جرم گرفتگی واژه ای کلی که شامل هر نوع رسوب مواد خارجی است که بر روی سطح انتقال حرارت در طول عمر مبدل حرارتی ظاهر می شود. خاصیت واقعی و علت رسوب هر چیزی که باشد، مقاومت اضافی در انتقال حرارت ایجاد شده و ظرفیت عمل مبدل حرارتی کاهش می یابد. در بسیاری از موارد، رسوب برای تداخل با جریان سیال به اندازه کافی سنگین است و افت فشار مورد نیاز برای حفظ سرعت جریان را از طریق مبدل افزایش می دهد.
طراحان باید تاثیر جرم گرفتگی را بر عملکرد مبدل حرارتی در طول عمر عملیاتی در نظر گرفته و در طراحی خود ظرفیت اضافی و کافی را مد نظر قرار دهد تا اطمینان یابد که مبدل نیازهای فرایند را در هنگام بستن به منظور تمیز کردن برآورده می سازد. طراح باید در نظر بگیرد که چه مقدمات مکانیکی برای پاکسازی آسان ضروری هستند.
طراحان از فاکتورهای جرم گرفتگی برای به حداکثر رساندن طول عمر، زمان اجرا و بازده یک مبدل حرارتی از طریق محاسبه میزان جرم گرفتگی یک مبدل استفاده می کنند که در طول یک دوره زمانی حفظ می شود. این امر غالباً منجر به افزایش مساحت سطحی مبدل حرارتی می شود، بنابراین جرم گرفتگی تاثیر زیادی نمی گذارد. در بسیاری از کاربردها، همچون پالایشگاه ها، مبدل های حرارتی باید به مدت چند سال بدون پاکسازی عمل کنند. این بدین معنا است که یک مبدل حرارتی باید قادر به عمل کردن موثر برای مدت زمان طولانی باشد. تعدیل سازی جرم گرفتگی از طریق وسعت بخشیدن به مساحت سطحی به مبدل های حرارتی امکان کار کردن با چندین سال جرم گرفتگی را می دهد.
جرم گرفتگی
چندین مکانیسم مختلف اصلی که توسط آنها رسوبات ممکن است ایجاد شوند و هر یک از آنها به طور کلی به متغیرهای متعددی بستگی دارند. همچنین، دو یا چند مکانیسم جرم گرفتگی می توانند در ارتباط با سرویس های داده شده روی دهند. در این بخش ما مکانیسم های اصلی جرم گرفتگی و متغیرهای مهم تر را شناسایی خواهیم کرد.
الف. رسوب سازی بسیاری از جریانات و به ویژه آب خنک کننده حاوی جامدات معلق هستند که
می توانند بر روی سطح انتقال حرارت قرار گیرند. معمولاً رسوبات تشکیل شده به سطح نمی چسبند و محدود شده هستند، یعنی، هر قدر رسوب ضخیم تر می شود به راحتی شسته نمی شود و از این رو مقدار تانژانتی در یک دوره زمانی حفظ می شود. رسوب سازی عمدتاً تحت تاثیر سرعت است و کمتر تحت تاثیر دمای دیواره است. با این وجود، یک رسوب می تواند در دیواره گرم پخته شود و برداشتن آن خیلی مشکل می شود.
ب. جرم گرفتگی با قابلیت حل معکوس نمک های مخصوصی که معمولاً در آب های طبیعی یافت می شوند. به ویژه سولفات کلسیم در آب گرم نسبت به آب سرد کمتر حل پذیر هستند. اگر چنین مواجه جریان یک دیواره در دمای بالاتر از اشباع شدگی مربوطه برای نمک حل نشده صورت گیرد، نمک بر روی سطح متبلور خواهد شد. بلورسازی در بخش های هسته سازی فعال همچون سایش ها و هسته ها پس از یک دوره القا آغاز شده و سپس برای پوشش دادن سطح کلی گسترده می شوند. این عمل ادامه خواهد یافت تا زمانیکه سطح موردتماس با رسوب دمایی بالاتر از اشباع شدگی داشته باشد. مقیاس بالا است و به عملکرد شدید مکانیکی و شیمیایی برای برداشتن آن نیاز دارد.
ج. جرم گرفتگی با واکنش شیمیایی مکانیسم های جرم گرفتگی فوق عمدتاً تغییرات فیزیکی را در بر می گیرند. منبع رایج جرم گرفتگی بر روی بخش جریان فرایند واکنش های شیمیایی هستند که منجر به تولید فاز جامد و نزدیک به سطح می شوند . بعنوان مثال ، سطح انتقال حرارت گرم ممکن است باعث تجزیه گرمایی یکی از اجزاء ترکیبی جریان فرایند شود که منجر به رسوبات کربن دار بر روی سطح می گردد. یا یک سطح ممکن است منجر به پلیمریزاسیون شود که در لایه ضخیمی از لاستیک سنتزی یا پلاستیک درجه پائین حاصل می گردد. این رسوبات غالباً بسیار مقاوم بوده وممکن است به چنین مقیاس هایی بعنوان از بین برنده رسوب به منظور بازگرداندن مبدل به عملکردی رضایت بخش نیاز داشته باشند.
د. جرم گرفتگی تولیدکننده زنگ زدگی اگرجریان فلز سطح انتقال حرارت را از بین ببرد، محصولات فرسایش (زنگ زدگی) ممکن است برای حفاظت از فلز باقیمانده در برابر زنگ زدگی بیشتر ضروری باشند ، که در این حالت هر گونه تلاش جهت پاکسازی سطح ممکن است منجر به تسریع زنگ زدگی شده و نقص در مبدل حرارتی را باعث شود . رسوب سازی بیولوژیکی. بسیاری از منابع آب خنک کننده و جریانات فرایند معدودی حاوی ارگانیسم ها هستند که به سطوح جامد چسبیده ورشد می کنند. این ارگانیسم ها از جلبک و خزه های میکروبی تا سرخاب ها و ماسل ها طبقه بندی می شوند. حتی هنگامیکه فقط یک نوار بسیار نازک وجود داشته باشد، مقاومت انتقال حرارت می تواند بسیار فوق العاده باشد. در جائیکه اشکال ماکروسکوپی همچون ماسل ها وجود داشته باشند. مساله یکی از انتقال حرارت هاست که توسط حیوان وجود ندارد. بلکه توسط کانال های جریان مسدود می شوند. اگر جرم گرفتگی بیولوژیکی بعنوان یک مشکل قلمداد شود، راه حل معمولی کشتن اشکال زنده توسط کلرین افزایی است یا برای باز داشتن از استقرار آن ها بر روی سطح انتقال حرارت با استفاده 90-10 مس- نیکل یا سایر لوله های آلیاژ بالای مس می باشد. بعنوان یک متغیر در کلرین افزایی مداوم، کلرین افزایی داخلی ممکن است موفقیت آمیز باشد.
و. مکانیسم های ترکیبی اکثر فرایندهای جرم گرفتگی فوق می توانند در ترکیب رخ دهند .مثال رایج ترکیبی از a و bدر برج خنک کننده است. اکثر آب های سطحی حاوی کربنات های کلسیم و رسوبات هستند و غلظت این ترکیبات هنگامیکه آب از طریق سیستم خنک کننده مجدداً وارد چرخه می شود، افزایش می یابد. عملکرد این رسوبات بین دو حالت محدودکننده میانی است: بلورها به حفظ رسوب در محل تمایل دارند، اما طرح های ضعیفی در ساختار وجود دارند که از زمانی به زمان دیگر کم می شوند و باعث می شوند رسوبات شکسته شوند.
فاکتور جرم گرفتگی
رایج ترین روش برای محاسبه تاثیرات جرم گرفتگی در یک مبدل حرارتی لوله ای به کار بردن فاکتور یا عامل جرم گرفتگی است. فاکتور جرم گرفتگی عدد از پیش تعیین شده است که میزان جرم گرفتگی را در مبدل حرارتی خاصی نشان می دهد که سیال خاصی را انتقال داده و حفظ خواهد کرد. در معادله انتقال حرارت عامل جرم گرفتگی بر سایر مقاومت های دمایی به منظور محاسبه کل مقاومت دمایی افزوده می شود که عدد متقابل Uclean است.
هیچ محاسبه مستقیمی برای تعیین فاکتور جرم گرفتگی مناسب برای استفاده جهت سیال داده شده در کاربردی خاص وجود ندارد، با این وجود، دستورالعمل هایی برای کمک به تعیین فاکتور جرم گرفتگی مناسب وجود دارند. رایج ترین مجموعه از فاکتورهای جرم گرفتگی که برای انواع سیال با کاربردهای مختلف استفاده می شود از طریق انجمن تولیدکنندگان مبدل لوله ای (TEMR) فراهم شده است. جدول زیر لیستی از کل فاکتورهای جرم گرفتگی است که برای مبدل های حرارتی پوسته لوله ای و سیالات رایج و انواع کاربردها بکار می رود.
شامل 97 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله جرم گرفتگی مبدل های حرارتی
