7. العوامل المؤثرة على معدل
انتقال الحرارة
من المعروف أن معادلة انتقال الحرارة بين وسطين : •
Q=U.A. T
وسمن هذه المعادلة نلحظ أن سمعدل انتقال الحرارة يعتمد على سمساحة سطح التلسمس بين
المائعين ، فارق الحرارة بينهما و سمعاسمل انتقال الحرارة بين المائعين.
ومعامل انتقال الحرارة بين المائعين يعتمد على : •
- الخواص الفيزيائية لكل الوسطين )اللزوجة ، الكثافة ، التوصيلية الحرارية ، الحرارة
النوعية(.
- سرعة سريان المائع )الوسط(.
- عشكل السريان )هادئ ، سمضطرب ، وسط(.
- سموضع المواسير وعشكلها.
- كما يعتمد أيضا على ترتيب السريان لكل الوسطين: )سريان في اتجاه واحد أو سريان في اتجاه
ً
سمعاكس(.
8. ومعادلة كمية الحرارة المنتقلة للمائع:
َQ = m . Cp . T
وسمن المعادلة السابقة نلحظ أن سمعدل انتقال الحرارة للمائع يعتمد
على:
- فارق درجة الحرارة.
- الخواص الفيزيائية للمائع.
- سرعة السريان ونوعه.
10. ما الغرض من معدات التبادل الحراري؟
توصيل المائع إلى درجة الحرارة المطلوبة قبل إجراء أي
عملية عليه.
تكثيف البخرة.
تبخير السوائل.
استرجاع الحرارة بدال سمن فقدانها.
ً
11. أين يمكن أن نستخدم معدات التبادل الحراري؟
صناعة البترول.
صناعة الثلجات.
صناعة المكيفات الهوائية.
ولذا لزم تحديد نوع وأبعاد سمعدة التبادل الحراري لتناسب االستخدام
بالوحدات المختلفة وهذا يعتمد على نوع المائع ، حالته )سائل أو
غازي( ،الخواص الفيزيائية )الكثافة ، اللزوجة( ، الحرارة ،
الضغط ، التركيب الكيميائي للمائع ، الخواص الحرارية .
23. المبادل الحراري )ذو المواسير والقميص(
STHE
وهو من أكثر أنواع المبادل ت الحرارية استخداما بالصناعة
ً
وهو يتكون من قميص يحتوي على مجموعة من المواسير
)تعرف بالحزمة(. يسير أحد المائعين بالمواسير والرخر
دارخل القميص.
Video
24. أنواع المبادل ت الحرارية
تبعا للتصميم:
ً
مبادل ذو الرأس الثابتة
مبادل ذو الرأس المتحرك )العائم(
مبادل حرف U
25. المبادل ذو الرأس الثابتة
في هذا النوع من المبادل ت الحرارية يكون الرأس المثبتة
فيه المواسير ثابت من الطرفين ل يتحرك يمكن أن يكون
له غطاء قابل للنزع.
26. المميزا ت:
1- تكلفة أقل.
2- تصميم بسيط.
3- يمكن أن تنظف المواسير ميكانيكيا من الدارخل بسهولة.
ً
4- أمكانية التسريب أقل لقلة الوصل ت في هذا النوع.
العيوب:
1- الحزمة مثبتة بالمبادل ل يمكن إزالتها.
2- السطح الخارجي للمواسير ل يمكن تنظيفه إل إذا تم استخدام
مواد كيميائية للتنظيف وهذا ذو تكلفة عالية.
3- إذا كان فارق الحرارة بين السائلين جهة المواسير وجهة
القميص كبير يتطلب هذا زيادة في طول المواسير وهذا يزيد
التكلفة نظرا لوجوب تزويد المواسير بوصل ت لجعل المواسير
ً
مقاومة للضغط والجهاد.
27. المبادل ذو الرأس المتحرك
وهو الكثر استخداما بالجهزة. في هذا النوع تكون لحزمة مثبتة من
ً
جهة والجهة الرخرى حرة ولهذا يتيح التمدد الحر للمواسير في حالة فارق
الحرارة الكبير بين جهتي المبادل الحراري. وهذا التصميم للمبادل يتيح
تنظيف المواسير من الدارخل والخارج كما أنه يمكن استخدام المبادل في
حالة السوائل غير النظيفة.
28. المميزا ت:
حزمة المواسير يمكن أن تخرج من المبادل بسهولة مما يقلل
من زمن الصيانة للمبادل.
سهولة تنظيف الحزمة من الدارخل والخارج كما سبق ذكره.
العيوب:
التكلفة العالية نظرا لقطر القميص الكبير.
ً
قابلة لحدوث التسريب ولذا يكون استخدامها محدود ومرتبط
بظروف وسط من الحرارة والضغوط وأيضا المواد يفضل
ً
أن تكون غير قابلة لحداث التآكل.
30. المميزا ت
يمكن أن يستخدم عندما يكون فارق الحرارة كبير بين جهتي
القميص والمواسير وذلك نظرا لوجود حرف الـ Uالذي
ً
يسمح بالتمدد الحر للمواسير.
يمكن إزالة الحزمة من دارخل القميص مما يسهل من عملية
التنظيف الخارجي للمواسير.
العيوب:
دارخل المواسير صعب تنظيفه نظرا لوجود حرف الـ Uمما
ً
يتطلب رخرطوم مطاطي لين يسمح بالوصول للنحناء ولذلك
يفضل عدم استخدامه في حالة السوائل غير النظيفة.
ً
أعلى تكلفة في التصنيع عن المبادل ذو الرأس الثابتة نظرا
للشكل المنحني للمواسير ويتطلب هذا قطر أكبر للقميص.
32. كيف يتم تحديد مكان كل من المائعين داخل المبادل
الحراري
جهة المواسير جهة القميص البيان
السائل اللقل في اللزوجة السائل اللعلى في اللزوجة اللزوجة
السائل اللعلى في سرلعة السائل اللقل في سرلعة
معدل السريان
السريان السريان
اللعلى اللقل لقابلية القابلية لدحداث التآكل
اللعلى اللقل القابلية لدحداث اتساخ
السائل اللعلى في درجة
السائل اللقل في الحرارة الحرارة
الحرارة
33. سرعات السريان بالمواسير والقميص:
oمعدل السريان العالي يعطي معامل انتقال حرارة كلي عالي
ولكن يزيد من فاقد الضغط وقد تسبب أيضا نحر.
ً
oلكن السرعة يجب أن تكون عالية بدرجة كافية لمنع ترسب
المواد الصلبة من السائل على جدران المواسير أو القميص
مما يقلل من التساخ للمواسير والقميص.
36. جهة المواسير
حزمة المواسير:
وهي مجموعة المواسير موزعة ومثبتة معا بلوحة المواسير.
ً
لوحة المواسير:
وهي قطعة من نفس معدن المواسير مستديرة بها ثقوب ذا ت
مسافا ت بينية وتوزيع معين طبقا للتصميم ويجب أن تكون
ً
مقاومة للتآكل حيث أنها على اتصال مباشر بالسائل
دارخل/رخارج المواسير.
1Video
2Video
39. هيدرة المواسير:
تحتوي على مكان درخول ورخروج السائل جهة المواسير.
المسافا ت البينية وترتيب المواسير:
- المسافا ت البينية بين المواسير وطريقة رص المواسير تعتمد على
المصمم وظروف التصميم. تقاس المسافة البينية بين المواسير من
مركز الماسورة إلى مركز الماسورة المجاورة.
- أما طريقة رص المواسير فهي لها أشكال عدة : مثلث ، مثلث مقلوب ،
مربع ، مربع مقلوب.
- فالمثلث يحقق أعلى انتقال للحرارة وسهولة لتنظيف المواسير من
الخارج . أما المربع فيحقق أقل فاقد للضغط رخلل المواسير.
40.
41. كيفية ستحديد أبعاد المواسير )مقاساستها(
سمك المواسير:
يحدد سمك المواسير طبقا لما يلي:
ً
يعطي أمان ضد التآكل.
يؤمن المواسير ضد التهتزازات.
يعطي للمواسير قوة.
قطر المواسير:
المواسير ذات القطر الصغير موفرة اقتصاديا ولكنها أسرع في الستساخ وفاقد
ً
الضغط يزيد ويصعب ستنظيفها من الداخل
طول المواسير:
ستصبح المبادلت الحرارية أرخص إذا كانت ذات قطر صغير وطول أكبر.
فالمواسير الطويلة ستعني:
أقل ستكلفة في التصنيع.
أقل عدد من المواسير.
مقاس لوحة المواسير والفلنشات يصبح أقل.
42. ستقسيم مسار السائل داخل المواسير
Single tube-side pass Multiple tube-side passes
Single shell-side pass Multiple shell-side passes
لوح تقسيم المسار
43. جهة القميص
يعتمد معدل انتقال الحرارة جهة القميص على مسار السائل
فى القميص و نوع السريان للسائل .
ويعتمد أيضا على مسارات السائل الخر داخل المواسير
ً
)مسار واحد أو أكثر( .
يصنع غطاء القميص عادة من الصلب الكربوني.
ً
44. العوائق ):(Baffles
- وتهي ستستخدم لتوجيه السائل جهة القميص حول حزمة المواسير
وبذلك ستزيد من زمن البقاء للسائل داخل القميص فيزيد انتقال
الحرارة منه إلى السائل الخر داخل المواسير.
- كما أنها ستمثل دعائم للمواسير في الحزمة فتمنع انحناء المواسير
واتهتزازتها.
- ستثبت العوائق عموديا على المواسير ويوجد بينها مسافات بينية
ً
بحيث ل ستقل عن 02% من قطر القميص الداخلي. ويجب أن
ل ستزيد بصورة كبيرة حتى ل ستمثل نقط ستبريد للسائل جهة
القميص.
Video
52. عامود المسافات الخاص بالعوائق الرأسية
وتهو جزء مثل المواسير وعلى امتداد المبادل الحراري يثبت
في لوحة المواسير بمسامير التثبيت وتهي ستمثل دعائم للعوائق
الرئسية و ستصنع من نفس المادة.
55. التساخ:
- يحد ث الستساخ نتيجة سترسب المواد
على السطح الداخلية للقميص والمواسير.
- و يحد ث الستساخ نتيجة ما يلي:
• الستخدام المستمر للمبادل الحراري.
• عدم وجود ستنظيف دوري للمبادل.
• إذا قلت السرعة داخل المبادل.
• زيادة حجم المبادل.
56. أنواع الستساخ
1- الستساخ البللوري:
يحد ث نتيجة وجود أمل ح غير عضوية غير ذائبة بالخام مما
يؤدي إلى سترسبها على جدران المواسير.
57. 2- الستساخ المتراكم:
يتكون نتيجة وجود جزيئات صغيرة داخل السائل أو الغاز قد
يحد ث لها ستجاذب والتصاق بجدران المواسير مثل الرمال
والغبار.
58. 3- الستساخ الناستج عن التفاعل الكيميائي:
قد ستحد ث ستفاعلت كيميائية خلل سريان المائع مما يؤدي إلى
سترسب بعض نواستج التفاعل على جدران المعدة والتي قد
ستلعب دور العامل الحفاز الذي يزيد من ستلك التفاعلت.
59. 4- الستساخ الناستج عن التآكل:
في تهذه الحالة ستحد ث ستفاعلت كيميائية يكون معدن المعدة نفسه
جزء منها ويمثل الصدأ الناستج عن التفاعل الكيميائي نوع من
المترسبات والستساخات على سطح المعدة.
60. 5- الستساخ البيولوجي:
يحد ث نتيجة التصاق كائنات حية عضوية دقيقة بجدران المعدة
والتى ل ستتوقف عند حد اللتصاق ولكنها ستتكاثر وستنمو فتزيد
من طبقة الستساخ مع الوقت.
61. ستأثير الستساخ على كفاءة التنتقال الحراري للمبادل:
- ستكون طبقة من الستساخ على سطح المبادل يؤثر على كمية
الحرارة المنتقلة من مائع إلى الرخر عبر جدران المواسير
لتنها ستمثل عائق أمام التنتقال الحراري.
Thot
Tcold
62. -إذا كاتنت المواسير مزعنفة زادت مشكلة الستساخ تنظرا لن ستلك
ً
المترسبات قد ستسد المسافات البينية للزعاتنف فتمنع سريان
المائع الرخر رخللها فتقلل مساحة التلمس مع جدران
المواسير )التي ستمثل سببا لتنتقال الحرارة بين المائعين(.
63. التسرب والتنكسار للمواسير
ويحدث هذا تنتيجة ستمدد واتنكماش المواسير تنتيجة ارختل ف
درجات الحرارة باستمرار مما يضعفها ويعرضها لجهاد
حراري.
وأيضا قد يحدث تنتيجة الطفاء المفاجئ والذي يتسبب في
ً
اتنخفاض سريع في اتنخفاض درجات مما يتسبب في رخلوص
بين المواسير والفتحات مما يحدث ستسرب.
64. التآكل
يتفاعل سطح المعدن للمبادل مع السوائل التي ستسري بدارخله
مما يتسبب في ستكون طبقة من التآكل للمعدن وذلك يؤثر على
كفاءة التنتقال الحراري كما أتنه قد يتسبب في اتنهيار للمعدن
المصنوع منه المعدة.
مسببات التآكل:
- وجود مواد صلبة ذائبة بالسوائل
- ارختل ف المعادن المصنعة منها المعدة
- وجود الكسجين الذائب في الوسط
- الرقم الهيدروجيني منخفض
- وجود شوائب أرخرى ستتفاعل وستسبب التآكل.
65.
66. صياتنة المبادلت الحرارية
متى يحتاج المبادل للصيانة؟
1- وجود اختل ط بين المائعين سببه:
بعض المواسير متآكلة أو مكسورة
2- فارق الضغط خلل المبادل كبير )زيادة عن الحد المسموح( وقد يكون
سببه:
وجود طبقات من الستساخ على جدران المواسير الدارخلية مما يعيق
السريان للمائع دارخل المواسير فيزيد فاقد الضغط.
3- كفاءة المبادل أقل من الحدود المسموح بها والمصمم عليها المبادل:
هذا قد يكون سببه وجود طبقات من الستساخ دارخل المواسير والتي ستؤثر
على كفاءة التنتقال الحراري بين المائعين كما ورد ذكره من قبل.
67. تسليم المبادل للصيانة:
1- عزل المبدل جهة المنتج وذلك بفتح صمام التعدية وغلق صمامات
الدارخل والخارج.
2- عزل المبادل جهة الخام وذلك بفتح صمامات التعدية وغلق صمامات
الدارخل والخارج.
3- كسح بالبخار جهة الخام والمنتج إلى رخط التفريغ السريع حتى يتم
التأكد من تنظافته ستماما.
ً
4- يتم ربط بخار الكسح وستصفية المبادل جهة الخام والمنتج على البيارة
الرضية.
5- يعاد كسح المبادل مرة أرخرى إلى رخط التفريغ السريع لمدة بسيطة
للتأكد من تنظافته ثم ستصفيته على البيارة مرة أرخرى.
68. 6- يتم وضع عوائق على دارخل ورخارج الخام والمنتج البترولي
وستسليمه للصياتنة لعمل اللزم.
7- يجهز ستصريح عمل وستصريح أمن صناعي وستفتح تنهايتي
المبادل )غطاء القميص(.
8- يتم ستطبيق طرق لتنظيفه وذلك يعتبر كصياتنة أولية للمبادل
وذلك بإرخراج الحزمة من المبادل بالطرق المعتادة والمنة
للحزمة حتى ل يحدث لها أي تنوع من الضرر.
71. 1- التنظيف الكيميائي
يعتمد على ستنظيف المبادل بنوع من المذيبات الكيميائية.
يجب على المصنع ان يحدد تنوع المذيب الكيميائي الذي قد
يستخدم لغسل المبادل وزمن الغسيل حتى ل يؤثر على معدن
المبادل.
يجب ان يصفى المبادل جيدا من بواقي المذيب الكيميائي بعد
التنتهاء من عملية الغسيل.
إذا لم يستخدم المبادل بعد الغسل وسترك فترة طويلة يجب
كسحه بالهواء أو النيتروجين لزالة أي مواد مترسبة من
الغسل الكيميائي دارخل المعدة.
72. 2- التنظيف الهيدروليكي
في هذه الطريقة يكون وسيلة التنظيف هي الماء حيث يستخدم
الماء ستحت ضغط عالي )حوالي 07كجم/سم2( وذلك لكسر
طبقة الستساخ المترسبة على جدران المواسير من الدارخل
والخارج.
ستستخدم طلمبة مصممة لتدفيع المياه بضغط عالي وباستخدام
رخرطوم مرن يستخدم كمسدس لتسليط المياه على الحزمة من
الدارخل والخارج.
1video 2video
73. 3- الطريقة الميكاتنيكية
في هذه الطريقة يستخدم وسيلة ميكاتنيكية لتسليك المواسير
من الدارخل مثل سيخ حديدي طوله تنصف طول الحزمة ويتم
التسليك للحزمة من جهة ومن الجهة الرخرى أيضا.
video
74. ثاتنيا: التفتيش الهندسي على المبادل
ً
التفتيش على القميص:
وذلك للكشف عن أي علمة لحدوث التآكل )إن وجد( وذلك بالفحص
النظرى او باستخدام الشعة.
التفتيش على الحزمة:
وذلك بفتح مياه من جهة القميص.
وعند اكتشا ف أي ماسورة بها ستسريب يمكن طبها لعزلها عن المبادل.
ويتم ستغيير الحزمة كاملة عند وصول عدد المواسير المطبوبة أكثر
من 03% من مجموعة المواسير كلها.
75. ارختبار المبادل :
وذلك بواسطة الضغط )كبس المبادل من الجهتين( وذلك
بالماء حتى ضغط يساوي 5.1ضغط التشغيل ولمدة محددة
وذلك أثناء عزل المبادل بوضع عوائق على جميع مخارج
ومدارخل المبادل والتأكد من ثبات الضغط
76. في حالة التشغيل العتيادي بعد الصيانة:
1- يتم التخلص من الهواء أو بخار الماء دارخل المبادل جهة الخام بفتح صمام
التصافي إلى البيارة ثم فتح صمام رخارج الخام حتى التأكد من تنوعية السائل
الذي يتم ستصفيته على البيارة.
2- يتم التخلص من الهواء أو بخار الماء المتكثف دارخل المبدل جهة المنتج بفتح
صمام التصافي إلى البيارة ثم فتح صمام دارخل المنتج حتى التأكد من تنوعية
السائل الذي يتم ستصفيته على البيارة.
3- يتم إدرخال الخام أول بفتح صمامات الدارخل والخارج ستدريجيا ثم يتم غلق
ً ً
صمام التعدية ستدريجيا للوصول إلى ستحميل كامل للمبدل جهة الخام/ المنتج.
ً
4- ستتم متابعة المبدل ورخاصة بعد استلمه من الصياتنة للتأكد من عدم حدوث
ستسريبات منه.