الأدوار الحرجة للمبادلات الحرارية الصفائحية في الصناعات الحديثة

تحتاج العديد من الصناعات إلى تحكم دقيق في درجة الحرارة ، وغالبا ما يتم تحقيق ذلك باستخدامالمبادلات الحرارية لوحة (PHEs).أنها تنقل الحرارة بين اثنين من السوائل باستخدام لوحات معدنية رقيقة ومموجة مكدسة معًا.تتدفق السوائل الساخنة والباردة في قنوات متناوبة ، مما يسمح بالتبادل الحراري السريع دون خلط.يوفر هذا التصميم أداءً حراريًا ممتازًا في حزمة مدمجة ، مما يوفر الطاقة والمساحة مقارنة بالمبادلات التقليدية.وقدرتها على التكيف وكفاءتها تجعل PHEs حلاً مناسباً للتحديات الحرارية الصناعية الحديثة ، مما يسلط الضوء على أهميتها في الصناعات التحويلية والطاقة والبيئية.

1.النفط والغاز: التعامل مع الحرارة في بيئات قاسية

تعمل صناعة النفط والغاز في ظل ظروف قاسية ، تنطوي على ضغوط عالية ودرجات الحرارة المرتفعة ، وغالباً ما تكون الوسائط المآلة.تعتبر الإدارة الحرارية الفعالة ذات أهمية قصوى للسلامة وتحسين العملية واستعادة الطاقة.تجد المبادلات الحرارية الصفيحة تطبيقات حاسمة هنا ، بما في ذلك:

• معالجة النفط الخام: تسخين النفط الخام قبل دخوله أعمدة التقطير وبعد ذلك تبريد الكسور المكررة المختلفة مثل النفثا والكيروسين والديزل.

• معالجة الغاز: تبريد الغاز الطبيعي المضغوط لإزالة السوائل (التحكم في نقطة الندى) ، والتبريد بين المراحل في الضغط متعدد المراحل ، واستعادة الحرارة الحيوية في وحدات معالجة الأمين المستخدمة لإزالة H2S وثاني أكسيد الكربون (تحلية الغاز).

· إنتاج الغاز الطبيعي المسال: جزء لا يتجزأ في مراحل ما قبل التبريد من التسييل ، مما يساعد على جلب الغاز الطبيعي بكفاءة نحو درجة حرارة التسييل المبردة.

• عمليات المصافي: فائدة واسعة في تبريد تيارات الهيدروكربونات ، وتكثيف الأبخرة العلوية من الكسور والمفاعلات ، وإعادة غليان واجبات ، واستعادة الحرارة القيمة من سوائل العملية الساخنة لتسخين مياه تغذية المرجل أو تيارات أخرى.

القدرة علىPHEs الصناعيةالتصاميم القوية بشكل خاص مثل المبادلات الحرارية اللوحية الملحومة بالكامل ، للتعامل مع ظروف العملية الصعبة (دورات الضغط / درجة الحرارة العالية ، السوائل المحتملة التلوث) مع تقديم أداء حراري متفوق يجعلها لا تقدر بثمن.إن الاسترداد الحراري الفعال باستخدام المبادلات الحرارية الصفائحية الملحومة HT-Block يترجم بشكل مباشر إلى انخفاض استهلاك الوقود وانخفاض تكاليف التشغيل ، وهو محرك اقتصادي وبيئي رئيسي في هذه الصناعة كثيفة الاستخدام للطاقة.استكشاف حلول مصممة خصيصا لهذا القطاع فيحلول تبادل الحرارة لصناعة النفط والغاز.

2.الصناعات الكيميائية: الدقة والمتانة

تتضمن المعالجة الكيميائية عددًا لا يحصى من التفاعلات والفصلات وخطوات التكييف ، وكلها تقريبًا تتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة للحصول على الغلة والانتقائية والسلامة.لوحة نوع المبادل الحراري يوفر الدقة والكفاءة اللازمة ل:

• التسخين والتبريد المفاعلات / المنتجات: التحكم بدقة في درجات حرارة مدخل المفاعل ، وإدارة حرارة التفاعل الخارجية الحرارية ، وتبريد المنتجات النهائية بأمان إلى درجات حرارة التخزين أو المعالجة المصبية.

• تكثيف البخار: تكثيف الأبخرة العلوية بكفاءة من أعمدة التقطير أو المفاعلات أو أجهزة التبخر ، غالبًا ما تحت ظروف الفراغ حيث يكون انخفاض الضغط منخفضًا حاسمًا.

• استرداد المذيبات: استعادة الحرارة في حلقات استخراج المذيبات وتكثيف المذيبات المتبخرة بشكل فعال لإعادة الاستخدام ، وتقليل خسائر المذيبات وإدخال الطاقة.

• التعامل مع وسائل الإعلام العدوانية : استخدام مواد لوحة متخصصة (مثل ،التيتانيوم ، Hastelloy C-276 ، SMO 254 ، التنتالوم) يسمح PHEs بالتعامل بأمان مع الأحماض والقواعد والكلوريدات الشديدة التآكل والمواد الكيميائية الصعبة الأخرى.وتشمل التطبيقات المواد الكيميائية السائبة (الأمونيا وحمض الكبريتيك) والبتروكيماويات (الأوليفينات والعطريات) والبوليمرات والمستحضرات الصيدلانية والكيماويات النفطية (الأحماض الدهنية والإسترات).إن حملة الصناعة القوية نحو تكثيف العمليات - تحقيق إنتاجية وكفاءة أعلى مع معدات أصغر وأكثر تكاملاً - تفضل بقوة الطبيعة المدمجة والكفؤة بطبيعتها لـ PHEs على معدات نقل الحرارة التقليدية.اكتشاف التطبيقات الكيميائية المحددة فيحلول التبادل الحراري للصناعة الكيميائية.

3.المعادن: بنيت للتطرفات

غالبًا ما تنطوي العمليات المعدنية على توليد حرارة شديدة ، ومتطلبات تبريد عدوانية ، وبيئات قاسية كيميائيًا.نوع لوحة المبادلات الحرارية إظهار مرونتها وفعاليتها في التطبيقات مثل:

• فرن تبريد: توفير التبريد الأساسي الحلقة المغلقة للمكونات الحرجة لأفران القوس الكهربائية (EAFs) وأفران الحث والأفران المتفجرة ، وحماية الألواح والأقطاب الكهربائية والعناصر الهيكلية من ارتفاع درجة الحرارة.

• عمليات التطفئة: تبريد الزيوت التبريد أو المياه المستخدمة في المعالجة الحرارية للمعادن مثل الصلب والألمنيوم ، مما يضمن خصائص معدنية متسقة.

• الحمض التدفئة / التبريد: إدارة درجات الحرارة في خطوط التخلل (الحمامات الحمضية لتنظيف السطح) وحمامات الطلاء الكهربائي أو الأكسيد حيث تؤثر درجة الحرارة الدقيقة على جودة الطلاء.

• Hydrometallurgy : التحكم في درجات الحرارة في دوائر الترشيح (ذوبان المعادن من الخام) ودوائر المنحل الكهربائي أثناء عمليات الكهرباء أو الكهرباء.

غالبًا ما يتطلب الاستقرار المطلوب في هذه التطبيقات تصاميم PHE ملحومة أو شبه ملحومة قادرة على التعامل مع درجات الحرارة العالية والصدمات الحرارية والسوائل المحتملة أو الكاشطة (على سبيل المثال ،مياه التبريد مع محتوى عال من المواد الصلبة)تعرف على المزيد حول تحديات التبادل الحراري المعدنية فيحلول التبادل الحراري لصناعة المعادن.

4.الطاقة المتجددة: تشغيل الانتقال

مع تحول العالم نحو مصادر الطاقة المستدامة،لوحة المبادل الحراري تلعب دوراً حاسماً، وغالباً ما يكون تمكينياً، في تحسين كفاءة هذه التكنولوجيات الخضراء وجدوىها الاقتصادية:

الطاقة الحرارية الأرضية: استخراج الحرارة المفيدة من المياه المالحة الحرارية الأرضية (المياه الساخنة / البخار من تحت الأرض) لتسخين المياه العذبة لأنظمة التدفئة المحلية أو لتبخر سائل العمل في وحدات توليد الطاقة العضوية لدورة رانكين (ORC).

• الطاقة الشمسية الحرارية: نقل الحرارة التي تجمعها الألواح الشمسية بكفاءة (لوحة مسطحة أو مركزة) إلى خزانات التخزين الحراري أو مباشرة إلى أنظمة التوزيع للمياه الساخنة أو تدفئة الفضاء.

• إنتاج الوقود الحيوي: التحكم في درجات الحرارة خلال المراحل الحرجة مثل المواد الخام الكتلة الحيوية ما قبل المعالجة ، والتحلل المائي الأنزيمي ، والتخمير (الحفاظ على النشاط الميكروبي الأمثل) ، والتقطير لتنقية الإيثانول أو الديزل الحيوي.

• الإدارة الحرارية للبطارية: ضمان أنظمة تخزين طاقة البطارية واسعة النطاق (BESS) تعمل ضمن نافذة درجة الحرارة المثلى للأداء والسلامة وطول العمر ، وغالباً ما تستخدم دوائر التبريد السائل التي تتضمن PHEs.

• النفايات الحرارة Valorization: التقاط حرارة النفايات منخفضة الجودة (درجة حرارة منخفضة) من العمليات الصناعية أو مراكز البيانات أو حتى مياه الصرف الصحي ، واستخدام PHEs بالتزامن مع المضخات الحرارية لترقية هذه الطاقة لتطبيقات التدفئة المفيدة.إن نقل الحرارة بكفاءة أمر أساسي للغاية لتوازن الطاقة الشامل والجدوى الاقتصادية للعديد من أنظمة الطاقة المتجددة والمستدامة.انظر كيف تساهم PHEs فيحلول التبادل الحراري لصناعة الطاقة الجديدة.

5.حماية البيئة: حلول كفؤة ومستدامة

وتتطلب اللوائح البيئية والتركيز المتزايد على الاستدامة إدارة الموارد بكفاءة، ولا سيما فيما يتعلق بمعالجة المياه واسترداد الطاقة من مجاري النفايات.المبادلات الحرارية الصفيحة هي تقنيات رئيسية في:

• استرداد الحرارة من مياه الصرف الصحي: استخراج الطاقة الحرارية القيمة من مياه الصرف الصحي البلدية أو الصناعية المعالجة قبل التفريغ ، مما يقلل بشكل كبير من الطاقة اللازمة لتسخين المياه العذبة الواردة أو العمليات الأخرى.

• معالجة الحمأة: تسخين الحمأة للهضم اللاهوائي (لتعزيز إنتاج الغاز الحيوي) أو تبريدها بعد عمليات التحلل المائي الحراري ؛ يستخدم أيضًا في تطبيقات تجفيف الحمأة.

• مكثف غاز المداخن: استرداد كل من الحرارة المعقولة والكامنة من غازات المداخن من المرجل أو المحرق عن طريق تبريدها تحت نقطة الندى المائية ، مما يعزز كفاءة النظام الإجمالية بشكل كبير وربما يسترد المياه المكثفة.

• تبريد النفايات السائلة الصناعية : خفض درجة حرارة التصريفات الصناعية الدافئة للامتثال للوائح البيئية قبل الإفراج في الأنهار أو المجاري.غالبًا ما تنطوي هذه التطبيقات على سوائل صعبة مع إمكانية التلوث ، ولكن الكفاءة العالية للمبادل الحراري اللوحي الملحوم Wide Gap في تعزيز حرارة النفايات تجعلها أدوات لا غنى عنها للعمليات الصناعية المستدامة.العثور على حلول للتطبيقات البيئيةحلول التبادل الحراري لصناعة حماية البيئة.

6.الصناعة البحرية: مضغوطة ومقاومة للتآكل

تعد المساحة والوزن دائمًا قيودًا حاسمة على منصات النفط والغاز البحرية ، و FPSOs (وحدات تخزين الإنتاج العائمة والتفريغ) ، والسفن الأخرى.توفر البصمة المدمجة بطبيعتها ونسبة الكفاءة العالية إلى الوزن للمبادلات الحرارية الصفيحية مزايا كبيرة في هذه البيئة المتطلبة:

• أنظمة التبريد المركزية: استخدام مياه البحر المتاحة بسهولة لتبريد الأنظمة المختلفة على متن الطائرة (المحركات ، الهيدروليكية ، التهوية والتكييف) عبر حلقة مغلقة وسيطة للمياه العذبة أو الجليكول ، مما يحمي المعدات الحساسة من التعرض المباشر لمياه البحر التآكل.صفيحة التيتانيوم PHEs هي قياسية لجانب مياه البحر.

• تبريد المحرك: توفير تبريد موثوق به لمياه السترة ودوائر زيت التشحيم لمحركات الدفع الرئيسية ومولدات الديزل المساعدة.

• التبريد الهيدروليكي وزيت التشحيم: الحفاظ على درجات حرارة التشغيل المثلى للآلات الأساسية مثل الرافعات والرافعات والدوافع.

· أنظمة HVAC: تعمل كمكثفات أو مبخرات في أنظمة تكييف الهواء وتوفير مياه التسخين لوحدات الإقامة.يعتبر اختيار المواد (التيتانيوم ، SMO 254) والدراسة والتصميم الموفر للمساحة أمرًا بالغ الأهمية للموثوقية على المدى الطويل في البيئة البحرية القاسية والتآكل.استكشاف الحلول الخارجية فيحلول التبادل الحراري للصناعة البحرية.

7.الأغذية والمشروبات: نظيفة ودقيقة وموثوقة

ربما واحدة من التطبيقات الأكثر وضوحا وأهمية ، تعتمد صناعة الأغذية والمشروبات اعتمادا كبيرا على المبادلات الحرارية لوحة مصممة خصيصا للتشغيل النظيفي والتحكم الحراري الدقيق:

• التبستر والتعقيم: تسخين المنتجات بسرعة مثل الحليب والعصير والبيرة والنبيذ والحساء والصلصات لقتل الكائنات الحية الدقيقة ، يليها التبريد السريع للحفاظ على الجودة والنكهة والقيمة الغذائية (على سبيل المثال ،ارتفاع درجة الحرارة قصيرة الوقت - HTST ، درجة الحرارة العالية للغاية - معالجة UHT).غالبًا ما تتضمن PHEs متعددة الأقسام التجديد ، باستخدام المنتج الساخن الصادر لتسخين المنتج البارد الوارد مسبقًا ، مما يوفر طاقة كبيرة.

· نبات التبريد: تبريد النبتة المسلوقة (البيرة غير المخمرة) بسرعة وكفاءة إلى درجة الحرارة المثلى لإلقاء الخميرة في مصانع الجعة ، وهي خطوة حاسمة للسيطرة على التخمير.

• معالجة الألبان: ضرورية لتبريد استقبال الحليب ، وتسخين / تبريد الكريم للفصل ، والتحكم في درجة حرارة حضانة الزبادي ، وتبستر حليب الجبن.

• العصير والمشروبات التدفئة / التبريد: ضبط درجات الحرارة لعمليات التوضيح وإزالة الهواء والملء والكربونة.

خاص "غذاء الصف" المبادل الحراري تتميز لوحات الفولاذ المقاوم للصدأ مصقولة للغاية (منخفضة Ra تشطيب السطح)، اتصالات المشبك الصحية (مثل،ثلاثي المشبك)، والطوقا المتوافقة مع إدارة الأغذية والعقاقير، ومصممة خصيصا للتنظيف السهل والفعال في المكان (CIP) والتعقيم في المكان (SIP).تعتبر التعامل مع المنتج اللطيف (إجهاد القص المنخفض) والمعالجة الحرارية الدقيقة والموحدة التي توفرها PHEs أمرًا حيويًا للحفاظ على النكهات الحساسة والقوام والألوان والسلامة الغذائية لمنتجات الأغذية والمشروبات.انظر التطبيقات الغذائية المحددة فيحلول التبادل الحراري لصناعة الغذاء.

8.توليد الطاقة: التبريد المساعد الموثوق به

تتطلب محطات الطاقة الحرارية واسعة النطاق (الفحم والغاز والطاقة النووية) ووحدات الحرارة والطاقة المشتركة الأصغر (CHP) أنظمة تبريد موثوقة وفعالة للحصول على الأداء الأمثل والسلامة وطول عمر المعدات.المبادلات الحرارية الصفيحة تخدم أدوارا مساعدة حاسمة:

• أنظمة التوربينات: تبريد زيت التشحيم الحيوي لمحامل في توربينات البخار والغاز الكبيرة ، وكذلك أنظمة تبريد المولدات.

• تبريد الدائرة المغلقة: إنشاء حلقة حاجزية وسيطة (باستخدام المياه المعالجة عالية الجودة) لتبريد المكونات الحرجة ، وعزلها عن مصادر مياه التبريد الخام المحتملة التآكل أو التلوث (الأنهار والبحيرة والبحر).هذا يحمي المعدات باهظة الثمن مثل المولدات أو المحولات.

• تبريد المكثف: تستخدم في محطات توليد الطاقة الأصغر أو دورات ORC الحرارية الأرضية كمكثف رئيسي ، أو كجزء من حلقات التبريد الثانوية في المحطات الكبيرة.

• شبكات التدفئة المحلية: تعمل كمبادل حراري واجهة ، ونقل الحرارة بكفاءة من دورة البخار في محطة توليد الطاقة أو نظام استرداد غازات المداخن إلى المياه المتداولة في شبكة تدفئة المناطق البلدية.معدلات التدفق العالية ، والكفاءة الحرارية ، وانخفاض الضغط ، والموثوقية الثابتة هي اعتبارات التصميم الأساسية في هذا القطاع.تعرّف على حلول صناعة الطاقةحلول التبادل الحراري لصناعة الطاقة.

9. HVAC والتبريد: كفاءة يومية

على الرغم من عدم التفصيل في الصفحات المرتبطة المحددة ، إلا أنه من المستحيل مناقشة تطبيقات PHE بشكل شامل دون ذكر قطاع التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد (HVAC & R) الواسع.هنا ، PHEs (في كثير من الأحيان المبادلات الحرارية المدمجة الصفائح الملحومة - BPHEs ، ولكن أيضًا الأنواع المطوية PHE) هي مكونات أساسية:

• مبردات: تعمل كمبخرات عالية الكفاءة (ماء التبريد / المياه المالحة) ومكثفات (رفض الحرارة إلى مياه التبريد أو الهواء المحيط عبر حلقة السوائل).

• المضخات الحرارية: تيسير نقل الحرارة القابل للعكس بين دوائر المبردات ودوائر المياه أو المياه المالحة لكل من واجبات التدفئة والتبريد.

• محطات التدفئة/التبريد الفرعية: بمثابة واجهة في المباني ، ونقل الطاقة الحرارية بكفاءة بين شبكة الطاقة الرئيسية في المنطقة ونظام التدفئة أو التبريد الداخلي للمبنى.

• تبريد مركز البيانات:توفير حلول التبريد السائل الفعالة ، إما لتبريد الخوادم مباشرة أو كجزء من حلقات تبريد أكبر للمنشآت ، حيث تعتبر كفاءة المساحة والطاقة حاسمة.
تساهم ضغطها ، والأداء الحراري العالي ، ومتطلبات شحن المبرد المنخفضة بشكل كبير في تصنيفات كفاءة الطاقة (مثل EER ، SEER ، COP) لأنظمة HVAC & R الحديثة.

الأسئلة الشائعة التي تم تناولها

لماذا تختار PHEs على مبادلات شل وأنبوب؟

غالبًا ما يعتمد الاختيار على احتياجات التطبيق المحددة.عادة ما توفر PHEs كفاءة حرارية أعلى بكثير (3-5 مرات أعلى من قيم U) ، مما يؤدي إلى بصمة مادية أصغر بكثير وانخفاض الوزن لنفس الواجب الحراري.أنها تحفز عموما ارتفاع الاضطرابات ، مما يؤدي إلى انخفاض ميل التلوث في العديد من الخدمات ، والأنواع المطوية تسمح بسهولة التفكيك للتفتيش والتنظيف.ومع ذلك ، يمكن لمبادلات القذيفة والأنبوب التقليدية عمومًا التعامل مع ضغوط ودرجات حرارة أعلى بكثير ، وغالبًا ما تعتبر أكثر استقراراً للسوائل الشديدة أو عالية اللزوجة ، ويمكن تصميمها بممرات تدفق أكبر لتقليل انخفاض الضغط في خدمات الغاز.

هل PHEs مناسبة للضغوط ودرجات الحرارة العالية؟

هذا يعتمد بشكل كبير على نوع PHE.تحتوي PHEs القياسية المطوية على حدود للضغط ودرجة الحرارة يتم تحديدها من قبل تصميم الإطار ، والأهم من ذلك ، مادة طوقا المطاطية (على سبيل المثال ،NBR تصل إلى ~ 110 °C ، EPDM تصل إلى ~ 150 °C ، Viton تصل إلى ~ 180 °C).تؤدي PHEs الملحومة (حيث تكون الألواح ملحومة بالفرن ، وعادة ما تكون مع النحاس) إلى القضاء على الحوامات ويمكنها التعامل مع الضغوط العالية (غالبًا ما تكون 30-45 بار) ودرجات الحرارة ، الشائعة في التبريد.توفر PHEs الملحومة (باستخدام لحام الليزر أو البلازما) أعلى مستوى من النزاهة ، وقادرة على التعامل مع الضغوط العالية جدًا (أكثر من 100 بار) ودرجات الحرارة (تصل إلى 350 درجة مئوية أو أكثر ، اعتمادًا على المعدن) ، مما يجعلها مناسبة لمهام النفط / الغاز والكيميائيات ومهام المرافق ذات درجة الحرارة العالية.

ما الذي يجعل PHEs مثاليًا لتجهيز الأغذية؟

يسهل تصميمها التدفئة والتبريد الدقيقين والسريعين مع الحد الأدنى من وقت الإقامة ، وهو أمر حاسم للحفاظ على جودة المنتج وتقليل التدهور الحراري.الأهم من ذلك ، يمكن تصنيعها وفقًا لمعايير النظافة الصارمة باستخدام مواد معتمدة من قبل إدارة الأغذية والعقاقير (ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ ، ومركبات طوقا محددة) ، وتتميز بأسطح مصقولة للغاية (قيم Ra منخفضة) لمنع التصاق الميكروبي ، ومصممة لبروتوكولات التنظيف الفعال في المكان (CIP) والتعقيم في المكان (SIP) ، مما يضمن سلامة الأغذية والامتثال التنظيمي.

يعد اختيار حل التبادل الحراري الأكثر فعالية أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز الأداء والحد من التكاليف التشغيلية لأي عملية حرارية.فهم التطبيقات المختلفة والمزايا الأساسية للمبادلات الحرارية الصفيحة هو خطوة أولية حيوية.

شنغهاي معدات نقل الحرارة المحدودة،Ltd. متخصصة في تصميم وتصنيع وتركيب وخدمة المبادلات الحرارية الصفيحة وأنظمة نقل الحرارة الكاملة.

إذا كنت بحاجة إلى مزيد من التشاور والمناقشة، لا تتردد في اتصل بنا.

البريد الإلكتروني: info@shphe.com

WhatsApp / الخليوي: 86 15201818405