48
اﻟﻣﺑﺎدﻻت اﻟﺣرارﯾﺔ ﻓﻲ ﺻﻧﺎﻋﺔ اﻟﻧﻔط إﻋداد : أﺳﻌد ﺣﺳﯾن ﻋﺑﺎس ﻣﮭﻧدس ﻣﯾﻛﺎﻧﯾك ﺷرﻛﺔ ﻣﺻﺎﻓﻲ اﻟﺟﻧوب اﻟﮭﯾﺋﺔ اﻟﻔﻧﯾﺔ ﻗﺳم اﻟﮭﻧدﺳﺔ واﻟدراﺳﺎت

المبادلات الحرارية

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: المبادلات الحرارية

المبادالت الحراریة

في

صناعة النفط

إعداد : أسعد حسین عباس

شركة مصافي الجنوب –مھندس میكانیك

قسم الھندسة والدراسات –الھیئة الفنیة

Page 2: المبادلات الحرارية

مفاھیم أساسیة

)Heatالحرارة (

الحرارة في الفیزیاء والكیمیاء ھي إحدى أشكال الطاقة والتي یترافق معھا حركة الذرات أو

الجزیئات أو أي جسم یدخل تركیب المادة . باإلمكان الحصول على الحرارة عن طریق التفاعالت

عاعاإلشالكیماویة مثل األحتراق أو التفاعالت النوویة كاالندماج النووي الذي یحدث في الشمس أو

في المواقد الكھرومغناطیسیة (میكروویف) أو المیكانیكي (الحركي) مثل المغناطیسي كما یحدث

اآلالت واالحتكاك .یمكن للحرارة أن تنتقل بین األجسام عن طریق اإلشعاع أو التوصیل الحراري

إن كانت إال . ال یمكن للحرارة أن تنتقل بین جسمین أو نقطتین في جسم واحد أو الحمل الحراري

للجسم لن یتجرد من الحرارة أَال نظریاً في درجة الصفر المطلق درجات الحرارة بینھما مختلفة .

التي یفترض عندھا إنعدام الطاقة الحركیة للجزئیات وھذه الدرجة ال یمكن الوصول إلیھا عملیاً .

برودتھ . ة جسم ما أودرجة الحرارة: ھي مقیاس لمدى سخون

درجة مئویة واحدة . السعة الحراریة : كمیة الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة جسم ما

وتكون محددة لكل مادة ومعروفة .

: الحرارة النوعیة

وھي تعتمد كمیة الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة وحدة الكتلة من مادة ما درجة مئویة واحدة .

لكل مادة بل تعتمد فیھا على وھي لیست مقداراً ثابتاً ومطلقاً وتركیبھا الكیماوي .على حالة المادة

. الفرق )Cp(ط أو بثبوت الضغ )Cv( . وتقاس إما بثبوت الحجمالظروف التي بموجبھا تم قیاسھا

بینھما في المواد الصلبة والسائلة قلیل جداً یمكن إھمالھ أما في الغازات ھنالك فرق ملحوظ بینھما .

وتسمى حرارة نوعیة ألنھا تختلف من مادة إلى أخرى ، أي تعتمد على نوع المادة (ماء ، ھواء ،

نحاس ، حدید ، زئبق إلى آخره .

)J/Kg . K( )كغم . كلفن( \ وحدات الحرارة النوعیة ھي جول

Heat Quantityكمیة الحرارة

رة تعرف بأسم القیمة الحراریة للوقود وتقدر عادة بالوحدة عند أحتراق الوقود تصدر كمیة من الحرا

الحراریة وتقدر عادة بالوحدة الحراریة البریطانیة . خالل عملیة تحول مادة نقیة من حالة إلى أخرى

المفقودة أو یتم فقد حرارة أو اكتسابھا دون أي تغیر في درجات الحرارة وتعرف كمیة الحرارة

تحول بأسم الحرارة الكامنة وتعتمد بشكل مباشر على نوعیة المادة وحالتھا المكتسبة إبان عملیة ال

األبتدائیة والنھائیة .

تنتقل الحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد وال یحدث العكس ، ھذا منطوق القانون الثاني

لجسمین إلى حالة حتى تتساوى درجة الحرارة في الدینامیكا الحراریة .وتستمر الحرارة في األنتقال

تسمى توازن حراري .

Page 3: المبادلات الحرارية

حرارتھ كل من المعادلتین تقول ببساطة "التغیر في كمیة حرارة الجسم تساوي حاصل ضرب

النوعیة في الكتلة في التغیر في درجة حرارتھ " .

أي تغیر الحرارة مع تغیر الزمن یسمى الفیض الحراري معدل أنتقال الحرارة

،سطح التالمس بین مادتین (أو وسطین) یتمیز بمعامل إنتقال حرارة .

إضافة الى الجول .وتقاس كمیة الحرارة بالوحدات التالیة

كمیة الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من الماء المقطر درجة calorieالسعرة:- ١

ئویة واحدة .م

الماء د من) كمیة الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة باوند واحBtuوحدة الحرارة البریطانیة : (- ٢

المقطر درجة فھرنھایتیة واحدة .

1Btu=252cal

1cal=4.18 Joule

تحول الطور

توجد أیضا أنظمة یؤدي أنتقال الحرارة إلیھا إلى تحول طوري وال یؤدي إلى رفع درجة الحرارة

عملیة التبخر حیث یتبخر ویتغیر من الطور السائل إلى طور البخار . طوال،فمثالً عند غلیان سائل

تبقى درجة الغلیان ثابتة . حتى یتحول كل السائل إلى بخار .

Heat transfer انتقال الحرارة

ذو انتقال الحرارة ھو انتقال الطاقة الحركیة من الكتلة األسخن إلى الكتلة األبرد عندما یكون جسم ما

درجة حرارة مختلفة عما یحیط بھ من األجسام ، فإن إنتقال الطاقة الحراریة ، ویسمى أیضاً بالتدفق

، یحدث بحیث تصل األجسام إلى توازن حراري وھذا یعني أنھا ذات الحراري ،أو التبادل الحراري

جسام األبرد ، درجة حرارة واحدة . ویحدث األنتقال الحراري دائماً من األجسام األسخن إلى األ

وھذا ما یؤكده القانون الثاني للدینامیكا الحراریة إن أنتقال الحرارة بین أألجسام القریبة ال یمكن

إیقافھ ، ولكن یمكن إبطاؤه .

. التوصیل ، والحمل ، واإلشعاعتنتقل الحرارة بثالثة طرق ھي :

Page 4: المبادلات الحرارية

أنتقال الحرارة بالتوصیل

لطاقة الحركیة من جزیئات المنطق ذات درجة الحرارة العالیة یحدث التوصیل نتیجة التبادل في ا

الى جزیئات المناطق ذات درجة حرارة أوطأ . وبصورة أساسیة یعزى التوصیل الحراري إلى

التصادم المرن بین جزیئات الوسط الغازي ، وإلى حركة اإللكترونات الحرة في المعادن ، وإلى

لة .الصلبة العازإھتزازات ذرات األجسام

وأیاً ما یكون التفسیر الفیزیاوي لھذه العملیة فأن القانون األساس إلنتقال الحرارة بالتوصیل ھو

الذي یمثل تعمیماً للنتائج التجریبیة التي تدل على أن معدل أنتقال Fourier's Lawقانون فوریر

الحرارة عمودیاً على السطح عمودیاً على سطح ما یتناسب مع التدرج أو المیل في درجة الحرارة

(مع فرض إنتظام درجة حرارة السطح).

)١( .....��

�� qlA ∝

تمثل المعدل الزمني ألنتقال الحرارة بصورة عمودیاً . وتقاس qحیث :

A الحرارة .مساحة الشریحة عمودیاً على أتجاه انتقال

��

�� في درجة الحرارة مع المسافة بإتجاه أنتقال الحرارة .التدرج أو المیل

فتكون صیغة فوریر كما یلي) ١رقم(ولرفع التناسب تصبح المعادلة

)٢ ....... (q = - K A ��

��

K : . وھي الموصلیة الحراریة وھي صفة من صفات الوسط الموصل للحرارة

اإلشارة السالبة ضروریة ھنا ألن الحرارة تنتقل بأتجاه الھبوط في درجة الحرارة ، بعد إجراء

تكون كالتالي :التكامل للتدرج الحرارة

q = - K A �����

q = K A �����

………(3) q = �����

�/��

ھذا بالنسبة ألنتقال الحرارة الخطي في األجسام (R)بالمقاومة الحراریة L/KAحیث تعرف

المستویة أما بالنسبة ألنتقال الحراري الشعاعي فذلك الذي یحدث باألشكال الكرویة واألسطوانیة

عنا . ووھو ما یخص موض

Page 5: المبادلات الحرارية

) فالتیار الحراري یجري بمعدل T2) والخارجیة (T1( فلو كانت درجة حرارة األسطوانة الداخلیة

) .qثابت (

لو تصورنا إن ھذا التیار الحراري

r+dr یسري خالل قشرة إسطوانیة محصورة

بین سطحي أسطوانتین نصف قطریھما

r1 )r)و (r+dr) ودرجة حرارتھا (Tو (

r2 )T+DT ومساحة ھذه القشرة (A

واألنحدار الحراري یساوي ��

��

. K A-معادلة فورییر للتوصیل الحراري ��

�� =q =

��

��

. q = - K Aبالنسبة لألسطوانة ��

��

r L ) ��

�� q = - K ( 2 �

-d T = . dr �

����.�

- ∫ ����

��= . ∫

��

��

��

����.�

نحصل على : r2 , r1وبالتكامل بین

(ln r2 – ln r1) = - [ T2 - T1 ] �

����

[ T1 – T2 ] =(ln r2 – ln r1) �

����

……..4 q = ��� �(�����)

����

��

إما بالنسبة ألكثر من أسطوانة متمركزات بمركز واحد

= U A1 ( T1 – T2 ) q = �����

����

�r1 L A1=2حیث

…………5 ) ln��

��

��

�� + ln

��

�� +

��

�� ln

��

�� U = 1 / (

��

��

Page 6: المبادلات الحرارية

convection إنتقال الحرارة بالحمل- ٢

یحدث الحمل الحراري كلما وجد سطح في حالة تماس مع مائع في درجة حرارة تختلف عن

درجة حرارتھ .

فأن المائع المماس أو في حالة حركة نسبة إلى السطح سواء كان مجمل المائع في حالة سكون

للسطح یكون ساكناً . وبسبب الفرق في درجة الحرارة بین ھذا الجزء من المائع والسطح الصلب

المالمس لھ فأن الحرارة تنتقل بالتوصیل الحراري . بعد ذلك یزاح المائع الذي نقلت منھ أو إلیھ

أو بسبب مؤثرات خارجیة المائع بالتوصیل بسبب أختالف كثافتھ نسبة إلى باقي أجزاء الحرارة

تجبره على الحركة نسبة إلى السطح المالمس . وتتكرر ھذه العملیة بإستمرار مؤ دیة إلى ما یسمى

وھو على نوعان : بإنتقال الحرارة بطریقة الحمل .

Natural Convection حمل طبیعي- ١

ار إلى المكان البارد وھو ما یحدث دون تدخل اإلنسان . مثل حمل الھواء للحرارة من المكان الح

أثناء تحركھ بسبب فرق الكثافة ، فإن الغازات الساخنة تقل كثافتھا وبالتالي ترتفع إلى أعلى ویحل

محلھا غازات بارجة .

Forced Convection حمل قسري- ٢

كأن تحركھا تیارات قسریة تولدھا أجھزة حیث تتحرك دقائق المائع الناقل للحرارة حركة قسریة

صناعة تعمل على إیجاد فرق في الضغط بین منطقتین في المائع . تعمل حركة المائع القسریة على

نقل الحرارة أینما ذھبت كما في النوع األول ، ولكن بطبیعة قسریة . مثل مروحة التبرید داخل

ل محلھ ھواء بارد . الحاسوب التي تحرك الھواء الساخن إلى خارجھ لیح

ویمكن حساب المعدل الزمني لكمیة الحرارة المنتقلة وكما یلي :

q = h A ( Ts - T ∞ ) درجة المائع T ∞ Tsسطح حرارتھ

q = (����∞)

�/��

q

∞ T Ts

R =1/hA

)١شكل رقم (

Page 7: المبادلات الحرارية

معامل إنتقال الحرارة : معامل تناسب یحدد إنتقال الحرارة عبر سطحي وسطین متالمسین ویقاس

كفاءة غاز أو سائل نقل طاقة عبر سطحھ . یصف معامل األنتقال الحراري W/(m².k)بوحدة

وبالتالي تصریف الطاقة من على سطحھ .وھذا یعتمد على الحرارة النوعیة وكثافة ومعامل التوصیل

الحراري للوسط الذي تنتقل إلیھ الحرارة وكذلك للجسم العاطي . ویجري حساب معامالت إنتقال

مین المتالمسین . الحرارة عن طریق تعیین فرق درجة الحرارة بین الجس

ال یعتبر معامل إنتقال الحرارة خاصة نوعیة لمادة مثل التوصیل الحراري ، وإنما یعتمد على الوسط

وكذلك یعتمد على نوع السریان فقد یكون رقائقیاً أو دوامیاً ویعتمد على ᵛالمحیط وسرعة سریانھ

شكلیة السطح .

Heat transfer by Radiation أنتقال الحرارة باإلشعاع - ٣

ھو إنتقال الطاقة من جسم حار إلى جسم بارد بدون وسط مادي بحیث یمكن األنتقال بالفراغ المطلق.

في وھي عبارة عن طاقة طبیعیة مماثلة بطبیعیة الضوء األعتیادي ، ینتقل اإلشعاع بسرعة الضوء

m/s) 10� × ( 2.998 الفراغ

.F c = �

C . سرعة الفوتون أو الموجة وھي ثابتة في الفراغ :

). m = 10�� m � 1 ویقاس بوحدة المایكرومیتر(: طول الموجة �

F . تترد الموجة :

Page 8: المبادلات الحرارية

الطیف إن أي جسم ساخن یبعث طاقة على شكل موجة كھرومغناطیسیة في جمیع األتجاھات .

یمتد الطیف ھو المدى الكلي لإلشعاعات الكھرومغناطیسیة بجمیع تردداتھا . حیثالكھرومغناطیسي

ل الترددات المنخفضة ، مثل الترددات المستخدمة في الرادیو (في نھایة الكھرومغناطیسي من أو

طول الموجة الطویلة) ، عبر الترددات المتوسطة ، مثل ترددات أشعة الضوء ، إلى الترددات

جاما المختلفة (في نھایة طول الموجات القصیرة جداً) وھو العالیة ، مثل أشعة أكس وتنتھي بأشعة

أول أطوال موجة تقدر بآالف الكیلومترات إلى أطوال موجات في حجم الذرة یعطي قي مداه من

وأصغر من ذلك.

الطیف : عبارة عن التمثیل العام لألمواج الكھرومغناطیسیة ونھتم عادة في البحث العلمي بأطیاف

العناصر حیث یتمیز كل عنصر بطیف ممیز لھ مثل بصمة اإلصبع عند األشخاص ویظھر في ھیئة

خطوط ضوئیة متوازیة متجاورة ذات ألوان مختلفة ممیزة . والطیف یقع في المجال المرئي من

نانومتر والضوء 700یف الكھرومغناطیسي ،بین الضوء األحمر ولھ طول موجي نحو الط

نانومتر . 400البنفسجي ولھ طول موجة

Page 9: المبادلات الحرارية

. التیراھیرتز . تحت الحمراء . فالمایكرووی.الرادیو . ویتكون الطیف الكھرومغناطیسي من أمواج

أشعة كاما .فوق البنفسجیة . أشعة سینیة .

یبعث طاقة على شكل موجة كھرومغناطیسیة في جمیع األتجاھات . وفي حالة إن أي جسم ساخن

سقوط ھذه الطاقة على جسم آخر فربما تمتص أو تنعكس أو تنفذ .

αمنعكس إشعاع ساقط + � + � = 1

Absorptive : α. الممتص �: Reflectanceالمنعكس الممتص اإلشعاع

�: Transmitاإلشعاع النافذ النافذ

على الجسم الذي ال یسمح بنفاذ اإلشعاع خاللھ ولمثل Opaque bodyویطلق أسم الجسم المعتم

τھذا الجسم = 0 .

ρوالجسم المعتم الذي ال یعكس أیاً من اإلشعاع الساقط علیھ = 0 .

αتساوي واحد فلذلك تكون أمتصاصیتھ = 1 .

أي أنھ یمتص كل األشعة الساقطة علیھ وھذه ھي خاصیة السطح األسود الذي ھو في الواقع

) والتام األمتصاصیة .إشعاعاً (لھ أعلى طاقة منبعثة من غیره األحسن

): ھي النسبة بین الطاقة المنبعثة من جسم ما إلى الطاقة المنبعثة من الجسم األسود eاألنبعاثیة (

عند نفس درجة الحرارة .

e = E /Eb

وتزداد بإزدیاد درجة الحرارة للسطوح معدنیة وتقل األنبعاثیة بإزدیاد درجة الحرارة للسطوح غیر ال

المعدنیة .

ویشار إلیھا بالرمز Black body Emissive powerویمكن حساب قدرة إنبعاث الجسم األسود

Eb .

Eb= ���

��W/m² . K 5.6776 × 10 بولتزمان ومقداره –ھي ثابت ستیفان �حیث

∝إذا لم یكن الجسم أسوداً فإنھ یمتص من اإلشعاع الساقط علیھ ( إمتصاصیة ∝) حیث یمثل ��

=∝. وبالتالي eEb) أي بمقدار eالجسم . ویشع ما یمتصھ وبقدره إنبعاثیة ( أي أن امتصاصیة �

وھذا ھو قانون –الجسم تساوي إنبعاثیة عندما یكون مصدر اإلشعاع بنفس درجة حرارة الجسم

ویطلق على الجسم الذي تتساوى أمتصاصیتھ وأنبعاثیتھ بغض النظر عن درجة حرارة –كراشوف

مصدر اإلشعاع وأطوال الموجات بالجسم الرمادي .

Page 10: المبادلات الحرارية

Heat Exchanger المبادل الحراري

إلى مائع آخر ذات درجة حرارة أقل وھي المعدة التي تنتقل فیھا الحرارة من مائع (سائل أو غاز)

ویتم أنتقال الحرارة في المبادل الحراري بصورة رئیسیة بطریقتي دون أن یتم المزج بینھما .

حیث إن حرارة المادة تنتقل إلى جدران حزمة convectionوالحمل Conductionالتوصیل

األنابیب بواسطة الحمل وخالل جدران حزمة األنابیب إلى الجھة الثانیة بواسطة التوصیل وعن

طریق جزیئات المعدن ومن ثم من الجدار الخارجي لحزمة األنابیب إلى المادة التي تجري خالل

مرة ثانیة . الخارجیة للمبادل الحراري بواسطة الحملالقشرة

تستخدم في شكل واسع في الصناعة الكیماویة والبتروكیمیاویة والنفطیة والنوویة ویكون الھدف من

استعمالھ ھو

.لتسخین مائع بارد بإستعمال مائع ساخن - ١

لتقلیل درجة حرارة مائع ساخن بإستعمال مائع بارد . - ٢

لغلي سائل بإستعمال مائع ساخن جداً . - ٣

لتكثیف األبخرة بإستعمال مائع بارد . - ٤

الغرض من المبادالت الحراریة

إن الغرض األساسي من أستعمال المبادالت الحراریة ھو األقتصاد في النفقات ، حیث أن تكالیف

لخام على سبیل المثال یحتاج إلى الكثیر من الوقود والطاقة ، في حین تجد في نفس تسخین النفط ا

وحدة منتجات النفطیة بحاجة إلى تبرید قبل إرسالھ إلى الخزانات لذا یمكن أداء الوظیفتین في مبادل

إن الماء یعتبر من أوساط التسخین الشائعة في حراري واحد أو مجموعة من المبادالت الحراریة .

حیث أنھ یعطي حرارتھ إلى المنتج النفطي ویتحول Reboilersالصناعة النفطیة ،وخاصة الغالیات

من عملیات التسخین ھذه یتم إعادتھ إلى (منظومة مغلقة) لیعاد الُمكثفبدوره إلى ماء . أن البخار

ي تكریر النفط البخار . علماً إن البخار لیس مسخناً رئیساً ف إلنتاجإستعمالھ كماء مغذي للمرجل

بشكل أساسي في األفران . الخام إذ أن النفط الخام ُیسخن

Page 11: المبادلات الحرارية

The overall heat transfer اإلجماليمعامل أنتقال الحرارة

إن العامل المھم في عملیة التحلیل للمبادل الحراري و تحدید معامل أنتقال الحرارة األجمالي ، فإذا

، فإذا فصل مائعان في مبادل حراري بجدار مستٍو . فصل مائعان في مبادل حراري

U = �

���

��

��

أما إذا فصلت الموائع بجدار أنبوب فیكون شكل المعامل .

Uo = �

���

��

����

��

����

�����

���

OR: Ui = �

���

��

����

����

���

��

���

U A = Ui Ai = Uo A0

q = UiAi = UoAo

كثیر ما تتعرض سطوح المبادالت الحراریة خالل التشغیل األعتیادي إلى تكون الصدأ أو ترسب

القشرة على األوساخ علیھا أو تفاعل المائع مع مادة الجدار . إن ھذا الترسب الالحق للطبقة أو

السطح یمكن أن یزید من مقاومة إنتقال الحرارة بین المائعین بشكل كبیر جداً .

ویسمى األخذ بنظر األعتبار ھذا التأثیر في حسابات معامل إنتقال الحرارة اإلجمالي . فلذا البد

. fouling resistanceأو مقاومة األتساخ fouling factorبعامل األتساخ

Page 12: المبادلات الحرارية

ي األنبوب ، تكون بالشكل التاليوعند إضافة ھذه المقاومة إلى المقاومة للسطحین الداخلي والخارج

Uo = �

��� ��,��

��

����

��

���� �

��

�����,�� �

��

����

��

Ui = �

��� ��,��

��

����

��

���� �

��

�����,��

�����

���

Fouling resistance

Page 13: المبادلات الحرارية

تصنیف المبادالت الحراریة

نسبة إلى نوعیة الجریان ونسبة إلى طبیعة نیفات وذلك تصتصنف المبادالت الحراریة إلى عدة

عملھا أو تصمیمھا . وكما یلي :

تصنیف المبادالت نسبة إلى الجریان-أ

The parallel flow heat Exchanger الجریان المتوازي - ١

المائعین الساخن والبارد من إحدى طرفي المبادلة ویتحركان بنفس اإلتجاه في ھذا النوع یدخل

بنفس اإلتجاه داخل المبادل ثم یخرجان من الطرف الثاني للمبادلة .

في الجریان المتوازي نالحظ الفرق في درجات الحرارة بین المائع الساخن والبارد في البدایة

.ستمرار الجریان أیكون كبیر ویقل مع

Countercurrent flow الجریان المتعاكس- ٢

في ھذا النوع یدخل المائع الساخن والبارد من نھایتین متعاكستین ویسیران بإتجاھین متعاكستین

البارد تقترب من ویسیران بإتجاھین متعاكسین . وفي ھذه الحالة نالحظ إن درجة حرارة المائع

بین المائعین على نالحظ إن الفرق في درجات الحرارة درجة حرارة المائع الساخن الداخل وكذلك

طول المبادلة تقریباً متقارب وھذا النوع عادة تكون كفاءتھ أكثر وأفضل من الناحیة التصمیمیة

وكذلك من ناحیة توزیع الجھد الحراري على معدن األنبوب .

Page 14: المبادلات الحرارية

cross flow الجریان المتقاطع - ٣

في ھذه الحالة یتحرك المائع األول بصورة عمودیة على المائع الثاني أي إن الموائع بشكل متقاطع .عادة ٍ ما یستعمل ھذا النوع في التطبیقات التي یحوي أحد الموائع تغیر الطور ومثال ذلك تكثیف البخار الخارج إلى من التورباین حیث یدخل البخار إلى المكثف من ناحیة الغالف

وبالتالي تكون كمیة البخار الذي سیتكثف تكون كبیرة بإستعمال لماء البارد من جھة األنابیب وا ھذا النوع .

المتوسط أللوغاریتمي لفرق درجات الحرارة تحلیل المبادل الحراري بإستخدام

Heat Exchanger analysis :use of the log mean temperature difference

لحساب فرق درجات الحرارة للمبادل یجب أن یالحظ إن المائع الحار في ھبوط بدرجات الحرارة بشكل مستمر إلى إن یخرج من المبادل وكذلك المائع البارد فھو بزیادة مستمرة إلى أن یخرج من

ارة المبادل وكذلك المائع البارد فھو بزیادة مستمرة إلى أن یخرج وألجل حساب معدل إنتقال الحربصورة أدق یجب أخذ ھذا التدرج الحراري على المبادلة qالكلي بین المائعین الحار والبارد

موازنة الطاقة بفرض إن المبادل الحراري معزول عن المحیط الخارجي فیمكن إجراء . بالحسبان أیضاً والتوصیل المحوري على إمتداد األنابیب مھمل .وتغیر الطاقة الكامنة والحركیة مھملتان

ومعامل إنتقال الحرارة األجمالي ثابت أیضاً. والحرارة النوعیة للمائعین ثابتة

c Cpc dt dqc = ṁ

dqh = ṁh Cph dT

dt = ���

ṁ �.���

dT = ���

ṁ �.���

d(T – t) = (�

ṁ �.���-

ṁ �.���) dq

dq = U (T – t) dA

Page 15: المبادلات الحرارية

وعند التعویض

�(���)

��� = (

ṁ �.���-

ṁ �.���) UdA

إجراء التكامل ṁ . Cp = q/(t2-t1)وبالتعویض حیث

Ln ∆��

∆�� = (

�����

� -

�����

� ) UA

q = �����������

��∆��

∆��

UA

q = (�����)�(�����)

��∆��

∆��

UA

q = UA (LMTD) → LMTD = ∆���∆��

��∆��

∆��

for parallel-flow heat exchanger LMTD = (��,������,���)�(��,�����,��)

����,������,���

��,�����,��

,

for Counter-flow heat exchangers LMTD = (��,������,��)�(��,�����,���)

����,������,��

��,�����,���

الجریان المتعاكس مضروبتاً في معامل تصحیح أما بالنسبة إلى الجریان المتقاطع فتحسب كما في

خاص یستخدم من مخططات خاصة .

Page 16: المبادلات الحرارية

أنواع الجریان داخل المبادل الحراري مقارنة بین

عموماً یعتبر الجریان المتعاكس من أفضل األنواع حیث أن الفرق بین درجات الحرارة للمائعین

یمكن على طول المبادل الحراري .ھو أعلى ما

ویمكن توضیح ذلك بالمعادالت الریاضیة :

��∆ q: kJ/sec q = U A معدل إنتقال الحرارة

or W/m الكلي معامل إنتقال الحرارة ².�� . U: kJ /s .m²��

A : m²مساحة سطح الحرارة

��∆المعدل أللوغاریتمي لفرق درجات الحرارة

مثال : مبادل حراري یدخل إلیھ مائعین

℃Th,in= 200 الحاردرجة حرارة المائع Th,out =145 ℃

℃Tc,in = 80 Tc,out=120 ℃درجة حرارة المائع البارد

A= 75 m² , U= 70 kJ/s.m².k

في حالة الجریان المتعاكس - ١

Hot fluid Th,in Th,out

Cold fluid Tc,out Tc,in

∆�� = (������)�(�������)

��������

�������

= 72.46

Q = U A ∆�� = 70 × 75 × 72.46 = 3.804 × 10� W

المتوازيفي حالة الجریان - ٢

Hot fluid Th,in Th,out

Cold fluid Tc,in Tc,out

∆�� = (�������)�(������)

����

���

=60.56

W Q = 70 × 75 × 60.56 = 3.2 × 10�

النتائج أعاله نالحظ أنھ عند نفس الظروف التشغیلیة ونفس المبادل الحراري تكون كمیة الحرارة من

المنتقلة في حالة الجریان المتعاكس أكبر منھا في حالة الجریان المتوازي .

Page 17: المبادلات الحرارية

تصنیف المبادالت نسبة إلى تصمیمھا - ب

.كیفیة عمل التصمیم األساسي للمبادالت وكیفیة تحدید األولیات

إن تحدید معامل إنتقال الحراري الفردي یعتمد باألساس على كیفیة إحتساب الحرارة المنتقلة (الحمل

،التوصیل ، التبرید ، التسخین ، اإلشعاع) والخواص الفیزیائیة للمائع ومقدار تدفق المائع وأخیراً

صمیم .ویجب عند تعتمد عملیة تصمیم أي مبادلة حراریة على التجربة والخطأ في التوبشكل عام

تصمیم أي مبادل حراري األخذ بنظر األعتبار ما یلي :

. مقدار تدفق المائعكمیة الحرارة المنتقلة ، درجة الحرارة، كتحدید الحالة : - ١

تحدید الخواص الفیزیائیة للمائع المتدفق (لكال الجھتین الخارجیة والداخلیة ): الكثافة ، اللزوجة - ٢

،التوصیل الحراري .

تحدید نوع المبادلة الحراریة : تحدید أي نوع من أنواع المبادالت المالئمة للعمل وھي تعتمد - ٣

الذي سیجري فیھا .على الحالة التشغیلیة التي سوف تعمل بھا المبادلة ونوع المائع

تحدید معامل أنتقال الحرارة : - ٤

. الجداول المعدة مسبقاً یجب أن یكون إختیار معامل الحرارة بشكل دقیق وضمن

تحدید مقدار التغیر في الحرارة : یجب تحدید مقدار درجة حرارة الدخول والخروج للمائع المراد - ٥

رفع درجة حرارتھ وتبریده .

��∆ Q = U A : وھي عن طریق المعادلة مساحة السطحیة للتالمس حساب - ٦

لة :تحدید المواد الخارجة من المباد - ٧

حساب معامل أنتقال الحرارة الكلي ومقارنتھ مع أنتقال الحرارة النظري الذي أُخذ من الجداول - ٨

وفي حال كان الفرق كبیر یتم الرجوع إلى الفقرة السادسة وإعادة إحتساب المساحة السطحیة

للتالمس للمبادلة .

حساب مقدار اإلنخفاض في الضغط : - ٩

أو الثالثة لتحدید أفضل للمبادلة .وفي حالة كان غیر مرضي یتم العودة إلى الفقرة الرابعة

الحصول على أفضل قیمة : - ١٠

یتم العودة إلى الفقرة الرابعة بشكل متكرر لحین الوصول إلى قیمة توافق الطلب والتي تكون عادة

مع األصغر .

Page 18: المبادلات الحرارية

وھي كما یلي :م العام للمبادلة یتم تحدید نوع المبادلة على أساس التصمی

) Double-pipeالمبادالت األنبوبیة ( - ١

gasket and plate( (plate and frame) orالمبادالت الطبقیة ( - ٢

)spiralالمبادالت الحلزونیة ( - ٣

)direct-contact heat exchangerالمبادالت الحراریة المفتوحة ( - ٤

)air coolingالمبادالت الھوائیة ( - ٥

)shell and tubeالمبادالت القشرة واألنابیب ( - ٦

ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ.ـ

double-pipe heat exchangerالمبادالت األنبوبیة - ١

وھي من أبسط وأرخص أنواع المبادالت الحراریة وھي عادة ممكن أن تصنع من األنابیب

ان الحرارة المنتقلة قلیلة نسبیاً وعادة ما یمكن ربط أكثر من االعتیادیة وھي تستخدم في حالي ك

واحدة لزیادة الكفاءة ومقدار إنخفاض الحرارة وفي بعض األحیان یتم إستخدام األنابیب المزعنفة من

الخارج أو الداخل لغرض زیادة مقدار إنتقال الحرارة وھي كما مبینة أدناه .

PHEویرمز لھا plate heat exchanger or gasket and plateالمبادالت الطبقیة - ٢

Page 19: المبادلات الحرارية

وھي تتكون عادة من قطع من المعدن المسطح یتم ربطھا مع بعضھا بشكل طبقات متقاربة ویتم

إضافة قطع من الكازكیت على أطراف المبادلة لغرض منع التسرب ویتم إحكام ربط القطع مع

بعضھا لتكوین ھیكل المبادلة الكاملة .

والمسافة بین ) to 3 )mm 0.5لھذه المبادالت یكون عادة یكون عادة المعدني إن سمك الھیكل

m²(0.03 – 1.5)یكون عادة لكل قطعة السطحیةوالمسافة mm(1.5-5)قطعة وقطعة یكون

2500m³/hتكون بحدود وأقصى سرعة للمائع (2-3)والنسبة بین الطول إلى العرض للھیكل ھي

قطع البلیت من وعادة ما تكون الزوایا مخصصة ألنتقال المائع من طبقة إلى أخرى ویتم تضلیع

الوسط وبشكل متقاطع لغرض تقویة مقاومة القطعة لإلنبعاج وكذلك لغرض زیادة إنتقال الحرارة

بین المائع .

ت الحرارة التي تعمل العدید من المعادن والكازكیتات تبعاً للظروف التشغیلیة ودرجاویمكن إستخدام

یفضل مثل ھذا النوع عند إستخدام موائع ذات اللزوجة العالیة .ال بھا ونوع المائع المستخدم .

حیث إن ھذا النوع تكون مقاومتھ للضغوط العالیة ضعیفة وال یمكن ولھ تحدیدات في إستخدامھ

یت المستخدم إضافة الى ویكون ذلك إعتماداً على الكازكإستخدامھ عند الدرجات الحرارة العالیة

طبقات البلیت المستخدم أصالً .

Spiral plate heat exchanger (SPHE)المبادالت الحلزونیة - ٣

وھي تعتبر من المبادالت الطبقیة ولكن بشكل حلزوني والمائع یتحرك في ممرات تشكل بین قطع

. mm(150-180)البلیت وھي تصنع من قطع طویلة من البلیت بین عرض

ویتم ربط الكازكیت عند حافة المبادلة بواسطة البراغي ویتم ربط أنبوب الدخول والخروج على

جسم قشرة المبادلة وإن المبادلة عادة تعتبر من المبادالت المضغوطة حیث یتم إختزال الحجم عن

انیة إستخدام لضغط وذلك لعدم أمكطریق لي القطع ، وھي من األنواع المحدودة األستخدام أیضا

. ℃ 400وحرارة أكثر من bar 20أكثر من

Page 20: المبادلات الحرارية

direct-contact heat exchanger المبادالت الحراریة المفتوحة - ٤

في ھذا النوع من المبادالت یكون التماس بین المائع الحار والبارد مباشر وبدون أي حواجز وفي

كبیر من الحرارة بین المائعین .مثل ھذا النوع من المبادالت یتم نقل مقدار

من الضروري األخذ بنظر األعتبار أن یكون المائعین المستخدمین ال یختلطان وھیمن األشیاء التي

.ال یوجد أي تصامیم ثابتة لمثل ھذا النوع من المبادالت وعادة ما یجب أن تؤخذ عند التصمیم

تستخدم للمواد ذات النسب العالیة األوساخ .

Air cooling heat exchanger ACHEدالت الھوائیة المبا - ٥

ھذا الجھاز من المبادالت الذي یستخدم الھواء كمائع تبرید حیث الھواء القسري الذي یحیط بأنابیب

تعنى بھذا النوع .تحتوي على المادة الحارة ومن ثم تبریده بفعل الھواء المالمس لجدران األنابیب

American Petroleum Ins�tute Standard API 661المواصفة العالمیة

وھي على :ومن ممیزاتھا إنھا ال تحتاج إلى الماء أو أي مائع آخر لغرض التبرید

١-Forced type في ھذا النوع تكون المحركات في األسفل ساحبة الھواء ودافعتھ إلى أتجاه :

حزمة األنابیب .

٢-Induced draft ًمن : ھنا تكون المحركات في األعلى بحیث یتم سحب الھواء من األسفل مارا

تحصل عملیة التبرید . خالل األنابیب وبذلك

Type Bundle Constructionتشكیل حزمة األنابیب

نھایتي األنابیب مرتبطة على حزمة األنابیب الھوائیة تتألف من سلسلة من األنابیب المزعنفة تكون

وعلیھ ترتبط األنابیب الداخلة والخارجة Header boxesكال الجانبین بصندوقین یعرف

)Nozzles (ابیب الداخلة والخارجة یمكن أن تكون معاً على نفس الصندوق أو تكون على ، األن

الجانبین من البندل وحسب تصمیم المبادلة .

. header boxعدد الممرات في جانب األنابیب یمكن جعلھا بواسطة حواجز داخلیة في

Page 21: المبادلات الحرارية

(a)forced type (b)Induced draft

Orientation of tube Bundle

Page 22: المبادلات الحرارية

Forced Draft versus Induced draft

Forced type

حیث تطلب حجم صغیر من الھواء ھذا النوع ذو میزة للتبادل الحراري بإدخال الھواء البارد إلیھا

للمحرك أقل . وبشكل عام یعطي أفضل ترتیب للصیانة ویمكن الحصول علیھ حصانیھوقدرة

recirculationادتھ مرة إخرى للتبادل تعمل على تدویر الھواء الساخن وإعولة . بسھ

Induced draft

مقارنة مع التصمیم أعاله یمتلك ھذا التصمیم الممیزات التالیة :

سھولة التسوق للتجمیع والشحن والتنصیب . - ١

یحتوي على أغطیة تعطي حمایة من الطقس السیئ. - ٢

سھولة التنظیف من األسفل . - ٣

أفضل فوق التیوب بندل .توزیع الھواء یكون - ٤

بدورة ثانیة . أقل إحتمالیة ألن تكون متأثرة بالھواء الحار العائد - ٥

وھناك مساوئ ألستخدامھ

خراج البندل للصیانة .إلصعوبة أكثر - ١

تكون خدمة المحرك الكھربائي محدودة نتیجة تأثیر الھواء الحار علیھ . - ٢

صعوبة الصیانة علیھ . - ٣

Page 23: المبادلات الحرارية

Tubesالتیوبات

لمنیوم أو من الكاربون ستیل أنج ومغلفة بالزعانف المصنعة من األ (to 2 0.75)تكون أقطارھا من

فعنده یسبب تآكل في SO1 , SO2في حاالت الجو البحري أو الجو الذي یحتوي على غازات

زعانف األلمنیوم .

خفض الكاربونالمن ومن المعتاد صناعة التیوبات من الكاربون ستیل أو الصلب السبائكي

(carbon steel or low-Alloy steel) .

٦٣٠إلى ٢٧٦لكل أنج أو ١٦إلى ٧یكون عدد الزعانف من

إلى ٩,٥٣أنج بحوالي( ٢لكل متر ویكون قطر الزعنفة فوق

)ملم . ٠,٥١إلى ٠,٣وسمك الزعنفة من ()ملم ، ١٥,٨٨

Header Box

العدید من أنواع الھیدرات متوفرة صناعیاً نستطیع أن نجعلھا في مجامیع ضمن تصانیف عامة ثالثة

1-Plug type boxes

وھو من معظم األنواع الشائعة حیث یسمح ھذا التصمیم بتنظیف فردي لألنابیب . یستخدم في

المصافي ومعامل القدرة مع الضغوط المنخفضة والمعتدلة والعالیة .

Page 24: المبادلات الحرارية

2-Removable cover plate boxes for high-fouling services .

. ھذا النوع یستخدم في التطبیقات الكیمیائیة Bonnetأما تسمى بذو الغطاء المتحرك أو البنیت

لظروف الضغوط المنخفضة ة المتاخمة الشدیدة ، یتوفر ھذا التصمیم عولخدمة ظروف البق

. < psi 300والمتوسطة

3-Pipe manifold Header or All welded construction

أنبوب الھیدر المشعب مالئم لكل الضغوط من ضمنھا الضغط الفراغي التام ، یستخدم ھذا النوع

الخارج وال ویكون نموذجیاً لھ . یكون إلتصاق األنابیب بالھیدر عن طریق اللحام منلملفات البخار

نھائیاً . rollیكون بطریقة

Shell and Tube Heat Exchanger Designالمبادالت القشرة & األنابیب - ٦

وھي من أكثر أنواع المبادالت المستخدمة في مجال الصناعات الكیمیائیة وباقي أنواع المجاالت

الصناعیة وذلك لألسباب التالیة :

نسبیاً .إن الشكل العام للمبادلة یعطیھا مساحة سطحیة كبیرة في حجم صغیر – ١

الشكل العام سھل األستخدام في الكثیر من التطبیقات المختلفة . – ٢

أنواع المعادن في إنتاج مثل ھذا النوع من المبادالت . باإلمكان إستخدام العدید من – ٣

الفحص والصیانة والتنظیف . من السھولة إجراء – ٤

السھولة في إجراءات التصمیم والتصنیع . – ٥

tubeالشكل العام لمثل ھذا النوع ھو عبارة عن حزمة من األنابیب مرتبطة بجامع األنابیب (

sheetأسطواني یعرف بالقشرة (كال الجھتین وتوضع داخل أنبوب ) منShell ویكون أحد جھات (

Page 25: المبادلات الحرارية

) والجزء اآلخر وھو ما stationary tube sheetجامع األنابیب ملتصق بالقشرة وھو ما یعرف (

)float head tube sheet) ویتم جمع وتثبیت أجزاء الحزمة بالحواجز (Baffles والتي مھمتھا (

تحدید أتجاه حركة المائع .أیضاً

وألھمیة ھذا النوع من المبادالت قام العدید من الباحثین بدراستھ ومن أھم المواصفات العالمیة التي

Tubular Exchangerمن وھي مختصر TEMAتعتني بھكذا نوع من المبادالت ھي

Manufacturers Association ( حیث اغلب التصامیم لھذا النوع من المبادالت تؤخذ من ھذه

المواصفة .

تم تجزئة المبادالت إلى ثالث أو أجزاء رئیسیة وھي المقدمة والتي تمثل بدایة دخول المائع األول.

ائع الثاني ،والجزء الثالث واألخیر الذي یمثل والثاني الوسط الذي یمثل القشرة والذي یمثل دخول الم

إن من أبسط أألنواع الموجودة في المبادالت الحراریة ھي غطاء الفشرة للمبادلة وكما مبین أدناه .

fix tube sheet ) أي من نوعBEM والذي یتم تثبیت األنابیب فیھ مع قشرة المبادلة في مثل ھذا (

كان السماح بتمدد األنابیب وخاصة عند درجات الحرارة العالیة النوع من المبادالت من الصعوبة بم

℃80لذا یقتصر إستخدامھا في درجات الحرارة المنخفضة التي ال تزید عن .

وفي بعض األحیان یتم وضع حلقة تمدد والتي تسمح بتمدد األنابیب في حالة إرتفاع درجات الحرارة

وعادة ما bar 8الت في حاالت لضغوط أكثر من ولكن ال یمكن إستخدام ھذا النوع من المباد

یستخدم ھذا النوع من المبادالت في المبردات المائیة حیث درجة الحرارة المنخفضة نسبیاً ، من

ممیزات ھذا النوع من المبادالت ھو أمكانیتة العالیة على فصل المائعین عن بعضھما وبشكل شبھ

ریع األستعمال یتم اللجوء إلى لحام األنابیب على سطح تام وفي حال إذا كان أحد المائعین خطر وس

)tube sheet .(

) والتي تحتاج إلى CFU) ذو الرمز (U-tube bundleأما النوع الثاني فھو نوع األنابیب المنحنیة (

جامع أنابیب واحد فقط وھي أرخص من النوع الذي یحتوي على جامعي أنابیب .ولكن من محددات

إمكانیة إستخدام ھذا النوع إال مع الموائع النظیفة والتي ال تحتوي على ترسبات ھذا النوع ھو عدم

كبیرة حیث من الصعوبة تنظیف ھذا النوع من المبادالت وكذلك تغییر األنابیب في حال اقتضت

الحاجة إلى ذلك .

ألكثر وھو ا straight – tubeأما النوع الثالث فھو الذي یحتوي على جامعي أنابیب من نوع

إنتشاراً بین كل األنواع ولمالئمتھ أغلب الظروف التشغیلیة من حرارة وضغط عالي وكذلك تحملھ

) ومن السھولة نسبیاً إجراء أعمال التفكیك AESللعمل مع الموائع ذات الترسبات العالیة ذات الرمز (

ألجزاء المبادلة وإعادة تركیبھا مما تتیسر عملیة التنظیف .

Page 26: المبادلات الحرارية
Page 27: المبادلات الحرارية

ن جھة أخرى فإننا نالحظ إن المبادالت من ھذا النوع یكون حجمھا أكبر من النوعین السابقین وم

العام داخل قشرة المبادلة كذلك من المآخذ على ھذا النوع ) floatوذلك لكي نستطیع تمریر الجامع (

ي للمادة من خال غطاء الجامع العائم وخصوصاً في حالة حصول أھو كثرة إحتمال حصول عبور

صدمة حراریة .

كال النوعین من حزم والتي یمكن إستخدام Kettle Exchangerأما النوع الرابع فھو الغالیة

) وھي عادة تستخدم عندما یكون ھناك طورین straight-tube) أو (U-tubeالمبادالت فیھا أما (

إحداھما .غییر طور من المائع أو عندما نحتاج إلى فصل مائعین ممتزجین عن طریق ت

تم تصنیف وتسمیة األجزاء الرئیسیة في المبادالت موضوع الدرس لغرض تسھیل دراستھا وتحدید

ي:ھي كما یلنذكر ھنا األجزاء المھمة وكل جزء منھا و

١-Stationary head – channel

كم في carbon steelوھي عبارة عن إسطوانیة معدنیة تصنع عادة من معدن الحدید الصلب

شكل أدناه ویرتبط بھا أنابیب دخول وخروج المائع داخل المبادلة الحراریة ویتم ربط بعض قطع ال

وذلك لتقلیل التآكل في المعدن .معدن المغنسییوم وفي المبردات المائیة حصراً

في الماضي كان یستخدم معدن الزنك ولكن تم االستغناء عنھ لكثر المشاكل الحاصلة فیھ حیث

بعد فترة إلى توقف التفاعل مع المائع تتشكل بعد فترة أكاسید الزنك على قطعة الزنك مما یؤدي

Page 28: المبادلات الحرارية

ي .وتربط في داخلھ قواطع معدنیة تمثل ممرات الت channelالداخل ویتحول التآكل على معدن الـ

وعمودیة ومائلة . أفقیةتحدد تحرك المائع داخل المبادلة وقد تتكون من ممر واحد إلى عدة ممرات

٢-Stationary head-bonnet

كما في الشكل وعادة ما یستخدم في الثانیة وھو نفس عمل النوع السابق ولكنھ مغلق من الجھة

المبادالت التي تحتوي على موائع قلیلة الرواسب والتي ال تحتاج إلى فتح الجزء األمامي وأغلب

. Kettle and U-tubeاألحیان تكون مع المبادالت من نوع

3 – Stationary head flange-channel bonnet .

مھمتھا ربطھ مع باقي أجزاء المبادلة بواسطة channelوھي عبارة عن فلنج تلحم على حافة الـ

براغي .

4 – Channel Cover .

وھي عبارة عن أسطوانة معدنیة تصنع من نفس معدن قشرة المبادلة ویكون ویتم ربطھ بجسم

المبادلة مع الجنل بواسطة براغي .

5 – Stationary head nozzle .

ویربط مع الجنل وعملھ تمریر المائع إلى داخل المبادلة لدخول وخروج المائع ومن المھم عند ربط

النوزالت مراعاة أن یكون بمستوى عمودي على جسم المبادلة .

Page 29: المبادلات الحرارية
Page 30: المبادلات الحرارية
Page 31: المبادلات الحرارية
Page 32: المبادلات الحرارية

. Stationary tube sheet – 6جامع األنابیب

ال یعتمد فقط على عدد األنابیب وال یعتمد فقط على عدد ویمثل القطعة الجامعة لألنابیب وأن قطرھا

بحیث یجب ترك number of passاألنابیب وإنما على عدد الدورات التي یتحرك فیھا المائع

ویمكن أن یتم تصمیم المبادالت مساحة إضافیة لتكون أخادید تسمح بتثبیت قواطع الممرات فیھا .

ن یكون التصمیم حتى ستة عشر ممر .لتكون من ممر واحد أو ممرین ویمكن أ

7 – Tube

تختلف األنابیب المستخدمة في المبادالت تبعاً إلى التصمیم الذي یوضع في المبادلة وكذلك الطول

) حیث تم تحدید األطوال لكال النوعین العادي TEMAوقد تم تحدید األطوال وبشكل قیاسي من قبل (

إنج ومن الممكن إستخدام أطوال أخرى ولكن ھذه األطوال )240,192,144,120,96والمنحني بـ(

تم إعتمادھا عند الكثیر من المصنعین والمصانع .

(المثلث والمثلث tube sheetقد تم وضع عدة تصامیم ألشكال تثبیت األنابیب في جامع األنابیب

والمربع المعكوس یعطي دفق ثلث إن المالمعكوس والمربع والمربع المعكوس كما في الشكل أدناه

ھذا التصمیم ھو إنھ یسبب إنخفاض عالي في الضغط عالي من الحرارة المنتقلة ولكن من مساوئ

المربع . أكثر من الشكل

ربع والمربع المعكوس یستخدم عادة في الموائع ذات الترسبات العالیة وذلك لسھولة مإن الشكل ال

لسھولة التعامل من التصمیم وعادة یتم اللجوء إلى الشكل المربع التنظیف المیكانیكي لمثل ھذا النوع

معھ في أعمال التنظیف وھو معتمد في الكثیر من المبادالت .

Page 33: المبادلات الحرارية

)أنج للقطر الخارجي . سمك الجدار 2 – 1/4معظم تیوبات المبادالت الحراریة تكون ضمن المدى (

عظم فرق أملیة منفصلة أو بإستخدام للتیوب یجب أن یفحص بتحملھ الضغط الداخلي والخارجي بع

كذلك عامل التآكل الذي یتعرض إلیھ معدن التیوب من جراء التعریة نتیجة للضغط عبر الجدار .

خل والخارج للتیوب وكذلك نوع المادة المنقولة وتأثیرھا على معدن التیوب اسرعة الجریان من الد

جانب الشیل ولكنھ غیر متوافق مع المائع الذي مع المائع في وفي حال معدن التیوب یكون متوافقاً

بداخلھ فإنھ یبطن من الداخل بمعدن آخر یتوافق مع المائع ھذا .

tube pitchالمسافة بین التیوبات

مرة من قطر الخارجي للتیوب . 1.25أقل مسافة تحسب بین مركز تیوب وآخر تكون بمقدار

والتي تزید من أنتقال الحرارة على یوبات المتالصقة إن إختیار خطوة التیوب حل وسط بین الت

جانب الشیل والخطوات الكبیرة لتقلیل الترسبات وسھولة التنظیف وھبوط الضغط .

لخطوة التیوب بحیث یكون الفراغ بین التیوبات مناسب لجریان المائع وعدم 1.25فلذلك النسبة

بالوقت أثناء جریان كل التیوبات وبفارق قلیل صده وتخلخلھ بین التیوبات وضمان التبادل الحراري ل

.المائع على البندل

P = 1.25 D D

p بحیث ال تكون المائع داخل التیوب جریان یكون إختیار سرعة

بطیئة فتكون ھناك ترسبات ومن ثم إنسداد التیوبات وبنفس

.الذي یحدث في الشیل والتآكل لمعدن التیوب األھتزاز تكون سریعة بحیث تسببالوقت ال

BAFFLES البفل

عموماً یجب إستخدامھ وذلك لعدة أسباب

تثبیت التیوبات وتمنع إنحنائھا . – ١

الحفاظ على الفراغات بین التیوبات . – ٢

تحدید مسار المائع من خالل مباشرة عبوره على طول التیوب بندل على جانب الشیل . – ٣

وحزمة األنابیب وبذلك یزید من إضطراب المائع .تولد دوامات في المائع المار بین الغالف – ٤

تولد حركة جریان متقاطع مع حركة جریان المائع المار داخل األنابیب . – ٥

Page 34: المبادلات الحرارية

Classification of baffles تصنیف البفالت

Longitudinalأو طولیة transverseالبفالت إما أن تكون عرضیة

قائمة تقریبا ً على التیوبات . وھي تزید من إضطراب جریان المائع الفالت العرضیة تكون بزاویة

ولذلك تعتبر (فقط مثبتھ طولیاً التي لھا صفائح X & Kفي جانب الشیل . كل عرضیة ما عدا نوع

وتوجد كذلك صفائح عرضیة لتثبیت التیوبات وكذلك بفالت ألنھا تسمح لمرور المائع وتقسم البندل

بھا وذلك لضمان عدم البندل والمحافظة على نفس الفراغات بین التیوبات وال rodsعصا الربط

األخرى ). تعتبر تلك بفالت ألنھ ال یسمح للمائع المرور من خاللھا والذھاب إلى الجھة

فھي لھا بفالت F , G , Hكما وتستعمل للسیطرة على إتجاه المائع في جانب الشیل مثال على ذلك

یكون بالكامل جریان متقاطع قد أنجز . Fطولیة ، في

Transverse Bafflesالبفالت العرضیة

tieقضبان أو قصبات البفل – ٢ plate bafflesصفائح البفل -١تتكون البفالت العرضیة من

rods and spacers

Tie rods القضبان

ضع بین وھي عبارة عن مجموعة من القضبان الحدیدیة وقطع من البوش المقطعة بقیاسات معینة تو

.وذلك لمسك البفل وتثبیتھ حسب المسافات بین بفل وآخر rodبفل وآخر ماراً بوسطھ القضیب

ول یبین العالقة بین قطر ) جدTEMAعدد وأقطار ھذه القضبان وقد حدد (إن من المھم جداً تحدید

حیث من المالحظ إنھ ال یمكن وضع أقل من أربعة المبادلة وعدد وأقطار القضبان المستخدمة

قضبان لكل مبادلة .

.plate baffleصفائح البفل

بھا أنواعو

1 – Segmental 2 – Multi-segmental baffle 3 – Disc and doughnut

4 – Orifice baffle.

Page 35: المبادلات الحرارية

١ – Segmental Baffles

عدد كبیر من المبادالت تستخدم ھذا النوع حیث یسبب جریان متقاطع مع األنابیب وھذا مما یسبب

.زیادة أنتقال الحرارة بین األسطح المتبادلة مع المائع وكذلك ھبوط بضغط المائع

والمعمول بھ %20--- %25أما الشائع للقطع یكون بین %20---%49بین یتراوحقطع البفل

مع ھبوط الضغط الحاصل .كأفضل شيء ألنتقال الحرارة %20كأفضل قطع البفل ھو

في زیادة القطع أو قلتھ یتسبب بقلة الفعالیة الحراریة للمبادل .لتین وفي كال الحا

Page 36: المبادلات الحرارية

البفالت بالتناوب بالنسبة للقطع الموجود یتسبب بتقاطع الجریان : یكون ترتیب إتجاھات البفالت

فتحة القطع للبفل . خالل البندل والجریان المحوري من خالل

وضع البفل للقطع بشكل أفقي یكون بالنسبة للمائع الطور الواحد ( أي الذي ال یحصل بھ تكثیف )

ترسب الطبقات في جانب الشیل .لتقلیل المائع المجمع في أسفل البندل وكذلك منع

یختار النوع العمودي للتطبیقات

إلى الخارج .للتكثیف ، یسمح بتكثیف الجریان بحریة – ١

للغلیان وتكثیف الموائع إلنشاء جریان أكثر إنتظاماً . – ٢

لنقل المواد الصلبة في السائل وسقوطھا في أسفل المبادلة ویمكن التخلص منھا عن طریق – ٣

درینات أو التنظیف حین الصیانة .ال

وإلزالة ھذا التأثیر تحذف التیوبات في منطقة نتیجة األھتزازات جراء جریان المائع في جانب الشیل

القطع وبذلك كل التیوبات تمر بالبفالت كلھا ولیس بالتناوب . یسمى ھذا النوع بعدم وجود أنابیب في

. no – tubes – in – window (NTIW)منطقة القطع بـ

البفل المزدوج أو المتعدد

لجریان ة كبیرة وبعض السماحیات لمائع ابمساحات مفتوحتستخدم لتقلیل الفراغ بین البفالت وتتمیز

بشكل متوازي تقریباً للتیوبات .

Page 37: المبادلات الحرارية

ثالثة تیارات .أما في البفالت الثالثیة یقسم التیار إلى

الكبیر بالجریاننتیجة إلى ذلك المبادالت الحراریة مع البفالت المزدوجة أو أكثر تستطیع اإلمساك

في جانب الشیل . وھناك بعض الممیزات

ثنائیة أو ثالثیة الت إن كانت إلى أثنین أو أكثر حسب عدد البف یجزئالجریان في جانب الشیل – ١

من الجریان لیكون إعتیادیاً .یقلل خطر األھتزاز الناتج . بالتالي

یجب أن ال تكون صغیرة وإال النتائج في الجریان المتوازي الطولي المسافات بین البفالت – ٢

یصاحب مساحات خاملة (راكدة) .

3 – Disc and Doughnut.

) تصنع بالتناوب ، تستخدم في التطبیقات المبادالت disk( الصغیر ) والقرصdoughnutالقرص ( Singleالت یجھز بضغوط منخفضة مقارنة إلى یة النوویة ، ھذا التصمیم من البفرالحرا

Segmental لنفس مجال التیوب الغیر المثبت وعناصر تیوب بندل

4 – Orifice Baffle.

أكثر من قطر التیوب. ةسماحفي ھذا النوع من البفالت تكون فتحة البفل التي تستقر بھا التیوب بھا

إضافیة إلى تكون طبقة من المائع متاخمة فوق التیوباتمن عیوب ھذا التصمیم ال یوفر ثباتیة

مما تكون عازل ألنتقال الحرارة فلذلك ھكذا تصمیم نادر األستخدام .التیوب

Longitudinal Bafflesالبفالت الطولیة

وقد ھز ممرات متعددة في جانب الشبل .تقسم البفالت الطولیة الشیل إلى قسمین أو أكثر وبذلك یج

أنج . 1.4أقل سمك للبفل المصنوع من الكاربون ستیل بـ TEMAحدد كتاب

Page 38: المبادلات الحرارية

8 – Shell

سماك وھي الجزء األھم في المبادلة والذي یحوي أكثر أجزاء المبادلة وقد تم تحدید األالقشرة

وھي على نوعین إما أن تكون مصنعة من أنابیب قیاسیة أو من قطع من TEMAالقیاسیة من

أما في حالة المعدن المثني وقد تم األخذ بنظر األعتبار مقدار التآكل المسموح بھ في ھذه القیاسات

المبادالت التي تعمل في ضغوط عالیة فإنھا سوف تعامل معاملة أوعیة الضغط العلي عند التصمیم .

) بحیث یسمح baffle) والبفل (bundle(وعند إختیار قطر معین للشیل یجب مراعاة قطر البندل

طر البفل قلیلة بحیث بدخول البندل بسھولة وبنفس الوقت تكون المسافة بین القطر الداخلي للشیل وق

.یراعي بالتصمیم الضغط حیث إنخفاض الضغط لھ ال تكون ھناك تسرب للمائع بین الشیل والبندل

أھمیة أكبر من معامل إنتقال الحرارة في التصمیم.

9 – Shell cover

وھو الغطاء الذي یوضع على قشرة المبادلة ویكون من نفس معدن القشرة ویربط معھا بواسطة

stud bolt لمنع التسرب . و الكازكیت

10 – Shell flange-stationary head end

وھي الفلنج الذي یلحم مع الجزء األمامي للقشرة وتصنع من نفس معدن القشرة ومھمتھا ربط جامع

الكازكیت لمنع و stud boltویتم ربط ھذه القطع مع بعضھا بواسطة الـ channelاألنابیب والـ

.التسرب

11 – Shell flange-rear head end

غطاء وھي نفس سابقتھا ولكنھا توضع في الجزء الخلفي للقشرة ومھمتھا ھي ربط القشرة مع

القشرة .

Page 39: المبادلات الحرارية

12 – Shell nozzle

یتم استخدام األنابیب القیاسیة لربط المبادالت وعادة عند الربط یجب تجنب أي عوائق تزید من

انخفاض الضغط .اضطراب المائع وتزید من

13 – Shell cover flange

وھي عبارة عن فلنج یلحم على طرف غطاء القشرة وھي من نفس معدن القشرة الرئیسي ومھمتھ

والكازكیت لمنع التسرب . stud boltربط الغطاء مع القشرة بواسطة ھي

14 – Expansion join

) ومھمتھا أي إستیعاب BEMدالت نوع (وھي عبارة عن حنیة تلحم مع قشرة المبادلة في المبا

التمدد الحاصل في األنابیب عند إرتفاع درجة حرارتھ .

15 – Floating Tube Sheet.

ولكن أصغر في القطر وذلك لكي یمكن أدخالھا في stationary tube sheetھو من نفس نوع

تتحمل tube sheetوعادة ما یتم تثبیت األنابیب فیھا بواسطة جھاز خاص .من المالحظ أن القشرة

ھذه األسماك تبعاً للحالة التي تعمل بھا المبادلة وفي بعض األحیان )TEMA( فرق الضغط ولقد حدد

tube sheet) او لحام طرف األنبوب مع حافةDouble tube sheetجوء إلى ما یعرف بـ(یتم الل

.

16 – Flout head cover.

و الكازكیت وغالباً ما تصنع stud bolts) ویتم بواسطة tube sheetوھو الغطاء الذي یغطي الـ(

ھو قادر على تحمل الحرارة العالیة ویقاوم الصدمات carbon steel type(A105)من معدن

وحسب الحراریة وھناك العدید من التصامیم التي وضعت في عمل أشكال مختلفة من أنواع األغطیة

) وھي تعمل (ring, split ring and split, Key ringالحاجة منھا وعادة ما تصاحب بما یرف

ت و الكازكیت . على أحكام غلق حزمة األنابیب مع الصاموال

Page 40: المبادلات الحرارية

17 – Impingement plate.

تستخدم صفیحة التشظیة لغرض حمایة األنابیب من صدمة اصطدام المائع الحار الداخل إلى

ة الموائع التي تكون درجة حرارتھا أعلى من خطر الصدمة الحراریة وھي تستخدم مع كاف المبادلة

من مواد مختلطة .من درجة غلیانھا أو عبارة عن غازات أو

18 – Pass partition.

وھي قواطع من معدن یشابھ معدن القشرة مھمة ھذه القواطع ھي تحدید مسار المائع وقد تكون

عبارة عن قواطع أفقیة أو عمودیة أو مائلة وتوضع غالباً في الجنل .

19 – Vent connection

أنج 3/4 مناطق العلویة فیھا وتكون بقطر) في الshellھي عبار ة عن ثقوب توضع في وسط الـ(

) وفي بعض األحیان توضع فیھا الصمامات التي Instrumentوتستخدم في وضع أدوات القیاس (

لة الغازیة أو لغرض تفتح في حال إزدیاد الضغط وھي تستخدم في حال كان المائع المستخدم في الحا

ویتم إغالق ھذه الفتحات بواسطة ما یعرف أتمام أمال الصیانة وأجراء الفحوصات المائیة علیھا

.القفل لمنع تسرب المائع عند المبادلة

20 – Weir.

) فقط مھمة عمل السدة األساس ھو الحفاظ على عمل مستوى Kettleیكون في المبادالت نوع الـ(

ضمان عمل المبادلة شكل دائم كل حزمة األنابیب وذلك لالمائع بحیث یضمن أن المائع یغطي وب

وبشكل آمن ویكون ارتفاعھ أطول بحدود أنج واحد من قطر حزمة األنابیب ویكون معدنھ من نفس

معدن القشرة في المبادلة .

Page 41: المبادلات الحرارية

التآكل الحاصل نتیجة الخاصیة الكاثودیة

وھي من العوامل المھمة التي تؤثر وبشكل مباشر على المبادلة الحراریة وتحصل نتیجة لحركة

وقد تم وضع عدة حلول لھذه الحلة وكما یليالمائع مما یؤدي إلى تحرك األلكترونات

-) :magnesiumإستخدام آنود المغنیسیوم ( – ١

عادة ما تظھر فیھا ھذه األقطاب ھو إن ھذه األقطاب على مناطق عدة في المبادلة التي طویتم رب

سوف یكون في تسلسل المعدن في الجدول الكیمیائي أدنى من معدن قشرة المبادلة أي أن التآكل

األقطاب قبل معدن القشرة وھي فعالة في التقلیل من ھذه الحالة .

-یتم إستخدام الطالء البالستیكي : –ب

م للحرارة وذلك لعزل المعدن عن المائع وبالتالي إیقاف التفاعل یتم إستخدام الطالء البالستیكي المقاو

- إستخدام بعض المركبات الخاصة : - جـ

على عمل المبادلة الحراریة قامت العدید من الشركات العلمیة ألھمیة ھذه الحالة وتأثیرھا المباشر

) Plastic steelالمواد مادة (بعمل مواد خاصة لطالء السطح الداخلي للمبادلة الحراریة ومن ھذه

وھي على سبیل الذكر ولیس الحصر وھي ذات قدرة على مقاومة أكثر التآكل وتقلیل تلف المبادلة .

- التلف نتیجة ذرة الھیدروجین : – ٢

العضویة إنھا تحتوي على ذرة الھیدروجین من المعروف في الوحدات التي تتعامل مع المركبات

شق في المبادلة فإن ذرة الھیدروجین سوف تتغلغل فیھا وعند إحتجاز وبكثرة وفي حال حدوث أي

عدد معین من الذرات فإنھا سوف تتحول إلى جزیئھ الھیدروجین األكبر حجماً والتي ال تستطیع

نتفاخ القشرة .بالتالي إلى أالخروج من ھذه الشقوق والتي تؤدي

-التآكل الناتج من جراء عملیة التعریة : – ٣

معروف إن الموائع التي تتحرك داخل المبادالت تحتوي على الكثیر من الشوائب وھذه من ال

الشوائب عند إصطدامھا سوف تؤدي إلى حدوث ما یعرف بتآكل التعریة .

- التآكل الناتج من مركبات الكبریت : – ٤

ه ومع في المواد العضویة وھذمن العروف إن المواد الكبریتیة تكون متوفرة وبكثرة وخصوصاً

إرتفاع درجات الحرارة وتوفر المیاه تتحول إلى حامض الكبریتیك أو الذي تآكل المعدن واألنابیب

وبالتالي یؤدي إلى ثقب األنابیب وحدوث تلوث بین المائعین ولغرض تالفي ھذه الحالة یتم خلط

المواد المعادلة والتخلص من مركبات الكبریت .

- ) :foulingالتلف نتیجھ للترسبات ( – ٥

من المعروف إن النفط الخام یحتوي على الكثیر من العوائق واألوساخ واألتربة المصاحبة وعند

سوف تترسب في داخل األنابیب وعلى القوطع الخارجیة .حركة ھذه المواد داخل المبادالت فإنھا

Page 42: المبادلات الحرارية

كفاءة المبادلة وقدرتھا على العمل بشكل صحیح ویظھر إن تأثیر ھذه الترسبات كبیر مؤثر على

تأثیر ھذه الحالة وبشكل واضح في المبردات المائیة حیث نسبة األتربة والعوالق عالیة جداً

وتترسب ھذه العوالق على أسطح األنابیب مما تؤدي إلى عزل األنابیب وبالتالي قلة كفاءة المبادلة

ي بعض األحیان وألھمیة ھذا العامل فمن الضروري إحتساب معادل وانسداد األنابیب بشكل نھائي ف

الترسب لكال الجانبین في الداخل والخارج ومن الضروري األخذ بنظر األعتبار معامل مقاومة

إنتقال الحرارة حیث من المعروف عند حدوث أي ترسب فإن إنتقال الحرارة سوف تقل بین المائعین

.

-األخطاء التشغیلیة : – ٦

وھو من أھم المشاكل التي تصیب المبادالت والتي تؤثر وبشكل كبیر على أداء المبادالت ودیمومة

عملھا والتي من الصعوبة السیطرة علیھا وتعتمد بشكل كبیر على مھارة المشغلین ومدى تمرسھم

قد تؤدي إلى كوارث في الوحدات العاملة وتلف في العمل ومن المعروف إن بعض ھذه األخطاء

بیر في ھذه المعدات ومن أھم ھذه المشاكل ھي :ك

تعریض المبادلة للصدمة الحراریة . – ١

تعریض المبادلة لضغط عالي مفاجئ . – ٢

عدم المراقبة الدقیقة للمبادلة . – ٣

ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ

إن المبادالت الحراریة من المعدات المھمة في الوحدات النفطیة ومن المھم إجراء أعمال الصیانة

لھا لكي تستمر في العمل وضمن الشروط العمل القیاسیة وأن أعمال الصیانة للمبادالت ھي إجرائات

-روتینیة وھي كما یلي :

- تفریغ المبادلة : – ١

المبادلة من المواد المتبقیة فیھا من الضروري أوالً إفراغ لمبادلة عند البدء بإجراءات الصیانة ل

وذلك لكون بعض المواد الموجودة تكون ملوثة لذا فمن المھم تفریغ المبادلة من كافة محتواھا من

المواد وفي بعض األحیان وخصوصاً عندما تكون المبادلة تعمل بمواد عضویة ثقیلة وذات لزوجة

لى إستخدام مادة الكاز وذلك لضمان تنظیف المبادلة بالكامل .عالیة یتم اللجوء إ

عزل المبادلة : – ٢

وھنا بتم عزل المبادلة (أي نقاط دخول وخروج المائع) بالنسبة لكل من القشرة وحزمة األنابیب

وذلك لضمان عدم تسرب أي مواد غیر مرغوب بھا أثناء أعمال الصیانة وكذلك لغرض تحضیرھا

یة التالیة .الى العمل

تنظیف المبادلة : – ٣

Page 43: المبادلات الحرارية

حیث توصل یتم في ھذه المرحلة عملیة تنظیف المبادلة ویتم ھنا تنظیف المبادلة بواسطة البخار

) ویحب أن یكون الفتح من األسفل وضخ البخار من األعلى ventلمصدر البخار وینم فتح الـ(

تترك لتبرد . وتترك على ھذا الحال لمدة ثالثة ساعات على األقل وبعدھا

بعد إتمام أعمال العزل والتنظیف بالبخار یتم بعد أخذ تصریحة الفتح من مسؤول السالمة – ٤

ملوثة والتأكد من والذي یتأكد بدوره خلو المبادلة من بقایا المواد في المبادلة وخلوھا من أي غازات

سالمة عزل المبادلة .

تباعاً أما بالطریقة الیدویة (المطرقة و المفكات) أو بعد أخذ التصریحة یتم فتح أجزاء المبادلة

) وھو من العدد المفیدة والتي pneumatic impact wrenchبواسطة األدوات المساعدة ومنھا (

تسرع في عملیة فتح المبادالت وتقلیل فترة الصیانة وخصوصاً لو كانت ھذه المبادالت من األحجام

- یتم نزع أألجزاء التالیة :الكبیرة والتي تحتاج إلى جھد كبیر

. Channel cover–أ

. Channel –ب

. Shell cover - جـ

. Floating head –ء

- سحب حزمة األنابیب : – ٥

بعد إتمام رفع كافة األجزاء المتعلقة عن المبادلة تكون المبادلة جاھزة إلى السحب وھناك عدة طرق

عدات المتطورة التي تمكننا من إنجاز ھذه األعمال بدقة وقد تم تطویر العدید من الم لسحب المبادل

-وأمان أكثر وسیتم ھنا عرض ھذه الطرق وھي :

-الطرق التقلیدیة : –أ

وھي الطریقة االعتیادیة والتي تعتمد في األساس على عمال الصیانة مع عددھم االعتیادیة ویتم

ھذه الطریقة فیھا الكثیر من العیوب وھي:) المثبت على المبادلة ولكن lifting lugالسحب بواسطة (

بطیئة التنفیذ . – ١

تحتاج إلى عدد كبیر من عمال الصیانة لغرض إنجاز العمل . – ٢

على المبادلة من التضرر وخاصة في في في أغلب أألحیان یكون من الصعوبة المحافظة – ٣

العالیة . االرتفاعات

- بإستخدام سیارة سحب المبادالت : –ب

وھي تعتبر واحدة منأحدث الطرق في سحب المبادالت وھي عبارة عن مركبة صممت لھذالغرض

-مھمتھا سحب المبادلة ومن فوائد ھذه المعدة :

سریعة العمل . – ١

Page 44: المبادلات الحرارية

ال تحتاج إلى عدد كبیر من العمال لغرض إنجاز. – ٢

قد تصل إلى سبعة أمتار . ارتفاعاتالقدرة على سحب المبادالت في عدة – ٣

األمان العالي في التعامل مع ھذه المعدة . – ٤

عشرون طن .إمكانیة التعامل مع المبادالت التي قد تصل أوزانھا إلى – ٥

- بأستخدام جھاز سحب المبادالت المتنقل : - جـ

عات السلكیة وال وھو یعمل بنفس األسلوب السابق ولكنھ یكون منفصل وعادة یستخدم بمساعدة الراف

یستطیع العمل بمفرده وھو یعمل إما بمحرك الدیزل أو محرك الھواء وفي ھذه الحالة سوف یحتاج

إلى مصدر ھواء ومن فوائده :

إمكانیة التعامل مع المبادالت التي تكون بإرتفات عالیة . – ١

األمان العالي في التعامل مع ھذا الجھاز . – ٢

منظومة السیطرة والتحكم عن بعد . إحتواء الجھاز على – ٣

إمكانیة التعامل مع المبادلة بدون أضرار بھا. – ٤

تنظیف المبادلة : – ٦

ھناك العدید من الطرق المتبعة في تنظیف المبادالت وأجزائھا وھي

التنظیف بالكاز : –أ

بحیث یتم تغطیس من أبسط أنواع التنظیف ویعتمد على أساس إستخدام أحواض الكاز الحار وھو

المبادالت في ھذه األحواض لفترة معینة من الزمن ومن فوائد ھذه الطریقة ھي كفالتھا العالیة في

مع رفع الترسبات من المبادالت التي تتمیز بنسبة عالیة الترسبات ولكن ھذه الطریقة غیر مجدیة إال

األجزاء الخارجیة للمبادلة حیث إن تأثیرھا محدود جداً على أنابیب المبادلة .

التنظیف بالماء : –ب

تعتمد على إستخدام جھاز خاص لضخ الماء وبضغط عالي بما یعرف بمسدس الماء والذي وھي

ب وھو ما ویحتوي على جھاز أضافي للتنظیف داخل األنابییقوم بتركیز ضخ الماء على المبادلة

یعرف بالرمح ولدیھ األمكانیة العالیة على تنظیف المبادلة من الداخل (داخل األنابیب) والخارج

ولكن ھذا النوع من األجھزة غیر قادر على تنظیف المبادالت ذات التكلسات العالیة .

Page 45: المبادلات الحرارية

التنظیف بجھاز الثاقب : - جـ

یتم إستخدام ھذا النوع من األجھزة للمبادالت ذات التكلسات العالیة وھو عبارة عن جھاز یعمل

.والماء بعلیة دفع التكلسات المتجمعة إلى خارج األنبوب بالھواء

):sand blastالتنظیف بواسطة جھاز نفخ الرمل ( –ء

مصدر ھوائي ویضخ إلى ھو عبارة عن جھاز یقوم بمزج الرمل والھواء ویحتاج في عملھ إلى

خرطوم مخصص لضخ الرمل وتستخدم ھذه الطریقة لغرض تنظیف األجزاء الخارجیة لمبادلة

)Channel , shell cover and flouting head , channel cover ( ولھذه الطریقة القدرة

العالیة على تنظیف المبادالت ورفع كافة الترسبات ولكن ھذه الطریقة .

ت الفحص الھندسي :إجراءا – ٧

بعد إتمام أعمال التنظیف تبدأ إجراءات الفحص الھندسي والتي تقوم على أساس فحص أجزاء

المبادلة كاملة وإبداء توجیھاتھ لغرض إجراء أعمال الصیانة المطلوبة وغیرھا من األعمال .

إجراءات الفحص المائي : – ٨

ة تبدأ أعمال إعادة المبادلة وإجراء أعمال الفحوصات بعد إتمام أعمال الصیانة المطلوبة على المبادل

المائیة علیھا والتي یجب أن تكون بثالثة فحوصات

1 – Shell side (with test).

2 – Tube side.

3 – Shell side (with shell cover).

) بقدر الضغط التصمیمي وبعد اجراءات 1.5وعادة یكون الضغط المسلط على المبادلة یعادل (

أعمال الصیانة قد إنجزت على المبادلة لغرض إعادة تشغیل الوحدة .الفحص المائي تكون

Page 46: المبادلات الحرارية
Page 47: المبادلات الحرارية
Page 48: المبادلات الحرارية

المصادر :

أسس أنتقال الحرارة ، تألیف فرانك ب انكروبیرا ترجمة د. صالح إسماعیل نجم – ١

٢ – Heat exchanger design handbook . T.kuppan

TEMAالمواصفة العالمیة البریطانیة – ٣

API 661المواصفة العالمیة األمریكیة – ٤

ملزمة محاضرات صادرة من المعھد العربي للنفط – ٥

شبكة األنترنیت المعلوماتیة – ٦