ما هو مبادل الحرارة ذو الألواح الملحومة؟

ج مبادل حراري ذو لوحة ملحومة يتكوّن من مجموعة من الصفائح المعدنية اللوحية المُرتّبة على شكل طبقات ومُجعَّدة. وعادةً ما تُضغط هذه الصفائح إلى شكل مجعّد لزيادة المتانة الهيكلية ومساحة السطح المُستخدمة في التبادل الحراري. وعلى عكس مبادلات الحرارة اللوحية ذات الحشوات، فإن حواف كل صفيحتين في المبادل الحراري اللوحي الملحوم تُغلَق بإحكام معًا باستخدام عملية لحام بالليزر، مشكِّلةً تجميعة لوحيّة مستقلة. ثم تُلحَم هذه التجميعات اللوحية معًا لتكوين قنوات تسمح بجريان الوسائط الساخنة والباردة بالتناوب. ويتم إغلاق المجموعة اللوحية بأكملها داخل هيكل أو غلاف متين (عادةً ما يكون من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ)، وقد يعتمد الإغلاق بين المجموعة اللوحية والهيكل على عدد قليل من حلقات الأختام الدائرية (O-rings) أو هيكل ملحوم بالكامل.

1. مبدأ العمل

يعمل مبادل الحرارة الملحوم من النوع اللوحي والإطاري على مبدأ انتقال الحرارة غير المباشر، حيث يتدفق السائلان الساخن والبارد في اتجاهين متعاكسين عبر قنوات مستقلة تفصل بينها صفائح معدنية، ويتم تبادل الحرارة عبر جدران هذه الصفائح.

١.١ تصميم قناة التدفق
تم تصميم تجميعات الصفائح بعناية لتكوين نظامين مستقلين تمامًا من قنوات التدفق المغلقة. ويتدفق سائل واحد إلى كل قناة ثانية، بينما يتدفق سائل آخر إلى القناة المجاورة. وبما أن حواف الصفائح تكون ملحومة بالكامل، فإن السائلين لا يختلطان أبدًا داخليًّا.

١.٢ عملية انتقال الحرارة
عندما يمر السائل عالي الحرارة عبر الصفائح المموجة، فإنه ينقل حرارته إلى جدران الصفائح. وتنتقل الحرارة بسرعة من الجانب عالي الحرارة إلى الجانب منخفض الحرارة عبر صفيحة مبادل الحرارة اللوحية (PHE) الرقيقة جدًّا. ويتدفق السائل منخفض الحرارة على الجانب الآخر من الصفيحة، ممتصًّا الحرارة المنقولة من جدران الصفيحة.

١.٣ تعزيز الاضطراب
تلعب البنية المموجة الخاصة الموجودة على الصفائح دورًا حيويًّا. فعندما يمر السائل عبر هذه التموجات، يتولد اضطرابٌ شديد وتدفُّق ثانوي. ويؤدي هذا الاضطراب إلى إزاحة الطبقة الحدِّية المنتظمة عند الجدار، ما يرفع معامل انتقال الحرارة بالحمل. وبالمقارنة مع مبادلات الحرارة التقليدية من نوع الغلاف وأنابيب، يمكن أن تزداد كفاءة انتقال الحرارة فيها بمقدار ٤ إلى ٥ أضعاف.

2. المزايا الأساسية

يجمع مبادل الحرارة اللوحـي الملحوم بين مزايا مبادلات الحرارة اللوحية ومبادلات الحرارة من نوع الغلاف وأنابيب، ويوفِّر المزايا المهمة التالية:

٢.١ مقاومة درجات الحرارة والضغوط العالية
وباستبعاد الحشوات غير المعدنية الموجودة بين الصفائح، يمكنه تحمل درجات حرارة وضغوط تشغيل أعلى. وهو مناسب عادةً لمدى درجات حرارة يتراوح بين -٢٠٠°م و+٤٥٠°م، ومدى ضغوط يتراوح بين الفراغ الكامل و٥٠ بار أو أكثر.

٢.٢ كفاءة حرارية عالية جدًّا
تؤدي الاضطرابات العالية الناتجة عن الصفائح المموجة إلى معامل انتقال حراري مرتفع للغاية، ما يعني أن مساحة انتقال الحرارة المطلوبة تكون أصغر بكثير لتحقيق نفس حمل انتقال الحرارة الذي تحققه مبادلات الحرارة التقليدية. وفي الوقت نفسه، يمكنها تحقيق أقل فرق ممكن في درجات الحرارة بين السوائل الساخنة والباردة عند المخرج يتراوح بين ٢–٣°م، وبالتالي تحقيق كفاءة ممتازة في استرداد الطاقة.

٢.٣ البنية المدمجة
تنعكس الكفاءة العالية في انتقال الحرارة مباشرةً في صغر حجم المعدات. وتتميَّز مبادلات الحرارة ذات الصفائح الملحومة عادةً بالكثافة العالية والحجم الصغير جدًّا، كما أنها تشغل مساحةً ضئيلةً وخفيفة الوزن. بل ويمكن تركيبها حتى على قمة أعمدة التقطير أو تعليقها من الهياكل الداعمة، مما يوفِّر مساحةً كبيرةً ويقلِّل تكاليف التركيب بشكلٍ ملحوظ.

٢.٤ مناسبة للوسائط القاسية
وبسبب غياب الحشوات، فإنها تتمتَّع بتوافقٍ ممتازٍ مع مجموعة واسعة من المواد الكيميائية والمذيبات والهيدروكربونات والوسائط المسببة للتآكل، ما يلغي خطر تآكل الحشوات أو انتفاخها.

2.5 صيانة سهلة
الـ مبدّد حراري من النوع_bloc يتميز هذا المبدّد الحراري بألواح جانبية قابلة للإزالة. ويتيح إزالة هذه الألواح الجانبية الوصول الكامل إلى مجموعة الألواح لغرض التنظيف الميكانيكي أو الفحص، مما يحل مشكلة صعوبة التنظيف في المبدّدات الحرارية الملحومة بالكامل التقليدية.

3. مجالات التطبيق

وبفضل أدائها القوي، تُستخدم مبادلات الحرارة اللوحية الملحومة على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية القاسية:

٣.١ الصناعات البترولية والكيميائية وتكرير النفط
تُستخدم في عمليات التسخين والتبريد والتكثيف وإعادة الغليان ضمن عمليات مثل تسخين النفط الخام مبدئيًّا، وأنظمة السوائل الأمينية (التبريد/إعادة الغليان)، ومكثفات قمة أبراج التقطير، ووحدات إعادة التشكيل، والتكسير الهيدروجيني.

3.2 صناعة العمليات الكيميائية
تُستخدم على نطاق واسع للتحكم في درجة الحرارة خلال عمليات إنتاج المواد الكيميائية العضوية (مثل الأوليفينات والمركبات العطرية) والمواد الوسيطة (مثل حمض الأكريليك) والبوليمرات (مثل البوليبروبيلين).

3.3 الطاقة والطاقة الكهربائية
تُستخدم كمبادلات حرارية لاستعادة الحرارة، ومُبرِّدات في أنظمة تبريد المياه المغلقة، ومضخات حرارية صناعية، كما تلعب دورًا محوريًّا في المجالات الناشئة مثل طاقة الهيدروجين (مثل تبريد الغاز في إنتاج الهيدروجين الأخضر).

3.4 الصناعات المعدنية والصناعات الثقيلة
تُستخدم لتبريد زيت الهيدروليك وزيت التشحيم ومختلف مياه التبريد الصناعية.

3.5 الصناعات الغذائية وصناعة الأدوية
النماذج المصممة خصيصًا (مثل تلك التي تستخدم ألواحًا ناعمة لمنع ترسب المواد) مناسبة للتطبيقات التي تتطلب متطلبات نظافة عالية جدًّا وتنظيفًا متكررًا.

3.6 أنظمة التدفئة والتكييف وتوزيع الطاقة الحرارية
تُستخدم في أنظمة التدفئة المركزية، وإعداد المياه الساخنة في المباني الكبيرة، واسترجاع الحرارة المهدرة.