعزلًا جيدًا بين الصفائح.

مبدأ العمل

يعتمد مبدأ عمل المبادل الحراري اللوحي على التوصيل الحراري. يتدفق سائلان بدرجات حرارة مختلفة في قنوات لوحية متجاورة، فتنتقل الحرارة من السائل عالي الحرارة إلى السائل منخفض الحرارة عبر اللوحين، مما يؤدي إلى تبادل حراري.

بسبب الشكل المموج للصفائح، يتم إنشاء اضطراب داخل القنوات، مما يزيد من مساحة التلامس بين السائل والصفائح ويحسن كفاءة تبادل الحرارة.

سمات

المزايا

كفاءة عالية في تبادل الحرارة: بفضل التصميم المموج للصفائح، يُشكّل السائل اضطرابًا داخل القنوات، مما يزيد من مساحة التلامس بين السائل والصفائح. يكون معامل انتقال الحرارة عادةً أعلى بـ 35 مرة من معامل المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب.

هيكل مضغوط: منطقة تبادل حراري كبيرة لكل وحدة حجم، مما يوفر المساحة ويسهل التركيب والصيانة.

مرونة عالية: يمكن تعديل منطقة تبادل الحرارة بسهولة عن طريق زيادة أو تقليل عدد الألواح للتكيف مع متطلبات تبادل الحرارة المختلفة.

سهولة التنظيف: يمكن تفكيك الألواح وتنظيفها بسهولة، مما يمنع تراكم الأوساخ من التأثير على أداء تبادل الحرارة.

العيوب

متطلبات إحكام عالية: لأن الألواح مُحكمة الإغلاق بحشوات، فإن جودة الحشوات وتركيبها أمران بالغي الأهمية. قد يؤدي تلف الحشوات بسهولة إلى تسرب السوائل.

مقاومة محدودة للضغط: بالمقارنة مع المبادلات الحرارية القشرية والأنبوبية، تتمتع المبادلات الحرارية اللوحية بمقاومة ضغط أضعف نسبيًا وهي مناسبة بشكل عام للتطبيقات ذات الضغط المتوسط إلى المنخفض.

متطلبات جودة مياه عالية: إذا احتوى السائل على عدد كبير من الشوائب أو الجسيمات، فقد يسد قنوات الصفائح بسهولة، مما يؤثر على أداء التبادل الحراري. لذا، يلزم معالجة مسبقة للسائل.

مجالات التطبيق

القطاع الصناعي

الصناعة الكيميائية: تستخدم لاستعادة الحرارة وتنظيمها في عمليات التفاعل الكيميائي المختلفة، مثل استعادة الحرارة في برج تصنيع الأمونيا أثناء إنتاج الأمونيا.

صناعة تجهيز الأغذية: تُستخدم في عمليات التسخين والتبريد والتعقيم للأغذية، مثل بسترة الحليب وتركيز عصائر الفاكهة. وتوفر هذه الصناعة نظافةً عالية، وتضمن جودة وسلامة الأغذية.

صناعة الأدوية: تستخدم في تسخين وتبريد وتبخير محاليل الأدوية أثناء إنتاج الأدوية، وتلبية معايير النظافة والجودة الصارمة.

الصناعة المعدنية: تستخدم لتبريد المصهورات ذات درجات الحرارة العالية واستعادة الحرارة المهدرة، وتحسين كفاءة الطاقة وخفض تكاليف الإنتاج.

القطاع المدني

أنظمة التدفئة: في أنظمة التدفئة المركزية، تستخدم للتبادل الحراري في محطات التدفئة، ونقل الحرارة من الماء الساخن لشبكة التدفئة إلى نظام الماء الساخن الخاص بالمستخدم، مما يحسن كفاءة التدفئة.

أنظمة تكييف الهواء: في أنظمة تكييف الهواء المركزية، تستخدم لتبادل الحرارة بين مياه التبريد والمياه المبردة، مما يضمن التشغيل العادي لنظام تكييف الهواء.

الاختيار والصيانة

نقاط الاختيار الرئيسية

حساب التبادل الحراري: تحديد الحرارة التي يجب نقلها بناءً على متطلبات العملية واختيار منطقة تبادل حراري مناسبة.

خصائص السوائل: ضع في الاعتبار عوامل مثل درجة حرارة السوائل والضغط ومعدل التدفق والتآكل لاختيار مواد الألواح والحشيات المناسبة.

مساحة التثبيت: حدد نموذج وحجم المبادل الحراري اللوحي المناسب بناءً على مساحة التثبيت المتاحة.

الاقتصاد: قم بدراسة شاملة لتكلفة الشراء وتكلفة التشغيل وتكلفة الصيانة لاختيار المعدات ذات نسبة التكلفة إلى الأداء العالية.

إجراءات الصيانة

التفتيش الدوري: قم بفحص حالة تآكل الحشيات بشكل منتظم واستبدال الحشيات التالفة على الفور لمنع تسرب السوائل.

التنظيف والصيانة: فكّ وتنظيف الألواح بانتظام لإزالة الأوساخ وضمان كفاءة التبادل الحراري. استخدم مواد التنظيف المناسبة لتجنب تآكل الألواح.

منع التحميل الزائد: تجنب تشغيل المعدات في ظل ظروف تتجاوز الضغط ودرجة الحرارة التصميمية لمنع تلف المعدات.

تسجيل معلمات التشغيل: سجل معلمات تشغيل المعدات، مثل درجة حرارة السائل، والضغط، ومعدل التدفق، لتسهيل الكشف عن التشوهات ومعالجتها في الوقت المناسب.

المبادلات الحرارية اللوحية هي أجهزة تبادل حراري عالية الأداء ذات تطبيقات واسعة. في التطبيقات العملية، ينبغي اختيار النموذج المناسب بناءً على الاحتياجات المحددة، مع تعزيز صيانتها وإدارتها لضمان تشغيلها المستقر على المدى الطويل.