مبادل حراري متجدد

أنواع مبادلات الحرارة التجديدية

مُبادل الحرارة التجديدي هو نوع من مُبادلات الحرارة التي تعيد تدوير الحرارة المهدرة في المنشآت الصناعية لتسخين المواد الواردة مسبقًا مثل الهواء أو غاز المداخن أو الماء. يمكن تقسيم مُبادلات الحرارة التجديدية إلى خمس فئات بناءً على تصميمها وميزاتها التشغيلية.

• مُبادلات الحرارة التجديدية الديناميكية

  مُبادلات الحرارة التجديدية الديناميكية مجهزة بعناصر تخزين حرارة متحركة، مثل الأقراص الدوارة أو خلايا النحل. تقوم هذه العناصر بتخزين الحرارة وإطلاقها بشكل متقطع أثناء دورانها أو تحولها داخل التيارات الساخنة والباردة. تُعد مُبادلات الحرارة التجديدية الديناميكية مناسبة للتطبيقات التي تتضمن سرعة عالية للسوائل ومساحات كبيرة لنقل الحرارة.

• مُبادلات الحرارة غير التجديدية

  تُعرف مُبادلات الحرارة غير التجديدية أيضًا باسم مُبادلات الحرارة المستمرة. تُستخدم أسطح موصلة للحرارة ثابتة لنقل الحرارة بين سائلين دون أي تغيير في المرحلة. تتدفق السوائل بالتزامن أو عكس التيار من خلال ممرات منفصلة. تُعد مُبادلات الحرارة غير التجديدية أكثر إحكاما وبساطة ولكنها أقل كفاءة من مُبادلات الحرارة التجديدية.

• مُبادلات الحرارة التجديدية الثابتة

  تُستخدم مُبادلات الحرارة التجديدية الثابتة وسائط تخزين حرارة ثابتة، مثل كتل السيراميك أو المعدنية. ينقل السائل الساخن الحرارة إلى الوسيط، الذي يُزال بعد ذلك بواسطة السائل البارد. تتمتع مُبادلات الحرارة التجديدية الثابتة بمعدل استعادة حرارة مرتفع ولكن بسعة نقل حرارة محدودة.

• مُولد تيار تايلور

  مُولد تيار تايلور هو مُبادل حرارة تجديدي مُتقدم يُحسّن كفاءة نقل الحرارة ويُقدم أداءً عالياً في الوحدات المُدمجة. تتميز بسلسلة من أنابيب تايلور مُكدسة معًا تُشكل قناة ذات تدفق متقاطع. ينقل جانب واحد من القناة الحرارة من السائل الساخن إلى السائل البارد. ينقل الجانب الآخر من القناة الحرارة في الاتجاه المعاكس. يُوفر تصميم أنبوب تايلور مساحة سطح كبيرة لنقل الحرارة ويُقلل من انخفاض الضغط ومقاومة التدفق.

مواصفات وصيانة مُبادلات الحرارة التجديدية

هذه هي المواصفات التي يجب ملاحظتها لكلا من مكونات مُولد الحرارة ومُبادل الحرارة الديناميكي الحراري.

• السعة والحجم

  ستؤثر الأبعاد الكلية وكتلة مُبادل الحرارة أو مُولد الحرارة على حجم وسعة تدفق المعدات الصناعية.

• وسط النقل

  تشمل هذه الزيت أو الأكسجين أو البخار أو الغاز أو المبرد.

• تغيير المرحلة/الحالة

  ما إذا كان تبادل الحرارة يشمل نقل الغاز إلى الغاز أو الغاز إلى المادة الصلبة.

• نطاق درجة الحرارة

  نطاق درجة الحرارة العاملة والقدرة على تحمل الحرارة أو البرودة الشديدة

• المعامل

  معاملات نقل الحرارة الفردية والكلية.

• التصميم

  يشمل ذلك نوع مُبادل الحرارة مثل الدوار أو النوع اللوحي. لاحظ أيضًا المواد مثل الفولاذ المُقوى أو الفولاذ المقاوم للصدأ.

• ترتيب التدفق

  لاحظ ما إذا كان مُتزامنًا أو عكسيًا أو متقاطعًا.

• البنية

  ما إذا كانت الوحدة ثابتة أو مُتحركة أو عائمة أو مكون بنية خاص آخر.

صيانة مُبادل الحرارة التجديدي

تُصمم مُبادلات الحرارة التجديدية لتكون منخفضة الصيانة. ومع ذلك، ستضمن بعض إجراءات الصيانة طول عمر المعدات وكفاءتها.

• التنظيف وإزالة الترسبات

  قد تتراكم الكربون أو الترسبات على مُبادلات الحرارة للغاز والحرارة بسبب الشوائب الموجودة في الغاز. ستواجه مُبادلات الحرارة التجديدية المُستخدمة مع الماء أو البخار مشكلات الرطوبة. يمكن للمشغلين إصلاح هذه المشكلات عن طريق تشغيل محلول تنظيف عبر الجهاز أو حقن كاشف كيميائي لإزالة الترسبات. يجب أن يتوافق إجراء التنظيف مع تعليمات الشركة المصنعة.

• التفتيش

  التفتيش والصيانة الروتينية لمُبادل الحرارة. تتطلب مُبادلات الحرارة التجديدية صيانة وتفتيش للمكون الرئيسي وكذلك أي مكونات مساعدة مثل المراوح أو المضخات. ابحث عن البلى أو التلف أو التآكل أو الانسداد أو تسرب الغاز غير الطبيعي. سيمنع إصلاح المكون في الوقت المناسب حدوث أعطال رئيسية في مُبادل الحرارة والتلف المُبكر.

• الاستبدال

  إذا كان يجب استبدال مكون، فإن الشركات المصنعة تُقدم مجموعات تحتوي على قطع غيار مُبادل الحرارة التجديدي.

سيناريوهات مُبادلات الحرارة التجديدية

تُعد مُبادلات الحرارة التجديدية معدات مُتعددة الاستخدامات وقيمة تُستخدم بشكل شائع في مختلف الصناعات والتطبيقات. فيما يلي بعض الصناعات الرئيسية التي تُستخدم فيها مُبادلات الحرارة التجديدية:

• محطات الطاقة:

  في صناعة الطاقة، تُستخدم مُبادلات الحرارة التجديدية في التوربينات الغازية ومحطات الطاقة ذات الدورة المُدمجة ونُظم استعادة الحرارة المُهدرة. تُعيد هذه مُبادلات الحرارة استعادة الحرارة المُهدرة من غاز المداخن أو العادم لتحسين كفاءة الطاقة، وبالتالي تقليل استهلاك الوقود وتقليل التلوث البيئي.

• صناعة البتروكيماويات والكيميائية:

  في الصناعات الكيميائية والبتروكيماوية، تُستخدم مُبادلات الحرارة التجديدية في تحسين العمليات، مثل تسخين التفاعل وتدفق أعمدة التقطير واستعادة الحرارة بين العمليات. تُحسّن كفاءة الطاقة الإجمالية للمصنع من خلال الاستفادة الكاملة من الحرارة المُهدرة في العملية.

• التصنيع الصناعي:

  تُجد مُبادلات الحرارة التجديدية تطبيقات في العديد من الصناعات المُصنعة، مثل المعادن والأسمنت والسيراميك والزجاج. على سبيل المثال، في صناعة المعادن، تُستخدم مُبادلات الحرارة لتسخين المواد الخام أو الهواء مسبقًا باستخدام الحرارة المُهدرة من الأفران؛ في صناعة الأسمنت، تُعيد استعادة الحرارة من أفران الأسمنت أو الخبث لتحسين استخدام الحرارة.

• نُظم التدفئة والتهوية وتكييف الهواء:

  في مجال التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تُستخدم مُبادلات الحرارة التجديدية على نطاق واسع في نُظم التهوية. تُنقل الحرارة بين الهواء الوارد والهواء الخارج لتحسين استعادة الطاقة وتحسينها في النظام.

• صناعة الزجاج:

  يتطلب تصنيع الزجاج كمية هائلة من الحرارة لإذابة المواد الخام. تُعيد مُبادلات الحرارة التجديدية استعادة الحرارة من الغازات المُهدرة المُنتجة أثناء عملية الصهر لتسخين الهواء الوارد مسبقًا، مما يُحسّن كفاءة الوقود ويُقلل من تكاليف التشغيل.

• معالجة الأغذية والمشروبات:

  تُستخدم صناعات معالجة الأغذية والمشروبات أيضًا مُبادلات الحرارة التجديدية لزيادة كفاءة الطاقة في خطوط الإنتاج. على سبيل المثال، تُستخدم مُبادلات الحرارة لتسخين المواد الخام الواردة أو الماء، كما هو الحال في مصانع الجعة ومصانع الألبان ومصانع الأغذية.

كيفية اختيار مُبادلات الحرارة التجديدية

• تحليل متطلبات التطبيق:

  أولاً، من المهم فهم احتياجات التطبيق المُحددة لمُبادل الحرارة. ضع في اعتبارك المعلمات مثل درجة الحرارة والضغط ونوع السائل الذي سيتم استخدامه، بالإضافة إلى ما إذا كانت هناك متطلبات خاصة مثل مقاومة التآكل ضرورية. فقط من خلال فهم متطلبات التطبيق بشكل كامل يمكن اختيار مُبادلات حرارة تجديدية مناسبة لتلبية الاحتياجات الفعلية.

• البنية ومبدأ العمل:

  افهم بنية ومبدأ عمل مُبادلات الحرارة التجديدية المختلفة، مثل لوحة أو أنبوبية أو مُبادلات حرارة ستيرلينغ التجديدية، إلخ. قارن بين مزاياها وعيوبها. اختر النوع المناسب وفقًا لسيناريو التطبيق والمتطلبات.

• كفاءة نقل الحرارة:

  تُعد كفاءة نقل الحرارة عاملاً هامًا يؤثر على استخدام الطاقة. عند اختيار مُبادل حرارة تجديدي، من الضروري مقارنة كفاءة نقل الحرارة بين الأنواع والنماذج المختلفة. اختر وحدة أكثر كفاءة لتعظيم استخدام الطاقة.

• الحجم والوزن:

  يُعد مراعاة مساحة التركيب ووزن مُبادل الحرارة التجديدي أمرًا مهمًا بشكل خاص في بعض البيئات الخاصة. اختر نموذجًا بحجم مناسب وخفيف الوزن لتلبية متطلبات التركيب والاستخدام.

• التكلفة:

  عند اختيار مُبادل حرارة تجديدي، من الضروري مراعاة تكلفة الشراء وتكلفة التشغيل. تشمل تكلفة التشغيل استهلاك الطاقة والصيانة، إلخ. اختر نموذجًا أكثر فعالية من حيث التكلفة ويُلبي الميزانية.

• الشركة المصنعة وجودة المنتج:

  اختر شركة مصنعة مُرموقة ذات سجل مُثبت. ضع في اعتبارك أيضًا عوامل مثل خدمة ما بعد البيع والدعم الفني. بالإضافة إلى ذلك، من المهم التأكد من أن مُبادل الحرارة التجديدي المُختار يُطابق معايير الصناعة واللوائح المُطلوبة لضمان جودة المنتج والسلامة.

أسئلة وأجوبة

س1: أي مُبادل حرارة أفضل، التجديدي أم المُسترد؟

ج1: يمكن لكلا النوعين من مُبادلات الحرارة التجديدية والمُستردة استعادة الحرارة المهدرة بفعالية. سيعتمد التصميم الأفضل على احتياجات الموقع. تتمتع مُبادلات الحرارة المُستردة والمُستردة بمزاياها وعيوبها. يُعد مُبادل الحرارة التجديدي أكثر إحكاما ويمكنه إجراء دورة حرارية. ومع ذلك، قد لا يكون لديه انخفاض ضغط منخفض. يتمتع مُبادل الحرارة المُسترد بمقاومة تدفق هواء أقل أو انخفاض في الضغط. قد تحتاج إلى مجموعة أكبر لاستعادة نفس كمية الحرارة مثل وحدة تجديدية.

س2: ما هي كفاءة مُبادل الحرارة التجديدي؟

ج2: يمكن أن يتراوح معامل نقل الحرارة الإجمالي لمُبادلات الحرارة التجديدية من 200 إلى 650 واط/م2ك.

س3: ما هي مادة التخزين المُستخدمة في مُبادلات الحرارة التجديدية؟

ج3: تشمل المواد الشائعة لوحدات التخزين الحراري السيراميك والصوف الفولاذي والسبائك المعدنية مثل النيكل-الكروم.

س4: ما هي سعة درجة الحرارة لمُبادلات الحرارة التجديدية؟

ج3: يمكن أن تعمل هذه مُبادلات الحرارة عند درجات حرارة عالية جدًا. يمكن أن تصل درجة الحرارة القصوى إلى 1,600 درجة مئوية.