مبادل حراري من الإكسرجي

أنواع مُبادلات الحرارة إكسيرجي

مُبادل الحرارة هو معدات تنقل الحرارة من مادة إلى أخرى. قد تكون هذه المادة غازًا أو سائلًا أو مزيجًا من الاثنين. **مُبادل الحرارة إكسيرجي** هو نوع متخصص من مُبادلات الحرارة يهدف إلى تقليل أو القضاء على فقدان الطاقة غير القابل للرجوع خلال نقل الحرارة.

يمكن أن تأتي مُبادلات الحرارة إكسيرجي بأشكال عديدة.

• مُبادل الحرارة ذو الأنبوب المزدوج:

  يتكون مُبادل الحرارة ذو الأنبوب المزدوج من أنبوبين متوازيين. ينقل أحد الأنابيب السوائل التي ستتبادل الحرارة، بينما ينقل الأنبوب الآخر سائلًا سينقل الحرارة. يوفر مُبادل الحرارة ذو الأنبوب المزدوج تدفقًا معاكسًا وتدفقًا متوازيًا. يحدث التكوين ذو التدفق المعاكس عندما تتدفق السائلين في الاتجاه المعاكس لبعضهما البعض. هذا يسمح بزيادة الكفاءة وإنتاج حرارة أفضل. من ناحية أخرى، يحدث التدفق المتوازي عندما يتدفق كلا السائلين في نفس الاتجاه. تتمتع مُبادلات الحرارة ذات التدفق المتوازي بكفاءة أقل مقارنة بالتدفق المعاكس.

• مُبادل الحرارة اللوحي:

  يستخدم مُبادل الحرارة اللوحي ألواحًا لنقل الحرارة حصريًا. تُستخدم هذه المعدات بشكل شائع في الإعدادات الصناعية. تُثبت الألواح في هذا مُبادل الحرارة المموجة بين حاويتين أو رؤوس. يوفر تصميم الألواح مساحة سطح أكبر لنقل الحرارة. هذا يسمح للسوائل بالمرور من جانب إلى آخر عبر الألواح المموجة. مثل مُبادل الحرارة ذو الأنبوب المزدوج، يمكن أن يكون مُبادل الحرارة اللوحي أيضًا مُبادلًا ذات تدفق معاكس أو متوازي.

• مُبادل الحرارة الكروي:

  مثال على مُبادل الحرارة من الهواء إلى السائل. إنه أكثر أنواع مُبادلات الحرارة شيوعًا في محطات الطاقة النووية والمصانع الكيميائية ومصافي النفط. تنقل هذه المعدات الحرارة من الغاز إلى السائل. هناك العديد من التصميمات لمُبادل الحرارة الكروي، بما في ذلك مُبادلات الحرارة ذات القشرة والأنابيب والمفاعلات ذات السرير السائل. في مفاعلات السرير السائل، يتحرك سائل التسخين - عادةً الرمال الساخنة - بشكل مستمر في جميع أنحاء الحاوية، وينقل الحرارة إلى المادة التي يتم معالجتها. يعمل مُبادل الحرارة الأنبوبي الكروي من الهواء عندما يتم دفع الهواء عبر سلسلة من الزعانف أو الأنابيب المتصلة بنظام تبريد أو تسخين. تُستخدم بشكل شائع في محركات الاحتراق الداخلي.

مواصفات وصيانة مُبادلات الحرارة إكسيرجي

• المادة:

  يجب أن تكون مواد مُبادلات الحرارة متوافقة مع درجات حرارة السوائل وضغوطها وخصائصها الكيميائية. تشمل المواد المستخدمة بشكل شائع الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس والفولاذ الكربوني أو السبائك.

• البنية والحجم:

  يشمل هيكل مُبادل الحرارة اللوح أو القشرة أو الأنبوب أو المكون الآخر. يشمل الحجم الطول والعرض والارتفاع والقطر. يجب أن يلبي الحجم حدود مساحة التثبيت ومتطلبات نقل الحرارة.

• الأداء:

  يتم قياس أداء مُبادلات الحرارة عادةً من خلال مساحة نقل الحرارة الفعالة ومعامل نقل الحرارة وانخفاض الضغط، وما إلى ذلك. يجب أن تلبي هذه المؤشرات المتطلبات المحددة لضمان أداء المعدات وكفاءتها.

• طريقة الاتصال:

  عادةً ما تحتوي مُبادلات الحرارة على طرق توصيل متعددة، مثل شفرات التوصيل والمفاصل الملحومة، وما إلى ذلك. يجب أن تكون طرق الاتصال متوافقة مع الأنابيب المتصلة لضمان عدم وجود تسرب وسهولة التركيب.

• معلمات التشغيل:

  تشمل معلمات التشغيل درجة الحرارة والضغط والتدفق، وما إلى ذلك. يجب أن تكون هذه المعلمات ضمن حدود تشغيل مُبادل الحرارة لتجنب التلف والمخاطر على السلامة.

الصيانة

تحافظ الصيانة الدورية لمُبادلات الحرارة على أدائها وتطيل عمر الخدمة.

• التفتيش الروتيني:

  يجب على المستخدمين تحديد جدول تفتيش منتظم بناءً على ظروف التشغيل المحددة وتنفيذ عمليات تفتيش منتظمة. تضمن عمليات التفتيش الروتينية أن مُبادلات الحرارة في حالة تشغيل جيدة. يجب على المستخدمين التحقق من المكونات بحثًا عن علامات التلف أو التآكل أو التسرب. في حالة العثور على أي مشكلات، يجب إصلاحها على الفور. أيضًا، يجب على المستخدمين مراقبة المعلمات الرئيسية مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق. يجب التأكد من أن معلمات التشغيل ضمن النطاقات المحددة. في حالة العثور على أي شذوذ، يجب تحليل الأسباب واتخاذ الإجراءات التصحيحية على الفور.

• التنظيف وإزالة الترسبات:

  مع مرور الوقت، قد تتراكم الأوساخ والحجم، وما إلى ذلك، في مُبادلات الحرارة، مما قد يؤثر على كفاءة نقل الحرارة. لذلك، يجب على المستخدمين تحديد طرق التنظيف وتواترها بناءً على بيئة التشغيل والسوائل. عند التنظيف، احرص على تجنب إتلاف أسطح تبادل الحرارة واختر مواد التنظيف والأدوات المناسبة. في حالة وجود قشور، يجب على المستخدمين اختيار مواد إزالة الترسبات والطرق المناسبة. يجب التأكد من عودة مُبادلات الحرارة إلى حالتها المثلى بعد التنظيف.

• انتبه إلى زيت التشحيم:

  في حالة احتواء مُبادل الحرارة على مكونات تتطلب زيت تشحيم، يجب على المستخدمين فحص زيت التشحيم وإضافته بانتظام. يجب التأكد من نظافة زيت التشحيم وتلبية متطلبات المعدات. بالإضافة إلى ذلك، يجب على المستخدمين الانتباه إلى درجة حرارة التشغيل وضغط مُبادل الحرارة. يجب أن تكون تلك المعلمات ضمن النطاقات المحددة لتجنب التحميل الزائد وتلف المعدات.

سيناريوهات الصناعة لمُبادلات الحرارة إكسيرجي

يمكن العثور على تطبيق مُبادلات إكسيرجي في مجموعة متنوعة من المجالات:

• الصناعة

  في المناطق الصناعية مثل الهندسة الكيميائية وصناعة الأغذية، غالبًا ما توجد مشكلات في التبريد والتسخين. تُستخدم مُبادلات الحرارة إكسيرجي بشكل أساسي لتحقيق نقل درجة الحرارة بين مواد السوائل المختلفة، مما يمكن أن يساعد في تلبية الاحتياجات الإنتاجية المختلفة. في الوقت نفسه، سيتم تحسين كفاءة الطاقة من خلال تقليل فقدان الطاقة أثناء عملية الإنتاج، مما يسهل التنمية المستدامة للصناعات.

• توليد الطاقة

  تُوجد مُبادلات الحرارة ذات الكفاءة العالية بشكل شائع في أنظمة توليد الطاقة، مثل التوربينات البخارية والتوربينات الغازية. تلعب دورًا مهمًا في نقل الحرارة لرفع درجة حرارة سوائل العمل، مما يمكن أن يساعد في تحسين كفاءة توليد الطاقة، وتعزيز تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.

• الفضاء الجوي

  تُعد مُبادلات الحرارة مكونات أساسية في مجالات الفضاء الجوي والفضاء. تُستخدم بشكل أساسي لتخفيف الحرارة والحفاظ على درجات حرارة مستقرة للمركبات الفضائية والمحركات، مما يمكن أن يضمن التشغيل الآمن والطبيعي للمعدات في مناطق الفضاء الخارجي. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم مُبادلات الحرارة في مجال الفضاء الجوي عادةً باستخدام تقنيات ومواد متطورة لتلبية المتطلبات الخاصة وظروف البيئة لاستكشاف الفضاء.

• البحرية

  وظيفة مُبادلات الحرارة في الصناعة البحرية هي إنشاء نقل الحرارة بين سوائل مختلفة. على وجه التحديد، يشمل ذلك التبريد والتسخين وإزالة الملوحة من مياه البحر، وما إلى ذلك. يمكن أن يضمن نقل الحرارة هذا الذي تم إجراؤه بواسطة مُبادلات الحرارة التشغيل الطبيعي والأداء الجيد للمعدات البحرية، مثل السفن ومنصات البترول البحرية.

• السيارات

  تُعد مُبادلات الحرارة إكسيرجي جزءًا حيويًا من السيارة، بما في ذلك المبردات والتبريدات المتوسطة ومبخرات تكييف الهواء. وهي مسؤولة عن نقل الحرارة بين سوائل مختلفة، مما يساعد على تبريد المحرك وتحسين كفاءته ورفع مستوى الراحة داخل السيارة. مع تطور صناعة السيارات نحو اتجاه حماية البيئة وتوفير الطاقة، سيتم أيضًا ترقية وظائف وأداء مُبادلات الحرارة بشكل مستمر.

كيفية اختيار مُبادل حرارة إكسيرجي

تلعب العوامل التالية دورًا مهمًا عند اختيار تبادل الحرارة لتطبيقات مختلفة.

• متطلبات التطبيق

  من المهم تحديد التطبيق المحدد لاختيار مُبادل الحرارة المناسب. يُعد ضغط التشغيل ودرجة حرارته من الاعتبارات المهمة. تحتوي مُبادلات الحرارة على حدود درجة حرارة وضغط مثلى لنقل الحرارة بكفاءة دون تلف أو مشكلات في الأداء. قد يؤدي عدم مطابقة هذه المعلمات إلى فشل المعدات أو الأداء غير الأمثل. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا مراعاة أنواع السوائل. تفرض السوائل المختلفة تحديات ومتطلبات فريدة لنقل الحرارة.

• المواد والتصميم

  يُعد اختيار المواد لمُبادل الحرارة أمرًا مهمًا حيث يؤثر على التوصيل الحراري ومقاومة التآكل. كما نوقش سابقًا، تتمتع مُبادلات الحرارة المختلفة بتصميمات محددة تجعلها مناسبة لتطبيقات معينة وأنواع سوائل معينة.

• الصيانة والخدمة

  من الصعب صيانة بعض مُبادلات الحرارة نظرًا لتصميمها المضغوط. على سبيل المثال، تحتاج مُبادلات الحرارة اللوحية إلى عمليات تفتيش منتظمة واستبدالها بشكل دوري بشكل أساسي بسبب مشكلات الحشية. علاوة على ذلك، يؤثر اختيار مُبادل الحرارة أيضًا على استهلاك الطاقة. يمكن أن تؤدي مُبادلات الحرارة غير الفعالة إلى زيادة استهلاك الطاقة.

أسئلة وأجوبة حول مُبادل حرارة إكسيرجي

س1: لماذا تكون إكسيرجي أفضل من الطاقة؟

ج1: تُعد إكسيرجي مكونًا من الطاقة يوضح مقدار العمل الذي يمكن إجراؤه. نتيجة لذلك، يُقدم إكسيرجي نتيجة أكثر أهمية على أداء وكفاءة الأنظمة عند مقارنته بالطاقة.

س2: هل تُوجد فوائد لمُبادلات الحرارة؟

ج2: يُحسن المُبادل كفاءة النظام. من خلال استرداد الحرارة، يقلل مُبادل الحرارة من كمية الطاقة التي تتطلبها الأنظمة الأخرى. تُقلل مُبادلات الحرارة أيضًا من كمية الحرارة التي تُرفض إلى البيئة. هذا مهم بشكل خاص عند التشغيل في أنظمة قريبة من حدود البيئة.

س3: كيف تعمل مُبادلات الحرارة؟

ج3: مُبادل الحرارة هو جهاز مصمم لنقل الحرارة بكفاءة بين سائلين أو أكثر على اتصال حراري بينما يتم فصلهما جسديًا. يعتمد مبدأ عمل مُبادل الحرارة على حفظ الطاقة، عند نقل الحرارة من السائل الساخن إلى السائل البارد، دون أي تغيير في الكتلة الكلية أو الطاقة.

س4: من هو أبو مُبادل الحرارة؟

ج4: سيكون أبو مُبادل الحرارة هو توماس نيوكومن، الذي اخترع جهاز استعادة حرارة. تم استخدام هذا الجهاز في محركات البخار.

س5: كم من الوقت تدوم مُبادلات الحرارة؟

ج5: يمكن أن تدوم مُبادلات الحرارة المصنوعة من سبيكة C-276 حتى 10 سنوات. ومع ذلك، يعتمد عمر الخدمة على عدد الاستخدامات والصيانة المناسبة. يمكن أن تكشف عمليات التفتيش المنتظمة عن أي مشكلات قبل أن تصبح خطيرة.