مبادل حراري تبريد بالهواء

أنواع مبادلات الحرارة المبردة بالهواء

مبادل الحرارة المبرد بالهواء هو جهاز يستخدم لنقل الحرارة من سائل إلى آخر بمساعدة الهواء المحيط أو تدفق الهواء لأغراض التبريد. يتمثل التصميم الهندسي الأساسي لمبادل الحرارة المبرد بالهواء في تعظيم سطح التلامس بين السائل والهواء. تُستخدم مبادلات الحرارة المبردة بالهواء بشكل شائع في صناعة السيارات لتبريد المحركات والمبردات.

تُستخدم مبادلات الحرارة المبردة بالهواء في العديد من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك النفط والغاز، والكيميائية والبتروكيماوية، وتوليد الطاقة، والمياه والصرف الصحي، والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء، ومعالجة الأغذية. تتوفر تصاميم مختلفة توفر المرونة لاختيار مبادل حرارة هوائي يتناسب مع متطلبات العملية المحددة.

• مبادل حرارة أنبوبي مزعنف بالهواء:

  نوع شائع من مبادلات الحرارة هو أن السوائل المتدفقة تكون منفصلة بواسطة أنابيب. تحتوي حزم الأنابيب على حزمتين أو أكثر من حزم الأنابيب المفتوحة من كلا الطرفين. يتم استقبال الحزمة وإدراجها في صفيحة أنبوب تسمح عادةً بدائرة مائية مغلقة. يحتوي مبادل الحرارة الأنبوبي المزعنف بالهواء على تحسين للسطح الخارجي على شكل زعانف، وهي طريقة شائعة تستخدم لزيادة مساحة سطح نقل الحرارة.

• مبرد الهواء مع عنصر نقل حرارة شريطي وصفيحي:

  تستخدم مبادلات الحرارة الشريطية والصفيحية سلسلة من الشرائط والصفائح لإنشاء قنوات لتدفق السوائل ونقل الحرارة. يتكون التصميم من صفائح مسطحة ذات تموجات داخلية تخلق قنوات ضيقة متعددة عند تراكبها معًا. يزيد هذا التصميم من مساحة السطح لنقل الحرارة مع الحفاظ على حجم صغير. توجد مبردات الهواء بشكل شائع في مبردات السيارات، والتي تبرد الهواء المضغوط من التوربو قبل دخوله المحرك.

• مبادلات حرارة مدمجة مبردة بالهواء:

  تستخدم مبادلات الحرارة المدمجة أنماط سطح مصنعة خصيصًا لتعظيم نقل الحرارة مع تقليل كمية المواد المطلوبة. من بينها تصميم الزعنفة والصفيحة الشهير المشتق من تراكب العديد من الصفائح المتوازية ذات الأخاديد بينها. تعطي الأخاديد للصفائح مساحة سطح أكبر مع حصر السوائل في قنوات ضيقة بين الصفائح في الوقت نفسه.

• مبادلات حرارة أنبوب دوامة مبردة بالهواء:

  تكمن وظيفة مبادل حرارة أنبوب دوامة مبرد بالهواء في نقل الحرارة بين سائلين دون اختلاطهما. قد تكون السوائل سوائل أو غازات. قد يُطلق على الجهاز اسم مبرد مُغلف أو مبرد مُغلف مزدوج. يُطلق على المكون الفاصل الأساسي اسم "ثرموشيب" ، ويتم فصل السوائل في غلافين أو أكثر متوازيين.

مواصفات وصيانة مبادلات الحرارة المبردة بالهواء

يعتمد أداء كل من مبادلات الحرارة الهواء إلى الهواء ومبادلات الحرارة الهواء إلى السوائل بشكل أساسي على مواصفاتها التصميمية. المواصفات الشائعة هي كما يلي.

• المادة: تُصنع مبادلات الحرارة المبردة بالهواء بشكل شائع من الألومنيوم أو النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الكربوني. تُعد سبائك الألومنيوم والنحاس خيارات مقاومة للتآكل وخفيفة الوزن ومتينة. من ناحية أخرى، يجعل الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ مبادلات الحرارة مثالية للصناعات ذات درجات الحرارة العالية.
• الحجم والوزن: مبادلات الحرارة الهوائية مدمجة وخفيفة الوزن. على سبيل المثال، يبلغ وزن طراز Tundra 8665 493 جرامًا فقط وله أبعاد 60 مم × 605559 مم. تُسهل الأبعاد الصغيرة وخفة الوزن النقل بسهولة. كما أنه يسمح بالتثبيت في المساحات الضيقة.
• تصميم الزعنفة / الأنبوب: يؤثر تخطيط الزعنفة / الأنبوب أيضًا على نقل الحرارة. على سبيل المثال، تحتوي مخططات الأنابيب المزعنفة المتداخلة على مساحات سطح أكبر من مخططات الأنابيب المربعة. وبالتالي، فإن المخططات المتداخلة تحقق نقل حرارة أفضل.
• تصنيفات الأداء: تشير معاملات نقل الحرارة إلى أداء مبادلات الحرارة المبردة بالهواء. تُظهر المعاملات الأعلى أن المبادل أكثر كفاءة في نقل الحرارة. بشكل عام، يكون معامل جانب الأنبوب أعلى من معامل جانب الغلاف لمبادلات الأنابيب المزدوجة.

تُقلل كفاءة عمل مبادلات الحرارة الهوائية مع مرور الوقت بسبب تراكم الغبار على السطح وممرات تدفق الهواء. لذلك، فإن التنظيف المنتظم ضروري للأداء الأمثل.

• التنظيف الجاف: في هذه الطريقة، يقوم الفني بفرك المبادل بلطف باستخدام فرشاة ناعمة لإزالة الحطام السطحي السائب. بعد عملية الفرشاة، يتم نفخ مبادل الحرارة باستخدام هواء مضغوط لفصل الحطام الساكن السائب داخل الممرات. يُعد التنظيف الجاف مثاليًا لمبادلات الحرارة التي تحتوي على غبار أقل اعتدالاً.

بالنسبة للغبار المعتدل بشكل طفيف، قد يختار المستخدمون التنظيف الرطب

• التنظيف الرطب: أولاً، يتم تحضير محلول بيولوجي، والذي يتكون من 5٪ محلول أمب، 5٪ محلول موجة، و 90٪ ماء. ثم يتم رش المحلول باستخدام مضخة على سطح المبرد. تأكد من أن المحلول يشمل حوالي ثلث المبرد. بعد حوالي 15-20 دقيقة، استخدم نفاثة ماء عالية الضغط لإزالة المحلول والأوساخ من المبرد. يجب أن تكون نفاثة الماء عالية الضغط 15 لترًا على الأقل في الدقيقة مع ضغط 500 PSI. يمكن تحييد المحلول المتبقي على المبرد باستخدام محلول خليك بنسبة 5٪ قبل تصريفه إلى نظام الصرف. يُعد التنظيف الرطب مثاليًا لمبادلات الحرارة المبردة بالهواء التي تحتوي على كمية كبيرة من الأوساخ بشكل متكرر.

سيناريوهات مبادلات الحرارة المبردة بالهواء

تُعد مبادلات الحرارة المبردة بالهواء، كأجهزة متعددة الاستخدامات وضرورية، تطبيقات في قطاعات وصناعات متنوعة.

• توليد الطاقة:

  في قطاع توليد الطاقة، تُستخدم مبادلات الحرارة المبردة بالهواء عادةً لمحطات الطاقة وتبريد المكثفات. هذا صحيح بشكل خاص لقطاعات توليد الطاقة النووية والدورة المركبة والغاز الطبيعي. غالبًا ما يُفضل استخدام مبردات الهواء على مبردات المياه بسبب تأثيرها البيئي الأقل.

• صناعة البتروكيماويات:

  داخل صناعة البتروكيماويات، تُخدم مبادلات الحرارة المبردة بالهواء مجموعة متنوعة من الأغراض. تُستخدم لتبريد وتكثيف الغازات والأبخرة، وكذلك لتسخين وتبريد الزيوت والمياه والسوائل الأخرى.

• صناعة الهيدروكربونات والكيميائية:

  تلعب مبادلات الحرارة المبردة بالهواء أيضًا دورًا مهمًا داخل الصناعة الكيميائية. يمكن استخدامها لتبريد أنظمة التفاعل والمفاعلات، وكذلك لتبريد الغازات والأبخرة وتسخين وتبريد السوائل.

• صناعة المواد:

  في صناعة المواد، تُستخدم مبادلات الحرارة المبردة بالهواء على نطاق واسع لتبريد المعادن والبلاستيك ومواد البناء وغيرها من العمليات. يمكن استخدام هذا النوع من المعدات في مجالات المعادن والسيراميك والبلاستيك والبناء، مما يوفر تبريدًا وتبادلًا حراريًا فعالين.

• المعالجة البيئية ومعالجة المياه:

  تقدم مبادلات الحرارة المبردة بالهواء أيضًا دعمًا أساسيًا في تطبيقات معالجة المياه والبيئة. تُستخدم بشكل أساسي في مرافق معالجة النفايات وتحلية المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي، مما يساهم بشكل كبير في الاستدامة البيئية.

• صناعة الأدوية والأغذية:

  داخل صناعات الأدوية والأغذية، تُعد مبادلات الحرارة المبردة بالهواء ضرورية. تلعب دورًا حيويًا في مجالات مثل تسخين وتبريد السوائل والبسترة والتعقيم والمزيد. يضمن إدخال هذه المبادلات عمليات إنتاج فعالة ونظيفة.

• المناجم والسكك الحديدية:

  تجد مبادلات الحرارة المبردة بالهواء أيضًا استخدامًا واسعًا في صناعات المناجم والسكك الحديدية. تُستخدم بشكل أساسي لتبريد زيت التشحيم وزيت ناقل الحركة والزيت الهيدروليكي وغيرها من المعدات. يضمن تشغيلها المستقر عالي الأداء تشغيل وصيانة المعدات بشكل طبيعي.

كيفية اختيار مبادلات الحرارة المبردة بالهواء

عند اختيار مبادلات الحرارة المبردة بالهواء للتطبيقات الصناعية، ضع في الاعتبار العوامل التالية:

• التصميم والتكوين:

  اعتمادًا على التطبيق الصناعي المحدد، اختر التصميم والتكوين المناسبين للاحتياجات. قد يتم اختيار خيارات مثل التدفق العرضي الزاوي أو التدفق المتوازي أو التدفق المعاكس أو متعرج اعتمادًا على نوع الصناعة أو العملية.

• الحجم والقدرة:

  اختر مبادلات الحرارة ذات الحجم والقدرة المثلى التي توفر معدلات نقل الحرارة المطلوبة دون حدوث انخفاضات ضغط زائدة. من المهم تذكر مساحة التثبيت المتاحة.

• توافق المواد:

  تساعد المواد المتوافقة على تجنب مشاكل التآكل أو التدهور. حدد مواد إنشاء المبادل لضمان عمله بشكل مناسب في ظل الظروف البيئية المعطاة.

• ظروف التشغيل:

  تُعد ظروف التشغيل عاملاً حاسمًا لشراء مبادل حرارة هوائي. اختر تصنيفات درجة الحرارة والضغط. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يتم الاختيار أيضًا بناءً على مساحة نقل الحرارة المطلوبة.

• إمكانية التنظيف:

  على الرغم من عدم صراحة ذلك تمامًا، فإن مبادل الحرارة الهوائي يحتاج أيضًا إلى التنظيف والصيانة مع مرور الوقت. عند الاختيار، فكر في إمكانية الوصول إلى الأجهزة، والأسطح القابلة للتنظيف وميزات التصميم التي تسمح بالتنظيف الروتيني.

• كفاءة الطاقة:

  اختر مبادل حرارة ذو فعالية حرارية عالية لتحسين استخدام الطاقة في النظام وتقليل تكاليف التشغيل.

• مستوى الضوضاء:

  قد تسبب بعض تصاميم مبادلات الحرارة المبردة بالهواء ضوضاء، والتي قد تصبح مشكلة. يجب فحص مستويات الضوضاء في الجهاز، خاصةً إذا تم تصميم مبادلات الحرارة داخل أو بالقرب من مواقع حساسة.

أسئلة شائعة حول مبادلات الحرارة المبردة بالهواء

س1: هل يستخدم مبادل الحرارة الهوائي الكهرباء؟

ج1: لا، لا تستخدم مبادلات الحرارة الكهرباء. تتمثل وظيفة مبادل الحرارة في نقل الحرارة من سائل إلى آخر دون اختلاط أي من السوائل. تحدث العملية بشكل طبيعي ؛ تنتقل الحرارة من السائل الأكثر سخونة إلى السائل الأكثر برودة.

س2: هل مبادل الحرارة هو نفسه المكثف الهوائي؟

ج2: لا، مبادل الحرارة والمكثف الهوائي ليسا متماثلين. يجمع المكثف الهوائي الحرارة من المبرد ويطلقها إلى الغلاف الجوي. من ناحية أخرى، ينقل مبادل الحرارة الحرارة بين سائلين.

س3: ماذا يحدث إذا لم يتم تنظيف مبادل الحرارة؟

ج3: إذا لم يتم تنظيف مبادل الحرارة، فسيتراكم الأوساخ على جانبي الأنبوب وخارجها. نتيجة لذلك، ستزداد مقاومة تدفق الهواء أو الماء، وستتأثر نقل الحرارة، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة. قد يحدث أيضًا زيادة في استخدام الطاقة وارتفاع درجة الحرارة في آلات ومعدات مختلفة.