~93 ~

الفصل األول المبادالت الحرارية

INTRODUCTION TO HEAT EXCHANGERS مقدمة عن المبادالت الحرارية 2-1-1-

مفهوم المبادالت الحرارية: -1هي أجهزة لنقل الحرارة من المائع الساخن إلى المائع البارد وهي تطلق عادة عند وجود حاجز أو فاصل بين

المائعين ألنه توجد حاالت تنتقل فيها الحرارة بين الموائع دون وجود جدران مثل التقاء الهواء الساخن بالسائل البارد (direct heat transfer) المباشرألخيرة يطلق عليها انتقال الحرارة )مثل مبردات المياه الصناعية(، وهذه الصيغة ا

هو النوع األول وهو المعتمد عند تسمية المبادالت الحرارية. والغالب فكرة التبادل الحراري خالل المبادالت الحرارية: -2

فاع الحارة وارت اض درجة حرارة الموادتنتقل الحرارة عادةً من المواد الحارة الى المواد الباردة ويؤدي ذلك الى انخف الى الجو أليه الحرارة المتسربة درجة حرارة المواد الباردة ويكون مقدار الحرارة المفقودة مساويًا للحرارة المكتسبة مضافاً

+ الحرارة المتسربة الى الجو الحرارة المفقودة = الحرارة المكتسبة: وكاآلتيواالشعاع والحمل (Conduction)دل الحراري بصورة رئيسية بطريقتي التوصيلويتم انتقال الحرارة في المبا

Radiation) حيث أن حرارة المادة تنتقل الى جدران حزمة األنابيب بواسطة الحمل وخالل جدران حزمة األنابيب الى ) األنابيب الى المادة الجهة الثانية بواسطة التوصيل وعن طريق جزيئات المعدن ومن ثم من الجدار الخارجي لحزمة

.التي تجري خالل القشرة الخارجية للمبادل الحراري بواسطة الحمل مرة ثانية الغرض من المبادالت الحرارية: -3

أن الغرض األساسي من استعمال المبادالت الحرارية هو االقتصاد في النفقات، حيث أن تكاليف تسخين النفط الخام على سبيل المثال يحتاج الى الكثير من الوقود والطاقة، في حين تجد في نفس الوحدة منتجات نفطية بحاجة الى

.لوظيفتين في مبادل حراري واحد أو مجموعة من المبادالت الحراريةالتبريد قبل أرساله الى الخزانات لذا يمكن أداء ا( حيث أنه (Reboilersأن بخار الماء يعتبر من أوساط التسخين الشائعة في الصناعة النفطية، وخاصة الغاليات

إعادته الى ميعطي حرارته الى المنتج النفطي ويتحول بدوره الى ماء. أن البخار المتكثف من عمليات التسخين هذه يتعلمًا أن البخار ليس مسخنًا رئيسًا في تكرير النفط نتاج البخار)منظومة مغلقة( لُيعاد استعماله كماء مغذي للمرجل إل .الخام أذ أن النفط الخام ُيسّخن بشكل أساسي في األفران

(:(Heat Exchangersأهمية المبادالت الحرارية -4معدات الصناعة والمعالجة المستخدمة في جميع أنحاء العالم، حيث أنها إحدى مبدالت الحرارة تعتبر من أهم

ة فقد تعتبر إحدى تطبيقات علم انتقال الحرارة. وما لها من أهمي وايضاً -الثيرمودايناميكية –تطبيقات الفيزياء الحرارية جعلنا لها دراسة خاصة في هذا الفصل.

تطبيقات المبادالت: -5

~04 ~

ارية تطبيقات عديدة مثل التسخين والتبريد في المنازل وكذلك في السيارة أما في الصناعة فهي وللمبادالت الحر متعددة سواء في إنتاج الطاقة أو الصناعات الكيمائية والبتروكيماوية وتكرير البترول وهذا متناول موضوعنا.

:حاالت جريان الموائع في المبادالت الحرارية -6 :الموائع في المبادالت الحرارية وهيهناك حالتان التجاه جريان

يكون أتجاه جريان الموائع في هذه الحالة متشابهًا، أي أن المائعين يسيران Parallel Flowالجريان الموازي -1 (. 1) رقم بنفس االتجاه كما في الشكل

( حالة الجريان المتوازي 1) رقم الشكل ( يكون أتجاه جريان المائعين متعاكسًا أي أن المادتين تسيران (Counter-Current Flowالجريان المعاكس -2

.2)) رقم باتجاهين متعاكسين وكما في الشكل

الجريان المتعاكس 2)) رقم الشكل ( في الشكلين أعاله يمثالن طول المبادل ويالحظ في الجريان المتعاكس ثبوت فرق (X-Axisأن المحور األفقي

لدرجات الحرارة تقريبًا على طول المبادل الحراري بينما في الجريان المتوازي يالحظ أن الفرق كبير جدًا في دخو المبادل ويقل على امتداد طوله. وأثبتت التطبيقات العملية أن الجريان المتعاكس كفاءته أكثر من الجريان المتوازي.

عادة ما تتضمن عمليات انتقال الحرارة بالمبادالت بالتوصيل والحمل فالثاني يحدث خالل المائع واألول خالل الجدار overall heat transfer)م معامل عام لوصف انتقال الحرارة الفاصل بين المائعين وهذا يستدعي استخدا

coefficient U)1. وهي ذات أنواع عديدة تختلف بالتطبيق المراد وطبيعة الموائع المستخدمة. تستخدم المبادالت الحرارية في العديد من الخدمات المختلفة في مصانع الكيماويات النموذجية. القوائم التالية لبعض

جنبا إلى جنب مع المصطلحات المستخدمة لوصف الخدمات والمبادالت الحرارية. الخدمات

العربي الطبيعي والغاز النفط موقع -1 1

~04 ~

ق معهو قابل للتحقي مماأقل ( هو المبادل الذي يستخدم التبريد لتبريد السائل إلى درجة حرارةChillerمبرد ) -1 الماء.

( يكثف بخار أو خليط من األبخرة إما وحده أو في وجود الغازات غير المتكثفة. Condenserالمكثف ) -23- (Cooler .يبرد سوائل أو غازات عادة باستخدام المياه ) حد السوائل في حين يتم تسخين السائل األخرى. أ( يبرد Exchangerمبادل ) -4 ثيف البخار أو طرد حرارة السوائل. محسوسة إلى السائل أو الغاز من خالل تك ة( يضفي حرار Heaterسخان ) -56- Reboiler) .إعادة الغلي تعمل على توليد البخار لدفع االنفصال التقطير التجزيئي )

وال يمكن أن يتحقق عن طريق التكثيف أو التدفئة للسائل لنقل الحرارة أو الحرارة المحسوسة الى السوائل. ( ويحتفظ التداول الطبيعي للسائل المغلي من خالل (Thermo-syphon reboilerالثرم سيفون إعادة الغلي -7

Reboiler) .والتدوير الكافي الرئيسي لتوفير التداول ) 8- Forced Circulation Reboiler) ويتم استخدام مضخة لتدوير السوائل ( إعادة الغلي ذات التدوير القسري

(. (reboilerمن خالل 9- Reboiler Super-heater)لغلي التحميصية مع ارتفاع درجات الحرارة والبخار إلى درجة حرارة ( إعادة ا

فوق نهاية نقطة الغليان. .2( مبادل حراري الذي يبخر جزء من أو كل تيار السائل(Vaporizerالمرذاذ -11

HEAT EXCHANGERS TYPES الحرارية المبادالت أنواع 2-1-2-

)تبعًا لطبيعة عملها(: HEAT EXCHANGERS TYPES أنواع المبادالت الحرارية - يستعمل المبادل الحراري عادةً لألغراض التالية:

تسخين سائل أو غاز. -1 تبريد سائل أو غاز. -2 تكثيف بخار. -3 تبخير سائل. -4 تسمى المبادالت الحرارية حسب عملها ووظيفتها كما يلي: -

مائع.(: وهي المبادالت التي تستعمل سائاًل ساخنًا لتسخين Heatersالمسخنات ) -1(: وهي المبادالت الحرارية التي تبرد الموائع بواسطة سائل آخر ويستعمل الماء عادةً لهذا (Coolersالمبردات -2

((Air Coolersالهوائية ( وفي حالة استعمال الهواء تسمى المبردات(Cooling Waterالغرض ويسمى ماء التبريد حرارية التي تستخدم لتكثيف البخار أو مزيج أبخرة أو بوجود وهي المبادالت ال (:(Condensersالمكثفات -3

غازات قابلة للتكثيف )كوجود الهواء مع بخار الماء( وعملها الرئيس هو إزالة أو امتصاص الحرارة الكامنة للتبخير

References 2(1 )

~04 ~

(Latent Heat.ويستعمل الماء لهذا الغرض عادًة ) يب من محلول معين وتستخدم عادة لتركيز المحاليل (: تستخدم لتبخير سائل مذ(Evaporatorsالمبخرات -4

بواسطة تبخير الماء )من هذه المحاليل المائية(.(: وهي المبادالت الحرارية التي تستعمل عادة لتسخين قعور أبراج التقطير لفصل المشتقات (Reboilersالغاليات -5

ويستعمل بخار الماء بشكل واسع في الصناعة عن بعضها أو ألبراج التجزئة )لفصل بعض الغازات عن السوائل( النفطية كما يمكن تصنيف المبادالت الحرارية تبعًا لعدد األطوار وكاآلتي: -

مبادالت أحادية الطور: وهي المبادالت الحرارية التي يتم فيها التبادل الحراري بين مائعين )بنفس الطور( وال -1 يحدث تغير في حالة )طور( أحد هذين المائعين.

مبادالت متعددة األطوار: وهي المبادالت الحرارية التي يتم فيها التبادل الحراري مع حدوث تغير في حالة )طور( -2 .3أحد هذين المائعين، فمثاًل يتبخر أحدهما أو يتكثف أثناء التبادل الحراري

أنواع أخرى من معدات نقل الحرارة لم تناقش هنا هي: -3 حوض خزان وملفات -1 د أبراج التبري -2 سخانات الصرف والغاليات -3 تكون المبادالت الحرارية وتصنف حسب عملية االنتقال الحراري فيها وهي: - (. (Indirect Contact Heat Exchangerذات التالمس غير المباشر -1 . (Direct Contact Heat Exchanger)ذات التالمس المباشر -2

لحرارية:يكون جريان الموائع داخل األنابيب في المبادالت ا (. (Parallel Flowجريان المتوازي حيث يجري المائعين في نفس االتجاه -1 (.(Counter Flowجريان متعاكس -2 .(Cross Flow)جريان عابر -3 يكون التبادل الحراري في المبادالت الحرارية حسب طور المائع فهناك: - سائل / سائل وهي أكثر المبادالت الحرارية شيوعا واستخداما. -1 غاز / سائل. -2 غاز / غاز وتعتبر من أنواع المبادالت الحرارية المعقدة. -3 أنواع المبادالت الحرارية المستخدمة في المصافي بشكل عام: -

هناك عدة أنماط مختلفة من المعدات مبادل حراري في االستعمال الشائع. وتشمل هذه: المبادالت الحرارية أنبوب مزدوج. -1 المبادالت الحرارية الدبوسية )متعدد مزدوجة أنابيب المبادالت الحرارية(. -2

العربي الطبيعي والغاز النفط موقع -3 1

~09 ~

المبادالت الحرارية شل وانبوب )ذات الغالف واالنبوب(. -3 المبادالت ذات اللوحة المزعنفه. -4طار. -5 المبادالت الحرارية ذات اللوحة وا المبادالت الحرارية أنبوبية لولبية. -6 للولبية. مبادالت حرارية ذات اللوحة ا -7 المبادالت الحرارية المبردة بالهواء. -8

DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGERS المبادالت الحرارية مزدوجة األنابيب -1هي أبسط من كل األنواع. هي DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGERSالمبادالت الحرارية مزدوجة األنابيب

داخل اآلخر. يتدفق سائل واحد من خالل األنبوب الداخلي بينما يتدفق السائل واحد-مكونه من قطعتين من األنابيب الثاني خالل الحلقة بين األنابيب.

التدفق داخل المبادالت الحرارية مزدوجة األنبوب يمكن أن يكون متوازي في التيار أو معاكس )التدفق المعاكس( أو ( يبين ذلك.3) رقم تدفق عابر. والشكل

( يبين الجريان المتوازي والجريان المتعاكس3) رقم شكلال :مزايا المبادل

غير مكلفة -1 تدفق التيار صحيح سوى كان متوازي أو متعاكس -2 صممت بسهولة لخدمات الضغط العالي -3

:عيوبه من الصعب تنظيف الغالف الجانبي. -1 مناسبة فقط ألحجام صغيرة. من المهم عموما ليست اقتصاديه إذا كان -23- UA > 50,000 Btu/hr-oF

التمدد الحراري يمكن أن يكون مشكلة. -1 :التطبيقات النموذجية

مرحلة واحدة للتدفئة والتبريد عند منطقة نقل الحرارة المطلوبة هي صغيرة. -1

Flow inside double pipe heat exchangers can be co-current or

countercurrent.

Countercurrent Flow current Flow-Co

~00 ~

يمكن استخدامها للتدفئة باستخدام البخار المتكثف إذا وضعت مع المرفقين للسماح للتوسع. -22- HAIRPIN HEAT EXCHANGERS

ت الحرارية هو مشابه لمضاعفة المبادالت الحرارية أنبوب مع متعددة أنابيب داخل غالف واحدة. تصميم المبادال أنبوب مع غالف طويلة الطول يحسن قدرة المبادل لتحقيق درجة حرارة قريبة. -Uالتصميم يوفر مرونة للتصميم

:المزايا ة جيدة. درجة الحرارة المعتبر -معاكس أو تدفق عابر للتيار جيد التدفق ال -1 يمكن تصميمه مع الغالف القابل لإلزالة للسماح بالتنظيف والتفتيش. -2 .( مع معامالت نقل الحرارة منخفضةshell-sideاستخدام أنابيب بزعانف في تصميم مدمج للسوائل ) -3 صممت بسهولة لخدمة الضغط العالي. -4ين للغالف واألنبوب دون استخدام فواصل قادرة على التعامل مع الفرق في درجة الحرارة الكبيرة بين الجانب -5

التمدد. جميع التوصيالت في واحدة من نهاية المبادالت. -6

:العيوب لعدد محدود من الشركات المصنعة. -التصاميم هي ملكية -1 مكلفة نسبيا. -2 UA > 150,000 Btu/hr-oFغير اقتصادية إذا -الحجم محدود -3

:التطبيقات والتبريد عند منطقة نقل الحرارة المطلوبة هي صغيرة نسبيا. في كثير من األحيان توجد في خدمات مرحلة واحدة للتدفئة

للسوائل. tube-side)الضغط العالي والتي يوجد فيها فرق كبير بين درجة حرارة الغالف و) PLATE & FRAME HEAT EXCHANGER المبادل الحراري ذو اللوحة واإلطار -3

هو مبادل حراري PLATE & FRAME HEAT EXCHANGER واإلطار اللوحة ذو الحراري المبادل مضغوط حيث لوحات المموج رقيقة هي مكدسة على اتصال مع بعضها البعض، وتدفق السوائل اثنين على حدة على

لنحاس هو من اطول القنوات المجاورة في التمويج. إغالق اللوحات المكدسة قد تكون فرضت من قبل الحشايا، الصنع )عادة النحاس مصنوع من النحاس الفوالذ المقاوم للصدأ(، أو سبائك )الفوالذ المقاوم للصدأ، والنحاس، والتيتانيوم(،

والنوع األكثر شيوعا يصبح األول، لسهولة التفتيش والتنظيف. :المزايا

التصميم متراص جدا -1 الف واألنبوب( مرات من تصميم الغ 4-2معامالت نقل الحرارة عالية ) -2 التوسيع بإضافة لوحات -3 سهولة الصيانة -4 إمكانية تصنيع اللوحات من العديد من السبائك -5

~04 ~

جميع التوصيالت في واحدة من نهاية المبادل -6 درجة الحرارة المعتبرة جيدة -7 وقت اإلقامة للسائل قصير جدا -8 ليس هنالك بقع ميتة -9

وليس بين السوائل -ى الخارج ي أن يحدث( هو عادة إلالتسرب )إذا كان ينبغ -11 انخفاض الترسب بسبب االضطراب العالي -11

عيوبه: لعدد محدود من الشركات المصنعة -التصاميم هي ملكية -1 الحشوات محدودة لعمل الضغوط ودرجة الحرارة وتتطلب صيانة جيدة -2 (. Ib/in-250 150الضغوط القصوى النموذجية للتصميم هي ) -3 توافق األطواق مع السوائل ال تتوفر دائما -4 القدرة على التعامل مع المواد الصلبة الفقيرة بسبب إغالق الموافقات الداخلية -5 هبوط الضغط العالي -6 غير مناسبة للمواد الخطرة -7 غير مناسبة في الخدمات المفرغة. -8

الحراري ذو اللوحة واإلطارالمبادل (4رقم ) شكلال :التطبيقات

انخفاض الضغط ودرجة الحرارة على مرحلة واحدة للتدفئة والتبريد عندما تكون السوائل ليست خطرة، وارتفاع هبوط الضغط يمكن ان يكون مسموح ويطلب من سبائك السوائل التي يجري التعامل معها.

4- SPIRAL PLATE HEAT EXCHANGERS هي ملفات لولبية صفائحية للمبادالت الحرارية والصفائح تتكون من صفيحتين معدنيتين والتي هي ملفوفة حول

بعضها البعض.

~04 ~

واحد عملية تيار السائل يدخل مبادل في المركز والتدفقات إلى الخارج في حين أن الثاني يدخل السائل في الخارج قرب من التدفق المعاكس الصحيح. والتدفقات إلى الداخل. وهذا يخلق ما ي

:المزايا مسارات التدفق المفرد يخفض معدالت ترسب السوائل المتسخة التي تحتوي على مواد صلبة. -1 األوساخالقدرة على التعامل مع اثنين من السوائل عالية -2 البقع الميتة للمواد الصلبة جمعها داخل المبادل -3 التدفق المعاكس -4 صنعت من العديد من السبائك -5 هبوط انخفاض الضغط عالي -6

:العيوب لعدد محدود من الشركات المصنعة -التصاميم هي ملكية -1 عموما أكثر تكلفة من تصاميم الشل واألنبوب -2

التطبيقات . خالسائل/ السائل، التدفئة والتبريد أو استرداد الحرارة، حيث واحد أو كل من السوائل قد يسبب االتسا -1 البخار / السائل، مكثف السيما تحت ضغط منخفض جدا أو تدفق كبيرة الحجم. -2

5- SPIRAL TUBE & HELIFLOW HEAT EXCHANGERS هي ملفات لولبية نوع أنبوب المبادالت الحرارية ملفوفة من أنابيب. في بعض الحاالت األنبوب مثبتة داخل

ادل الحراري. حزمة ملفوفة لتوفير االندماج على طول المب وتستخدم هذه المبادالت في المقام األول لخدمات صغيرة مثل مضخة السائل وبالمثل المبردات.

:المزايا المبادالت المدمجة غير مكلفة جدا للتطبيقات الصغيرة -1 يمكن التعامل مع الضغوط العالية -2

:العيوب لعدد محدود من الشركات المصنعة -التصاميم هي ملكية -1

6- AIR COOLED HEAT EXCHANGERS وهي مستخدمة في مصافي عدن

المبادالت الحرارية المبردة بالهواء: -المبادالت الحراري المبرد بالهواء تستخدم للتبريد بالهواء المحيط والتكثيف. وعادة ما يتم استخدامها في المواقع التي

يوجد فيها نقص في مياه التبريد. رارية المبردة بالهواء عادة عندما تكون درجة الحرارة الخارجة من المبادل الحراري على األقل تستخدم المبادالت الح

20 C

~04 ~

أقصى درجة حرارة للهواء المحيط فوق المتوقع. يمكن أن تكون مصممة ألقرب درجات الحرارة المعتبرة، ولكن غالبا ما المبادالت الحرارية المبردة ( 6وفي الشكل )مبردة. تصبح مكلفة مقارنة مع مزيج من برج التبريد ومبادل المياه ال

بالهواء.المبادالت الحرارية المبردة بالهواء تستخدم لألجهزة الكهربائية المدفوعة للتحرك بالهواء عبر أنابيب المصرف. هنالك

الترتيبات األساسية: مراوح السحب الطبيعي سحب الهواء من خالل جسم األنبوب. -1 سري تسحب الهواء من خالل خارج األنبوب.مراوح السحب الق -2

المبادالت المبردة بالهواء غالية الثمن مقارنة مع المبادالت المبردة بالماء بسبب حجمها الكبير، معامالت نقل الحرارة منخفضة على حجم الهواء، والمتطلبات الهيكلية والكهربائية. وباإلضافة إلى ذلك المبادالت المبردة بالهواء تتطلب

مساحة كبيرة ويجب أن تكون مصممة للتعامل مع التغيرات في درجة حرارة الهواء النهارية والموسمية. معامل انتقال الحرارة منخفضة جدا المرتبطة على السطح الخارجي لألنابيب ويمكن التغلب عليه جزئيا من خالل

رجية. االستخدام الواسع النطاق لألنابيب بزعانف لزيادة مساحة السطح الخاأنابيب ذات الزعانف غالبا ما يتم التعامل مع التغيرات في درجات حرارة الهواء المحيط باستخدام متغير السرعة أو

الزعانف وضبط تدفق الهواء في المناخات الباردة، قد يكون من الضروري للتصميم في القدرة على إعادة توزيع الهواء لمنع

حة وشائعة االستخدام للتطبيقات ذات التدفقات الصغيرة وهي وحدات أصغر )على التجمد في هذه العملية تكون متا .ةالمز عنف( صورة توضيحية لألنابيب 5) رقم غرار المشعات(. وفي الشكل

ةالمز عنف( صورة توضيحية لألنابيب 5) رقم الشكل :المزايا

للتبريدال تستخدم المياه -1 :العيوب

يتطلب مساحة انتقال واسعة -1 غالية -2 يمكن انسداد الزعانف في البيئات "القذرة" -3

~04 ~

يمكن أن تكون عدد الزعانف مزعجة -4 :التطبيقات

تستخدم للتبريد والتكثيف في األماكن التي يكون فيها الماء غير متوفر

المبادالت المبردة بالهواء 6)الشكل )

7- TEMA TYPE SHELL & TUBE HEAT EXCHANGERS

والتي ستكون محور دراستنا في هذا الفصل. وهي من األنواع المستخدمة في مصافي عدنومن المعروف أن المبادالت الحرارية ذات الغالف واألنبوب متعدد في الصناعات الكيميائية حيث تمثل أكثر

األنواع استخدامًا على نطاق واسع لنقل الحرارة في التطبيقات الصناعية. في جوهرها.لية تدفق السوائل واحد من مبادل الغالف واألنبوب هو وعاء يتكون من العديد من األنابيب حيث تحدث داخله عم

خالل أنابيب المبادل بينما يتدفق سائل أخرى خارج األنابيب داخل الوعاء. المبادالت الحرارية ذات الغالف واألنبوب لديهم القدرة على نقل كميات كبيرة من الحرارة بتكلفة منخفضة نسبيا

حرارة بينما فعالية السطح للتقليل من متطلبات والمصممة للخدمات. ويمكن أن توفر كميات كبيرة من معدل نقل الالمساحة، وحجم السائل والوزن. المبادالت الحرارية ذات الغالف واألنبوب متوفرة في مجموعة واسعة من األحجام

عاما، وبالتالي فإن التقنيات الحرارية وطرق 150وتكوينات مختلفة للمبادالت. وقد استخدمت في الصناعة ألكثر من يع موضحة بشكل جيد.التصن

يصنع سطح األنبوب من المعايير المختلفة للمعادن والخصائص الداعمة متوفرة على نطاق واسع. غالبا ما توفر أقل تكلفة للتصميم الميكانيكي للتدفقات السوائل ودرجات الحرارة المرتبطة بعملية معينة.

التالية: المبادالت الحرارية ذات الغالف واألنبوب لديهم المزايا غير مكلفة نسبيا. -1 سهلة التنظيف. -2 متاحة في كثير من االحجام واألشكال المختلفة. -3 تطابق التصميم. -4

~03 ~

متوفر من العديد من المواد المختلفة. -5 يمكن أن تصمم لضغوط عالية دون تكلفة زائدة. -6 مبادئ التصميم المعروفة جيدة. -7 . 4متوفرة للعديد من الشركات المصنعة المختلفة -8

SHELL & TUBE HEAT واألنبوب الغالف ذو الحراري مبادل مكونات 2-1-3-EXCHANGER COMPONENTS

. SHELL & TUBE HEAT EXCHANGER COMPONENTS الغالف واألنبوب الحراري ذو مكونات مبادل توضيحية لمكونات المبادل مع بيان األجزاء الداخلية. في االشكال التالية صور

مقطع للمبادل 7)) رقم الشكل

References 4(1)

~44 ~

Figure (8) Fixed-tube heat exchanger

Figure (9) Floating-head heat exchanger (non-pull through type)

Figure (10) Removable U-tube heat exchanger ةالموجودة في االشكال السابق مبادل الغالف واألنبوب ويوضح مكونات مبادل الغالف واألنبوبالمبدئية مكونات ال

:في الجدول التاليTypical parts and connections shown in Figures 8, 9and 10 (IS: 4503-1967) are summarized below.

~44 ~

1. Shell 16. Tubes (U-type) 2. Shell cover 17. Tie rods and spacers 3. Shell flange (channel end) 18. Transverse (or cross) baffles or support

plates 4. Shell flange (cover end) 19. Longitudinal baffles 5. Shell nozzle or branch 20. Impingement baffles 6. Floating tube sheet 21. Floating head support 7. Floating head cover 22. Pass partition 8. Floating head flange 23. Vent connection 9. Floating head gland 24. Drain connection 10. Floating head backing ring 25. Instrument connection 11. Stationary tube sheet 26. Expansion bellows 12. Channel or stationary head 27. Support saddles 13. Channel cover 28. Lifting lugs 14. Channel nozzle or branch 29. Weir 15. Tube (straight) 30. Liquid level connection

، الصطداماوتشمل المكونات األخرى التعادل والقضبان والفواصل، ولوحات التقسيم والتمرير )أقسام القناة(، لوحات .5والعوائق الطولية، وشرائط الختم، والدعم

:التطبيقات ( يستخدم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من (shell and tube heat exchangerمبادل الغالف واألنبوب

التطبيقات األكثر شيوعا من بينها هو تبريد السوائل الهيدروليكية والنفط في المحركات، وحزم الطاقة الهيدروليكية. ويمكن مع مجموعة المواد المناسبة ممكن استخدامها أيضا لتبريد أو تسخين وسائل أخرى، مثل مسبح المياه أو تهوية الهواء. واحدة من مزايا استخدام مبادل حراري شل وأنبوب هو أنها غالبا ما تكون سهلة للخدمة، ال سيما مع نماذج األنبوب العائمة )حيث لوحات األنبوب غير ملحومة إلى الغالف الخارجي( وهو متاح. يمكن أن تستخدم أيضا في

صفيحة األنبوب الثابت للمبادل الحراري تستخدم عادة في: مساحة التدفئة. -1 تبريد. -2 تكييف الهواء. -3

II -Chemical Engineering Design –Chemical Engineering –NPTEL 5

~44 ~

محطات توليد الطاقة. -4 الكيميائية النباتات. -5 البتروكيماويات النباتات. -6 معامل تكرير البترول. -7 معالجة الغاز الطبيعي. -8 معالجة مياه الصرف الصحي. -9

تالي:النحو الوهي على حتى يتسنى لنا التصميم مكونات مبادل الغالف واألنبوب وسوف نورد شرح موجز لبعضA- األنابيب(tubes):

األنابيب هي العنصر األساسي للمبادل الحراري ذو الغالف واألنبوب، ويوفر السطح نقل الحرارة بين السوائل التي تتدفق من خالل األنابيب الداخلية وسوائل أخرى تتدفق عبر السطح الخارجي لألنابيب. أقطار األنابيب هي أنابيب

المواد المكونة من الكربون وعة متنوعة من أقطار، وسماكة الجدار، وأطوال. ومواد الصنع وتشمل متاحة في مجم . 6والنحاس والفوالذ المقاوم للصدأ. ومواد كثيرة أخرى من سبائك النيكل والتيتانيوم واأللومنيوم المتاحةالصلب

المتطلبات المحدودة: Tube Exchanger Manufacturing Association)رارية على تعتمد األنابيب المستخدمة في المبادالت الح

(TEMA)) مستخدمة في المبادالت الحرارية و المعتمدة حسب المواصفات األمريكية لألنابيب ال( في نظامTEMA ) Stain Less Steel)أنابيب النحاس وأنابيب النحاس / نيكل والستينلس ستيل )خدم عادة أنابيب الكاربون ستيل و تست

.(inch 2 – 1/4)واألقطار شائعة االستخدام هي بقياس ،والتيتانيوم :BS-3274المواصفة القياسية البريطانية

24ft,20ft,16ft,12ft,8ft ,6fوقد حدد النظام البريطاني األطوال القياسية لألنابيب وهي أطوال مثالية الجريان للمائع ومقدار فقدان أو هبوط الضغط داخل يعتمد ويحدد عدد األنابيب في المبادل الحراري على أساس معدل

o.9 – 2.4أي ) ( (ft/s 8-3المبادل فيتم اختيار عدد األنابيب استنادا إلى سرعة المائع داخل األنبوب وبحدود (m/s وسرعة المائع داخل غالف األنابيب بحدودft/s) 2-5 ) 1.5أي m/s) – 0.6 ويجب مراعاة الحد األدنى ،)

ريان المائع داخل األنابيب بحيث ال يتسبب بتكون الترسبات وأن تكون بحدها األدنى، كذلك يجب ان ال يبالغ لسرعة ج( (Vibration( وكذلك لتقليل االهتزاز (Erosion( و التعرية (Corrosionبسرعة المائع داخل األنابيب تحاشيا للتآكل

ة لسماكة االنابيب المصنوعة من الفوالذ:الجدول التالي يعطي بعض القيم القياسيو داخل الغالف. thicknessسماكة االنبوب (mmالقطر الداخلي لألنبوب)

16 1.2 1.6 2.0 _ _ 20 _ 1.6 2.0 2.6 _ 25 _ 1.6 2.0 2.6 3.2

References 6(1)

~49 ~

30 _ 1.6 2.0 2.6 3.2 38 _ _ 2.0 2.6 3.2 50 _ _ 2.0 2.6 3.2

(: 1جدول رقم ) تربط حزم األنابيب بطريقتين فأما أن تكون متكاملة مع الغالف وملحومة معها وهنا يجب أن يراعى فيها حسابات

ت بواسطة بالتمدد واالهتزاز بدقة أو أن يكون أحد طرفها مثبت بالغالف ويترك الطرف اآلخر سائبا داخل الغالف ويث( وهذه الطريقة (Shell( مناسبة أو يمكن أن يكون الطرفان مثبتان بواسطة حشوات داخل الغالف (Gas gateحشوه

تتيح مرونة أكثر بالنسبة للتمدد واالهتزاز وتوفر سهولة تبديل حزمة األنابيب أثناء الصيانة. عادة في الخارج. -قمنا بمد أو تعزيز السطوح إذاقد تكون األنابيب إما عارية أو

يمكن تمديد السطوح مثل أنابيب بزعانف لزيادة مساحة نقل الحرارة على السطح الخارجي وزيادة معامل نقل الحرارة مرات من األنبوب العاري ونسبة هذه المساحة يساعد على تعويض أكثر. 2-2 الخارجي لألنابيب من

كل االنبوب المزعنف.( ش11) رقم وفي الشكل

((Finned Tubes( شكل االنبوب المزعنف 11) رقم شكلال are 3/4 inch (19.05 mm) or 1 inch تشير أحجام األنبوب إلى القطر الخارجي أقطار األنبوب القياسية هي

(25.4 mm) Larger (1-1/4, 1-1/2 or 2 inch) ي بعض األحيان عندما يكون الضغط وتستخدم ف منخفض.

( لألقطار الخارجية لوحدات الغالف للتصاميم القياسية or 5/8 inch 1/2تستخدم ) لقطرة المطلوب للمكثفات الفراغيةاب عادة بوصة، وبالتالي ال تستخدم هذه األنابي¾ لخدمات الموائع النظيفة فمن الصعب التنظيف لألنابيب الصغيرة من

. 7الخدمة العمليةفي ( على النحو التالي: BWGيتم إعطاء سمك جدار األنبوب عادة من حيث المقياس برمنغهام لألسالك )

References 7(2-3)

~40 ~

BW Gauge Thickness, in Thickness, mm 12 0.109 2.77 14 0.083 2.11 16 0.065 1.65 18 0.049 1.24

الذي يتضمن بدال" للتآكل". األنابيب السبائكية سيكون عادة قياس 14أو عيار 12أنابيب الكربون الصلب يكون عادة إذا كان السائل يحتوي على المواد الصلبة التي قد تسبب التآكل، إذا لزم ةالقياسيلألنابيب 16ويمكن استخدام 18

األمر الرتفاع الضغط أو إذا كانت األنابيب هي لتنظيفها بانتظام ميكانيكيًا. قد تكون أنابيب ملحومة عادة ليس هناك فرق في األداء بين األنابيب الملحومة وغير الملحومة واتخاذ القرار بشأن نوع

بوب المصنوع على أساس التوافر والتكلفة. األن . foot increments up to 24 feet long))8 2ويتم تحديد أطوال األنابيب عادة في

B- ( حزمة األنابيب لمبادالت الحرارة الغالفية األنبوبية(Bundle: ( 12) رقم كما في الشكلوهي عبارة عن مجموعة من األنابيب داخل الغالف والتي تسمى حزمة األنبوب. وهي مبينة

التالي:

Bundle)( )12)رقم شكل ال ة عتبار عندما يصمم المهندس معدؤخذ بعين االهنالك عدة خواص للتصميم الحراري لحزمة األنابيب والتي يجب أن ت

كالتي نحن بصدد الحديث عنها. تشمل هذه الخواص ما يلي:األنبوب: استخدام أنبوب صغير القطر يجعل التبادل الحراري اقتصادي ومدمج باإلضافة لكونه متكتل ومع ذلك، قطر

فمن المرجح للتبادل الحراري أن يتعطل بشكل أسرع وصغر حجم األنبوب يجعل التنظيف الميكانيكي صعب جدًا كبر. وهكذا، أ يمكننا استخدام أنابيب بأقطاربسبب الترسبات. لكي نتغلب على مسألة الترسبات ومشاكل التنظيف،

عتبار كل من تحديد قطر األنبوب، والمساحة المتوفرة، والتكلفة وطبيعة الترسبات من السوائل.يجب األخذ بعين االa- مصممة للتأكد مما يلي: -عادة –سماكة األنابيب: سمك جدار األنابيب هي

هناك مجاال كافيا للتآكل. -

References 8(2)

~44 ~

م عن االهتزاز يمكن مقاومته.أن التدفق الناج - القوة المركزية المحورية. -القدرة على تغيير قطع الغيار بأقل التكاليف وبأبسط الطرق أحيانا سمك الجدار يحدد عن طريق الحد األقصى -

لفارق الضغط عبر الجدار.b- القطر وأنبوب طويل. طول األنابيب: المبادالت الحرارية عادة ما تكون أرخص عندما تكون لديه غالف صغير

لهذا، وعادة ما يوجد هدف لجعل المبدل الحراري أطول ما يمكن. ومع ذلك، هناك العديد من القيود لهذا، مثل المساحة المتاحة في الموقع والحاجة إلى ضمان أن هناك إمكانية في أطوال األنابيب التي عادًة ما تكون ضعف

ل واستبدال األنابيب(. أيضا، ال بد من التذكير بأنه من الصعب الطول المطلوب )حتى يتسنى لنا سحب وتنزي استبدال وتغيير األنابيب الطويلة الرقيقة.

c- أبعاد األنابيب: عند تصميم األنابيب، يجب التأكد مع ضمان مقاسات كل أنبوب )أي وسط المسافة بين مركز ضعف قطر األنبوب الخارجي. 1.25محاور لألنابيب( ليس أقل من

d- يج األنابيب: هذا النوع من األنابيب، تستخدم أساسا لألنابيب الداخلية، يزيد من اضطرابات السوائل ولها تأثير تمو مهم جدا في نقل الحرارة بإعطاء أفضل أداء ممكن.

C- نابيبممرات األTube-side Passes مجموعة األنابيب التى ترتب بالتوازي يوجه المائع عادة في االنبوب ليتدفق ذهابا وايابا في عدد من الممرات خالل

لزيادة طول مجرى التدفق.عموما يتم اختيار عدد الممرات مباشرة إلعطاء سرعة في تصميم االنبوب المطلوب وتبنى المبادالت الحرارية في

ة المطلوبالبداية على ممر واحد ويصل في النهاية الى حوالي ستة عشر ممر. ترتب األنابيب على عدد الممرات .بالتقسيم فوق رأس المبادل )القنوات( مع الواح تقسيم )حواجز الممر(

:نبوب لمبادل على الصفحة التاليةوتورد قائمة الحرارة المشتركة أبعاد األ

~44 ~

Heat Exchanger Tube Dimensional Data Courtesy of Kern (2جدول رقم ) D- األنابيب توزيع TUBE LAYOUT:

على صفيحة األنبوب: TUBE LAYOUT توزيع األنابيبفي المبادل الحراري في نمط معين، الكائن األكثر شيوعا الثالثي على صفيحة األنبوب يتم تثبيت األنابيب

ة ألنابيب على فترات متساويا)المثلثي( على الرغم من أن نمط المربع يستخدم أحيانا. باإلضافة إلى ذلك، تباعد يتطلب أن نسبة قطر الخطوة (TEMA)المقاييس نظام وتسمى المسافة من مركز إلى مركز أنبوب بمسافة الخطوة و

أكثر في التجارب العملية، وعادة ما تستخدم الحد األدنى من المسافة للحفاظ على أو1.25يكون إلى القطر الخارجي قطر الغالف صغيرة قدر اإلمكان ومع ذلك، تستخدم أحيانا المسافة األكبر لتقليل الغالف الجانبي أو هبوط الضغط

لتسهيل تنظيف األسطح لألنبوب الخارجي. . (13في الشكل رقم ) و مبين أدناهكما ه 30o or 60oالتخطيطات المثلثية إما

~44 ~

90o or 45oالتخطيطات المربعة هي إما .

Tube Layouts (13الشكل رقم ) التخطيطات المثلثية تعطي معامل نقل الحرارة وانخفاض الضغط أعلى من التخطيطات المربعة، وال سيما ألغراض

والتبريد المحسوس من السوائل على مرحلة واحدة والتكثيف الطوري. والفرق ليس كبيرا للتبخير ونتيجة لذلك التدفئة ذه العملية هي أن الغالف الجانبيغالبا ما تستخدم تخطيطات مربعة للغالف الجانبي للمبخر وخاصة عندما تكون ه

من المبادالت يتطلب التنظيف المتكرر.

( توزيع األنابيب على الصفيحة14شكل رقم )ال

~44 ~

نبوب يتم تقديم المخططات التخطيطية لغالف األنابيب لتوفير الحسابات لألنبوب لمختلف أقطار األتخطيط :ةالغالف على الصفحات التالي

Tube Layouts for Square Pitch Courtesy of Kern (3جدول رقم )

~43 ~

9Tube Layouts for Triangular Pitch Courtesy of Kern (4جدول رقم ) وخاصة إذا كان المطلوب الحظ أن تفترض هذه المخططات أن الغالف مشغول تماما. هذا قد ال يكون الحال دائما،

صطدام كما هو موضح الحقا. حماية االلمسافة سيمات مناسبةوهذه البرامج تعطي تق تخطيط االنابيب عند أي تصميم عادة سيخطط بواسطة برامج الحاسوب

وتبين المواقع التي لها ارتباط اقوى. ايضا قد يحذف صف أو صفين من صفوف األنابيب في القمة وقاع الممر ( ومساحة الجريان تناظر الفوهات الداخلية والخارجية.Clearanceلحزمة لزيادة مسافة الخلوص )ا

References 9(5)

~44 ~

E- صفائح األنابيبTube-sheets (tube-sheet)( هي اللوحات التي تدعم نهايات األنابيب. واشتراك األنبوب إلى (Tube-sheetsصفائح األنابيب

-Tube)ومة القوى التي من شأنها أن تميل إلى فصل األنبوب من يجب أن يكون ميكانيكيا قويا بما يكفي لمقاsheet) أثناء التشغيل يجب أن يكون ضيق التسرب.

"( أو التوسيع ميكانيكيا في األخاديد التي يتم فيه قطع األنبوب داخل الثقوب. في كثير rolledطبيعة األنابيب تكون )"( لمنع التسرب. (tube-sheet"( على وجه الصفيحة seal weldedمن األحيان، األنابيب هي أيضا تلحم بجلبة )"محدود لتوفير السالمة الميكانيكية "( يكون strength weld )" في بعض األحيان، أعمق اختراق لطول اللحام

اإلضافية. بان قضالنمط المناسب لقبول األنابيب، عادة لوحة مستديرة واحدة حفرت في (tube-sheet)حة األنبوب يوصف

(.15وهي موضحة في الشكل رقم )التعادل، والفواصل والحشايا. لتشكيالت حديثة.

Freshly Machined Tube-sheet Face Showing Grooved & Rolled Tubes (15الشكل رقم )

( اتصال األنبوب بالصفيحة16الشكل رقم ) السابق: (16رقم ) عادة في األنابيب النموذجية كما في الشكل

لفة بوب وهذه اضافة الى كفي حين انه من الضروري لضمان المفصل ضد التسرب يمكن ان يلحم الى صفيحة األن ولكن أيضا بسب التباعد المطلوب لتوسع األنبوب.ليس فقط بسبب كلفة اللحام المبادل

~44 ~

تشكل صفيحة االنبوب المانع بين موائع األنبوب والغالف، ومن الضروري ألسباب العمل أو األمان لمنع إمكانية كما ح نفسها ثنائية توضع بين الصفائ يمكن أن تستعمل صفائح نبوباأل الختالط بسبب التسرب في مفصل صفيحةا

(.c) (16) رقم في الشكلن اقل األنبوب ال يجب أن تكو ن سمك صفيحةحيث أنابيب السمك المسموح يجب ان يكون كافيا لمنع التسرب في األوالحد المسموح به لسمك الصفيحة معطى في (25mmمن القطر الخارجي لألنبوب الذي يعود قطره إلى حوالي )

المعايير القياسية.الفعال لألنبوب بعض الشيء وهذا يجب أن يكون مسموح عندما تكون مساحة سمك صفيحة األنبوب ستخفض الطول

انتقال الحرارة متاحة. صفيحة تقريبا. للك (25mm)ب طول األنبوب في البداية يمكن أن ينخفض

Tube-sheet) (: صفيحة األنابيب، باإلضافة إلى المتطلبات الميكانيكية يجب )مثال األنابيب( أن تكون قادرة علىمل هجوم التآكل من قبل كل من السوائل في المبادل الحراري. في بعض األحيان، لتوفير التكاليف، صفيحة تح

األنابيب تكون مصنوعة من الكربون والصلب ومن ناحية أخرى مع المواد األكثر تكلفة. F- التصميم نظام TEMA DESIGNATIONS

(TEMA)الغالف األمامية والخلفية ومقاييس سللرؤو نظرا لوجود عدد من االختالفات في التصاميم الميكانيكية ام نظقد عين نظام الرموز التي تتوافق مع كل نوع رئيسي من الرأس األمامي، على غرار الغالف ومؤخرة الرأس. و

. 10التالي (17رقم ) يظهر نظام ترميز موحد في الشكل (TEMA)مقاييس ال

References 10(3)

~44 ~

األشكال المختلفة للمبادالت (17الشكل رقم ) G- SHELL

ببساطة هو الغالف الحاوي على سوائل األنابيب الجانبية. الغالف عادة أسطوانة ملفوفة لحزمة من األنابيب ( يوضح الغالف.18والشكل رقم ) )لقطر الغالف الصغيرة( أو عن طريق لوحة ملفوفة )لغالف ذو القطر الكبير(.

(The shell side)( 18الشكل رقم )

Shell

~49 ~

مبادل الغالف واألنبوب يحتوي على معظم المعادن، وبالتالي، ألسباب تتعلق باالقتصاد، ويتم وضع السائل الذي يتطلب المعادن أغلى على الجانب األنبوبي كلما كان ممكن.

قياسية للغالف حيثما كان ذلك عمليا. على يتم تحديد قطر الغالف الداخلي ومع ذلك، يتم استخدام أحجام األنابيب ال (inch 3( للغالف مع جدار سمكه inch) 24مقسم من ( للغالفinch) 23سبيل المثال قد يكون القطر القياسي

. inch) (23.25( مع القطر الداخلي الفعلي 3-4( )جدول 8/ (in 42الى in 6( يتراوح من )BS3274القطر القياسي لغالف المبادل الحراري حسب المواصفات البريطانية )

24) حواليلى وتبنى األغلفة عادة من معيار يصل إ TEMAحسب مواصفات inch 60)ويرتفع قطر الغالف إلى )inch) 24) وفوق ) التحميل لنهاية inch. تكون األغلفة ملفوفة من الصفائح

والجدول التالي يعطي بعض القيم معايير تصميم حجم وعاء الضغطيكون سمك الغالف طبقا لتطبيقات الضغط و .القياسية لسماكة الغالف

(5الجدول رقم ) ويجب ان يكون قطر الغالف قياسيا حتى تكون نهايته مناسبة لحزمة األنابيب ومن اجل حفظ الطوق الجانبي لحزمة

األنابيب الخارجية.المطلوب بين األنابيب األبعد في الحزمة وقطر الغالف الداخلي يعتمد على نوع األنبوب ومواصفات الصناعة الخلوص

(.5) رقم والقيم النموذجية في الشكل السابقجزءا كبيرا من تكلفة تصنيع المبادل المتداول يرتبط بالغالف، فمن المستحسن للحفاظ على قطر الغالف صغيرة قدر

بادل " لنفس منطقة التةجسيمالادالت الطويلة "نحيف" وعادة ما تكون أقل تكلفة من المبادالت القصيرة "اإلمكان. المبالحراري ومع ذلك، فإن اختيار التخطيط أو التصميم يجب النظر في المبادالت بين معدات العمليات األخرى في اتخاذ

القابلة لإلزالة، والمساحة التي يجب أن تكون مطلوبة للمبادل هذا القرار. على سبيل المثال إذا كان المبادل لديه الحزمة ضعف طوله الكلي.

Normal shell قطر الغالف الفوالذ الكربوني خالئط الفوالذ iD (mm) صفيحة انبوب

3.2 7.1 - 15o 3.2 9.3 - 200-300 3.2 9.5 7.9 330-580 4.8 - 7.9 610-740 6.4 - 9.5 760-990 6.4 - 11.1 1010-1520 7.9 - 12.7 1550-2030 9.5 - 12.7 2050-2540

~40 ~

األنواع المختلفة للغالف: -"( هو إلى حد بعيد النوع من أكثر االستخدامات شيوعا. ارتباط الغالف المتسع TEMA “E”) "Eذو الممر الواحد

(tube-sheet)صفيحة األنابيب لهناك حاجة ( تكون (for fixed tube-sheetيتطلب صفيحة األنبوب الثابتة (. إذا كان مطلوب التوسع المشترك هو جزء من التصميم TEMA type BEM or AEL exchangersالثابتة )

الميكانيكي للمبادل. ومع ذلك، يجب على مهندس العملية أن يأخذ في االعتبار أن هذا النوع من اختيار المبادالت قد يؤدي إلى الحاجة إلى التوسع المشترك الذي سيزيد من تكلفة المبادالت.

TEMA "E" Shell نظرية توفر إمكانية االقتراب من التدفق المعاكس فيه تمريرين يف (The TEMA “F” shell)نوع والمبادل من

”F“)للمبادل. ومع ذلك، في التجارب العملية، قد يكون هناك تسرب حراري كبير عبر طوله يحدث في مبادالت shell) تكاليف اإلضافية المرتبطة بوأنه نادرا ما أن ال (“F” shell) أن يكون تبريرها لألداء المتفوق. نيمك

نجاز نفس كمية ويمكن إالغالف وعلى أية حال فمن الصعب الحصول على مانع تسرب بشكل محكم مع حواجزحدىالتدفق باستعمال غالفين على التوالي .الغالف الجانبية الطرق لمنع التسرب لحاجز وا

TEMA "F" Shell أحيانا تستخدم للتكثيف The “J” shell)التي تستخدم لحاالت خاصة. يتم استخدام ) غلفةهناك عدد من األساليب لأل

ويتطلب هناك حاجة إلى هبوط الضغط المنخفض. (shell-side)لجانب الغالف

TEMA "J" Shell The “X” shell) )، فات في المكث ل فقد في الضغط وغالبا ما تستخدممبادل ذو التدفق العابر، ويعطي حتى أق أو

الفراغية.

TEMA "X" Shell

~44 ~

. المساحة المسموحة للغالف إلطالق البخار من السائل.reboilers)ل (The “K” shellيتم استخدام غالية

TEMA "K" Shell

The U-tube bundle) يمكن تكوينه على حد سواء في )tube-sheet)( الثابت )TEMA N أو في شكل حزمة ) bundle TEMA Cقابل لإلزالة

H- الحواجز BAFFLES

تؤدي وظيفتين. ( (BAFFLES الحواجز )العوائق(الوظيفة األولى هي دعم األنابيب في الموقع الصحيح خالل تجميع وتشغيل المبادل الحراري. هذا الدعم ضروري لمنع

التدفق الناجم عن االهتزاز في األنابيب التي يمكن أن يؤدي بسرعته إلى فشل األنبوب. يابا عبر األنابيب ) (shell-side)الوظيفة الثانية هي لتوجيه تدفق ( 19في الشكل رقم )كما هو موضح ذهابا وا

أدناه(، وزيادة السرعة وبالتالي فإن معامل انتقال الحرارة يزداد.

( تدفق المائع داخل المبادل19الشكل رقم )

Baffles

U-Tube Heat Exchanger Bundle

~44 ~

األكثر شيوعا هو قطع من واحد في المئة من القطر الداخلي الذي هو مزال ويشار إلى خفض (BAFFLES)شكل ( المجاورة لتتداخل التوالي (BAFFLES( لضمان الحواجز 50( ويجب أن يكون أقل من )% (BAFFLESقطع

ال سيكون غير معتمد لألنابيب على طول المركز على كامل طو دفق له(. عندما يكون السائل يتلألنبوب على األقل )وا ( من األقطار الشائعة. انخفاض 20إلى % 25( من )(BAFFLES( من مبادل حراري، تنخفض (shell-side على

(BAFFLES) المكونة األخرى باإلضافة إلى نقل بخرةللمكثفات البخار الشائعة وغيرها من األ (45-40 )% من ن مطلوب.و فض أي أن تناقص الضغط المنخفض يكالحرارة المحسوسة في غازات الضغط المنخ

نتائج التكوين القطاعي (single segmental baffle)واستخدام بالنسبة للعديد من سرعة التدفقات للغازات العالية، double) ستخداماعالية وينخفض الضغط الجانبي. طريقة واحدة للحد من هبوط الضغط هو shellفي

segmental baffles). مالحظة وأن استخدامdouble segmental baffles) تعمل على تقليل السرعات في )(shell-side) .من المبادالت الذي سيقوم بدوره يقلل من معامل انتقال الحرارة

(baffles( أشكال تركيب الحواجز )العوائق( )21الشكل رقم ) (:21) رقم ( وهي موضحة في الشكلbafflesأنواع الحواجز )العوائق( )

1- cut-segmental baffle 2- Disc and doughnut baffle 3- Orifice baffle

will in turn reduce the heat transfer

coefficient.

Double Segmental Baffles Single Segmental Baffles

Baffle orientation refers to the positioning of the baffle relative to the shell inlet nozzle.

“Horizontal

~44 ~

Figure (21 .)Different type of heat exchanger baffles: a). Cut-segmental baffle, b). Disc and doughnut baffle, c). Orifice baffle

(. (Baffleالمتعلقة بمدخل الفوهة( (Baffleالمواقع من دلتحدي (Baffle orientation)الحواجز ويشير توجيه "Horizontal segmental ( يعني أن حواف "Baffle هي عمودي على خط الوسط للفوهة. هذا هو الترتيب )

العادي. Baffle "Vertical segmental ( "baffle edges parallel to the inlet nozzle centerline )وتستخدم

سيتم تجميع البخار المتكاثف في الجزء السفلي من الوعاء. مالحظة مع أنه في المكثفات ذات الغالف األفقي، حيثي وفعند أدنى نقطة لتسهيل تصريف السائل من المبادالت. (Baffle)في أن هذا الترتيب، يتم قطع الشقوق عادة

( توجيه الحواجز.22الشكل رقم )

~44 ~

(Baffle orientation)الحواجز ( توجيه 22الشكل رقم ) baffle بشكل عام، يتم اختيار( والمجاورة. (baffleالمسافة بين هي (The baffle spacing) الحواجزمسافة

spacing المنطقة الواقعة بين حافة لجعل( "مناطق التدفق الحر من خالل "نافذةbaffle والمنطقة عبر بلك )والغالف( من قطر الغالف. التباعد األقرب % 40-60( ويساوي )(baffle spacingاألنبوب يساويه تقريبا هذا يعطي عادة

" وا عادة تدوير المصب dead zones ، بينما سماحية التباعد األوسع "وتعزز السماحيه الضغط العالييعطي هبوط (. (baffleمن

( من سعات الفوهة. (bundle( في نهايات (baffle spacingيتم تحديد :Support plates and tie rodsصفائح المساند وقضبان الشد -

مكثفات والمبخرات ستكون مصممة بالطول المسموح ويساوي كصفائح معدنية لدعم ال عندما تستعمل قطع الحواجزنما تركب لدعم ن الحواجزفي حين أ64inch) (1/(0.4mm )تقريبا ليست مطلوبة ألغراض انتقال الحرارة وا

األنابيب. 1mالبعد األدنى الذي سيستعمل لصفائح الدعم مأخوذ من المعايير القياسية ويتراوح مدى التباعد بين الصفائح من

.25mmألنابيب أقطارها 2mإلى 16mmألنابيب أقطارها ن المطلوب سيعتمد على قطروعدد القضبام المعدنية يتم لصقها مع الحواجز بواسطة قضبان الشد صفائح الدع

والمبادالت 380mmفي المبادالت التي لها أقطار تحت 16mm الى 4mmوستتراوح اقطار القضبان من الغالف تقريبًا. 12.5mm الى 8mmتكون اقطار القضبان من 1mر تساوي التي لها اقطا

I- فتحات جانب الغالف وحماية االصطدام: SHELL SIDE NOZZLES AND IMPINGEMENT PROTECTION

SHELL SIDE NOZZLES AND IMPINGEMENT :فتحات جانب الغالف وحماية االصطدام PROTECTION النظر للشروط الرئيسية للفتحات هو أن تكون كبيرة بما يكفي لتجنب من وجهة المصمم الحراري

انخفاض الضغط الكبير. عند تشغيل المبادالت، ينبغي للمرء أن ينظر دائما في انخفاض ضغط الفوهة كنسبة مئوية على األكثر من المجموع. تكون لحجم ( 20-15 )% من المجموع. حيث مجموع هبوط الضغط كبير، يجب أن تساهم

الفوهة أهمية خاصة في الخدمات الفراغية.

Vertical Segmental Horizontal Segmental

~43 ~

يمكن أن يسبب أن يسبب اهتزاز األنابيب. واالهتزاز نيمك (shell-side)في دخول السائل إلى المبادل الحراري -(. لهذا السبب (bafflesحيث تضرب األنابيب بعضها البعض أو أتصال االرتداءأو اإلجهاداتفشل األنابيب بسبب

( ومدخل الفوهة عندما يكون (shell-sideل دائما ةأو وسائل أخرى للحماية وهي تقريبا مطلوب االصطدامنضع لوحة للسوائل إال عند سرعة منخفضة بما االصطدامهو غاز أو بخار متكاثف مطلوب أيضا حماية shell-side) سائل )

(.ρV2 < 3500 lb/ft-sec2 (ρ is density in lbs/ft3, V is the velocity in ft/sec)فيه الكفاية بحيث للمبادالت الحرارية الصغيرة هو في كثير من األحيان من المفيد لزيادة قطر الفوهة لتجنب الحاجة لحماية االصطدام.

االختياري هو لثالثة أولتجنب حماية االصطدام وحماية االصطدام غالبا ما يأخذ شكل لوحة تقع تحت فوهة المدخل. ألنابيب ليتم تثبيتها تحت مدخل الفوهة. وهذا هو األفضل للوحة لقطر لأكثر من صفوف من قضبان صلبة لنفس ا

( للسوائل لتولي توزيع السرعة العادية دون (shell-sideاالصطدام في المبادالت الكبيرة إذ أنه يسمح لجانب الغالف مكانية السرعات انقطاع التدفق في جميع أنحاء اللوحة. باإلضافة إلى انخفاض الضغط في منطقة المدخل هي أقل وا

العالية المحلية التي تؤثر على األنابيب حول حافة اللوحة يكون محدود. " no tubes in the window" مميزات التصميم األخرى تستخدم لتخفيض الضرر بسبب تدفق االهتزاز الناجم هي

وليس هناك أنابيب مثبتة في مجال قط (baffles)لترتيب يتم دعم كل أنبوب من قبل كل التصميم مع هذا ا(baffles) .

تحت الفوهة األمر الذي يطلب في قطر الغالف ةر لوحة االصطدام لألنابيب المزالمن المهم أن نالحظ أن يتطلب توفي الكبير يصبح الغالف المطلوبة لنفس منطقة نقل الحرارة.

J- الجانبية األنبوب قنوات TUBE SIDE CHANNELS )بشكل عام تشير الى الرأس( السيطرة على تدفق السوائل (The tube-side channels)قنوات األنبوب الجانبية

، هذا بشكل عام، هي األكثر تآكالً (The tube-side)سائل ( داخل وخارج األنابيب. حيث (The tube-side ل ما يتم بناءه على مكونات أو مع سبائك مخططة. غالباً

( وتستخدم عادة في المبادالت الصغيرة. TEMA type BEMاألغطية هي أقل كلفة من الرأس )زالة الرأس تماما للسماح بالوصول إلى صفيحة األنبوب األغطية لديها عيب مما يجعل من الضروري قطع األنابيب وا

( وتسمح casketed( )TEMA type AELغطاء و bolted( مع بلت )(Channelsصيانة. اللعمل التنظيف أو (. وبالتالي القضاء على الحاجة إلى تعكر تصفية األنابيب. هذه (channel coversإزالة لألنابيب ببساطة عن طريق

المبادالت الكبيرة مع األنابيب الثقيلة. هي الميزة للحصول على

~44 ~

Channel with Casketed Cover Bonnet Type Head

(The tube-side channels)( قنوات األنبوب الجانبية 23الشكل رقم ) ( قسم (multiple tube-side passes ل( للسماح (tube-side channelsقسم التمرير يكون مركب على

يمر على المتعدد الجانبية لألنبوب للسماحالتمرير ترتيب التدفق األنبوبي المباشر يتم تثبيت فواصل تمر في القنوات ممرات جانب األنبوب.

و من أنابيب( ايتم ترتيب فواصل لتوجيه التدفقات األنبوبية في مثل هذه الطريقة لخلق سرعات متساوية )أي عدد متس توضيح للممرات. السابق (23. وفي الشكل رقم )((channelفي كل ممر. الممرات هي مصنوعة من نفس مواد

تسمح للتمدد الحراري للحزمة يالت (TEMA head designs)تصاميم الموضحة أدناه هي ( 24وفي الشكل رقم ) (TEMA T)هذه قد تجنب باستخدام وصلة التمدد على الغالف. الحظ أن سالرؤو ضمن الغالف. استخدام أنواع

( مع الرأس الداخلي. (a U-tube bundle لالترتيب هو في األساس

TEMA W TEMA T TEMA S Externally Sealed Pull Through Floating Head

Floating Tubesheet Floating Head with Backing Device (TEMA head designs)تصاميم ( 24الشكل رقم )

SHELL & TUBE HEATأنواع المبادالت الحرارية ذات الغالف واألنبوب وتوجيهه - 4-1-2 EXCHANGER ARRANGEMENTS

والثابتة ( floating headالرأس العائمة ) .األنبوبالغالف و أنواع أساسية من مبادالت أربعة هناك (Fixed tube-sheet) وU-tube)) ذو األنبوب المزدوج وDouble Pipe heat Exchanger)).

تصنيف المبادالت الحرارية تبعًا لتصميمها وكاآلتي:

~44 ~

يكون هناك فرق كبير في درجات حرارتها وذلك : Fixed Head Exchangers)المبادالت ذات الرأس الثابت ) -1وال توجد حماية أو احتياطات للتمدد الحراري الكبير وكذلك يستعمل للضغوط الواطئة ثابتين لكون طرفي الحزمة

.℃150لهاللموائع. ويستعمل للموائع بحيث ال تتجاوز أقصى حرارة حدىافي هذا النوع من المبادالت تثبت (: (Floating Head Exchangersالمبادالت ذات الرأس السائب -2

طرف وتترك سائبة من الطرف اآلخر وذلك لكي تسمح بتمدد حزمة األنابيب نتيجة التمدد صفيحتي األنابيب من الحراري وخاصة إذا كانت الفروق الحرارية كبيرة بين المائعين ويستعمل هذا النوع على نطاق واسع جدا في

يف عند أجراء أعمال الصيانة.الصناعة النفطية ويكون سهل التنظفي هذا النوع من المبادالت تكون حزمة (:U U)-Type Exchangersالمبادل الحراري ذو شكل حرف -3

ة. كذلك رية تامومثبتة على صحيفة واحدة لألنابيب وفي هذا النوع تتمدد األنابيب بح Uاألنابيب على شكل حرف تصال أو الربط لألنابيب مع صفيحة األنابيب أقل منه في المبادالت األخرى )لوجود صفيحة اال يكون عدد نقاط

أنابيب واحدة( ويستعمل عادة في الغاليات وخاصة التي تسخن البخار ويستعمل لدرجات الحرارة والضغوط العالية ديثة يفه وسائل ميكانيكية حوتستعمل لتنظإال أنه صعب التنظيف بالوسائل العادية مقارنة باألنواع األخرى.

طية.ستعمال في الصناعة النفمرنة. وهذا النوع شائع اال ستعمال الماء ذو الضغط العالي أو فرش دقيقة وخراطيمكا(: وهو المبادل الحراري الذي هو (Double Pipe heat Exchangerالمبادل الحراري ذو األنبوب المزدوج -4

والمادة االخرى آخر أقصر وتمر المادة خالل االنبوب الخارجي عبارة عن أنبوب خارجي وانبوب داخلي تبريدها او تسخينها خالل االنبوب الداخلي. المراد

FLOATING HEAD HEAT EXCHANGERS -1 رأس واحد عائمة لديها حزمة من األنابيب التي يمكن إزالتها لتنظيف واستبدال :ذات الرأس العائمالمبادالت الحرارية

. (25كما في الشكل رقم )ن يبقى الغالف في المكان في حي

( المبادل الحراري ذات الرأس العائم25الشكل رقم )

~44 ~

FIXED TUBESHEET HEAT EXCHANGERS -2 ثابتة صفيحة األنبوب:لمبادالت الحرارية ا

( المبادالت الحرارية ثابتة صفيحة األنبوب26رقم )الشكل (. (bundles( ثابتة ال تملك الحزم القابلة لإلزالة على حد سواء صفيحة األنابيب ملحومة (tube-sheetالمبادالت ( السابق.26وكما هو مبين في الشكل رقم )للمبادل ليس في متناول التنظيف الميكانيكي (shell-side)الحظ أن

أقل من تصميم الرأس العائم وهي اقل في مشاكل 21 %( حوالي(tube-sheetلفة تصميم المبادل الحراري ل تك واإلصالح لها ربما (shell-side)( الثابتة يصعب تنظيفها على (tube-sheetالتشغيل. ومع ذلك، فإن تصميم

)مكلفة( امتداد العقد تكون مثبته على الغالف إذا كان هناك فرق في درجة الحرارة بين شل وأنابيب كبيرة. U-TUBE HEAT EXCHANGERS U-Tube -3

((The U-tube bundle ل( 27الشكل رقم ) The U-tube bundle) يمكن تكوينه على حد سواء في )tube-sheet)( الثابت )TEMA N أو في شكل حزمة )

( يزيل أحد(U-tube bundleهو موضح أعاله. استخدام كما bundle TEMA Cقابل لإلزالة (tube-sheets) أقل تكلفة من تصميم ٪10لجعل هذا الترتيب حواليtube-sheet).الثابت )

~49 ~

HEAT EXCHANGER ORIENTATIONS المبادالت الحراريةتوجيه تركيب 2-1-5-

: HEAT EXCHANGER ORIENTATIONS توجيه تركيب المبادالت الحراريةتركب المبادالت الحرارية على قواعد من الصلب توضع على األرض أو تركب على إطار معلق بشكل متوازي

لسحب األنابيب من الوحدة.األضالع مع األخذ بعين االعتبار حساب التفاوت المطلوب يركب جهاز إحساس في مجرى سريان السائل الذي سيقوم بعملية التسخين أو التبريد.

تمدد المواسير بطريقة تجعل تنفيسها سهاًل كما يجب أن يكون من السهل تفريغها وأن يكون من السهل الوصول إليها لصيانتها.

وصمامات اإلغالق، صمامات تنفيس للضغط.يركب على كلتا الجهتين بين المبادل الحراري باإلضافة إلى ذلك، يتم تركيب التالي:

صمام إغالق مع وصلة. -1 ترمومتر عند كل وصلة دخول ووصلة خروج. -2 بوصة( عند وصلة غالف حوض التصريف. 2/1مم ) 13صمام تصريف -3 .ذات الغالف واألنبوب يمكن تركيبها أفقيا، رأسيا، وأحيانا على شكل مائل للمبادالت -4 ه يعتمد على ما يلي: يالتوجذا يتيح ه. أفقياً يوضع بشكل كل شيء يجري على قدم المساواة فمن المستحسن أن المبادل ذو الغالف واألنبوب -1

سهولة الوصول إلزالة الرؤوس وحزم األنبوب للتفتيش والتنظيف. ( والتوجيه ال يؤثر على تركيبها لنقل الحرارة للمبادل i.e. no phase changeمعامل انتقال الحرارة المحسوسة ) -2

الحراري في أي اتجاه. تتأثر معامالت نقل الحرارة عن طريق أنماط تدفق سائل التكثيف على جدران األنبوب. هذا بدوره يتأثر باتجاه -3

ضل معامالت نقل الحرارة لمكونات التكثيف المحض بواسطة التكثيف على األنابيب. بشكل عام يتم تحقيق أف( من (sub coolingالسطح الخارجي لألنابيب مع المكثف في وضع أفقي. في الحاالت التي يكون فيها المطلوب

(. المحتوى الداخلي يتحقق عادة على أفضل أداء من خالل (steamsالسوائل المكثفة أو عند تكثيف بخار من التكثيف داخل األنابيب مع التدفق نحو االسفل والمبادالت في وضع عمودي.

توجيه المبادالت قد يؤثرعلى التدفقات الحرارية القصوى. و ( يقتصر عادة(reboilersنقل الحرارة داخل المبخر و -4 قليال على نقل الحرارة.

أو عموديا. ليتم تثبيتها إما أفقيا (Thermo syphon reboilers) يمكن تصميم -5 ( دائما أفقية. (Kettleنوع -6

~40 ~

SELECTION OF HEAT EXCHANGERاختيار نوع المبادل الحراري وتوجيهه 2-1-6-TYPE & ORIENTATION

فهناك: بادالت الحرارية حسب طور المائعيكون التبادل الحراري في الم a- .سائل / سائل وهي أكثر المبادالت الحرارية شيوعا واستخداما b- .غاز / سائل c- .غاز / غاز وتعتبر من أنواع المبادالت الحرارية المعقدة

فكرة مبسطة عن معايير اختيار المبادالت الحرارية. - تؤخذ المعايير األساسية التالية بنظر االعتبار عند الحاجة الختيار المبادل الحراري منها:

a- .حرارة المائع وضغط التشغيل b- .معدل جريان المائع c- .)طريقة جريان المائع )متوازي / متقاطع / متعامد d- .نوع طور المائع المستخدم e- .المواد الداخلة في تركيب المبادل f- ي. التمدد الحرار g- .الجدوى االقتصادية h- .الترسبات داخل المبادل

ومن المعايير المهمة األخرى التي من الواجب أخذها بنظر االعتبار مثل عملية التركيب والصيانة والفحص والتنظيف حيث أن ذلك سينعكس على ديمومة التشغيل وسالسته.

ة: ن أجله ويجب أن توفر فيها المتطلبات التاليتتسم المبادالت الحرارية الجيدة بتحقيق الهدف التي تستخدم م - Heat Transfer) Coefficientأن تكون ذات تأثير حراري عالي فتعطي أعلى معامل للنقل الحراري -1

(HTC) .) (. Less Pressure Dropأن يكون فقدان الضغط فيها أقل ما يمكن ) -2 أن يستخدم في تصميمها مواد ذات نوعية وأعتما دية عالية تضمن سالمة تشغيلها. -3الناتجة عن الموائع الجارية فيها إلجراء (Erosion)التعرية ( و (Corrosionأن تكون مقاومة لتأثيرات التآكل -4

التبادل الحراري وتأثيرها على المواد المستخدمة في تصنيعها. ناسب. أن تكون ذات حجم ووزن م -5 درجات الحرارة التشغيلية العالية. أن تتحمل الضغوط و -6 وذات عمر تشغيلي طويل. ية وتشغيليةأن تكون بأقل كلفة استثمار -7 مع سهولة تبديل األجزاء. أن تكون صيانتها سهلة -8

~44 ~

SELECTION CHARTخارطة التحديد 2-1-6-1- ( (ORIENTATIONوتوجيهه اختيار نوع المبادل الحرارة

.ختيار المبادل الحراري بحسب الكلفة واألداء( التالي يوضح لنا كيفية ا28ل رقم )والشك الرسم البياني التالي يعطي مبادئ توجيهية فيما يتعلق بنوع وتكوين المبادل الحراري الذي هو مناسبة لتطبيق معين.

( (ORIENTATION( اختيار نوع المبادل الحرارة وتوجيهه 28الشكل رقم )

~44 ~

HEAT EXCHANGER TYPE -2-1-6-2 ستخدام: لمبادالت الحرارية حسب مميزات االأنواع ا( يمكن أن تكون مصممة لجميع الخدمات أي تقريبا. جميع أنواع المبادالت األخرى (Shell and tubeمبادل -1

. (Shell and tube) مقارنة مع هي خيار جيد عندما السائل هو واحد عند ضغط عال جدا. (Hairpin)المبادالت نوع -2تشكل خيارا جيدا عندما يكون هناك اختالف كبير في درجة الحرارة بين اثنين من Hairpin) المبادالت ) -3

السوائل. ط منخفض السائل عند تشغيل ضغ –( هي اختيار جيد للمبادالت السائل (Plate and frameمبادالت -4

وغير مطلوب انخفاض الضغط المنخفض عبر المبادل. عند السوائل الخطرة أو القابلة لالشتعال. (Plate and frame)ال ينبغي أن تستخدم مبادالت -5 ( استخدامها في الخدمة فراغية. (Plate and frameال ينبغي لمبادالت -67- Plate المبادالت دوما تشكل خيارا جيدا للسوائل القذرة . الفراغية. اتلخدمل( هي خيار جيد (Spiral Plateالمبادالت -8

FLUID PLACEMENT -2-1-6-3 :تعيين الموائع

( للحد من تكلفة المبادالت. (tube-sideكلما أمكن وضع السوائل المسببة للتآكل على -1 ( للحد من تكلفة المبادالت. (tube-sideوضع السائل ذو الضغط العالي على -2-shell)( من (tube-sideكما انه من األسهل بكثير لتنظيف (tube-side)وضع السوائل القذرة على -3

side) . . (shell-side)( ذو الضغط المنخفض هي أسهل للتقليل على (shell-sideوضع سوائل لزجة على -4

العوامل التي على أساسها يتم وضع المائع في األنبوب والغالف: Corrosion التآكل

Fouling الترسب Fluid temperaturesدرجات حرارة السوائل Operating pressuresضغوط التشغيل

Pressure dropانخفاض الضغط Viscosityاللزوجة

Stream flow ratesمعدالت تدفق التيار التآكل: -

المائع االكثر تآكال يجب ان يوضع في االنابيب وهذه ستخفض كلفة السبيكة والمكونات المتلفة. الترسيب: -

~44 ~

ظم للترسيب على سطوح انتقال الحرارة يجب ان يوضع في االنابيب حتى يمكن السيطرة المائع الذي له الميل االع .أسهلعلى سرعة المائع في االنابيب والسرعة العالية تؤدي الى خفض معدل الترسيب ويكون التنظيف

ضغط التشغيل: - الغالف. من أرخصمجرى الضغط االعلى يجب ان يكون في االنابيب حيث ان انابيب الضغط العالي هبوط الضغط: -عند نفس هبوط الضغط معامالت انتقال الحرارة تكون في االنابيب اعلى من الغالف لذلك المائع ذات هبوط الضغط

االوطأ يجب ان يوضع في االنابيب. فوائد الضغط:

فواقد الضغط (. السوائل معtube-sideزيادة فقد ضغط التيار يزيد من معامل انتقال الحرارة ونحصل علية في ) المسموح يجب بشكل عام أن توضع داخل األنابيب.

اللزوجة: - (.shell-sideمعدل انتقال الحرارة العالية يمكن أن نحصل علية بوضع السائل اللزج في )

عموما معامل انتقال الحرارة سيكون اعلى بالتخصيص مع المائع األكثر لزوجة والمائع األكثر لزوجة يجب أن اللزوجة:ذا 2111ب حدودوضع في الغالف حيث أن عدد رينولدز للتدفق المضطرب في الغالف يكون ي التدفق عالي وا

االضطراب ال يمكن وضعه في الغالف ويوضع في األنابيب. معدل تدفق المجرى: - التصميم.عادة في كثرأالموائع ذات نسب التدفق االوطأ يجب أن توضع في الغالف حيث انه سيعطي اقتصادية

سرع المائع في الغالف واألنبوب لذلك سرعة المائع يجب ان حرارة ولكن هبوط الضغط يكون اعلىنتقال السرع العالية تعطي معامالت اعلى الال

لية جدا السرع العا السرعة العالية تخفض معدل الترسيب ولكن منع استقرار أي مواد صلبة عالقةتكون كافية لالقيم للسرعات وفيما يلي بعض نبوب لتخفيض التآكلوتستعمل احيانا مالحق بالستيكية في مدخل األ تسبب التآكل

يكون التصميم. ضوئهاالقياسية التي على الموائعLiquids:

عندما يتطلب خفض 4m/sواقصى سرعة تصل الى 2m/sالى 0.3m/sسرعة المائع في األنابيب تتراوح من .2.5m/s الى 0.5m/sتراوح من . سرعة الماء تالترسيب

.1m/sالى 0.3m/sالسرعات في الغالف تتراوح من األبخرة Vapours

وهنا بعض القيم للسرعة حسب ارتفاع الوزن الجزيئي ة على ضغط التشغيل وكثافة المائعتعتمد السرعة في األبخر للمواد 70m/sالى 50m/sمن ( Vacuumالفراغ )ضغط

30m/s الى 10m/s من ( Atmospheric pressureالضغط الجوي )

~44 ~

10m/sالى 5m/s( من High pressuerالضغط العالي ) السرعات العالية تعطي ارتفاع معامالت نقل الحرارة العالية ولكن أيضا انخفاض الضغط.

ويجب أن تكون السرعة عالية بما فيه الكفاية لمنع ترسب المواد الصلبة، ولكن ليست عالية بحيث تؤدي الى اهتراء االنابيب

سوف تعطي السرعات العالية معامالت نقل الحرارة العالية ولكن أيضا انخفاض ارتفاع الضغط ويسبب التآكل. ويجب . 11أي ترسيب للمواد الصلبة العالقة، ولكن ليست عالية وذلك لتسبب التآكل أن تكون سرعة عالية بما فيه الكفاية لمنع

& SELECTION OF REBOILER TYPE إعادة الغلي وتوجيههااختيار نوع 2-1-7-ORIENTATION

ويوضح أنواع مختلفة من تكوينات (ORIENTATION)( و(REBOILERإعادة الغلي وتوجيهها اختيار نوع -(reboiler) .في الصفحات التالية

A- Stab-In Reboilers) هي األقل كلفة أنها تقتصر ) في الحجم حسب المساحة المتاحة داخل العمود وليس

. CP 1للزوجة أعلى من مناسبة اB- Kettle Reboilers)تستخدم عند الهبوط العالية )

أو مطلوب جودة بخار عالية. حاجه ألسطح نقل الحرارة تستخدم أيضا عندما يكون هنالك

غالية نظرا لتصميم الغالف ( الغالية (reboilers الكبيرةولكنها قادرة على التعامل مع اختالفات كبيرة في درجات

الحرارة بين (U-tube) .تصميمالسوائل بسبب

References 11(2)

~43 ~

C- Vertical Recirculating Thermo-syphon Reboilers بتة إلى حد ما، لزوجةللتطبيق هي ثاهي عند معدالت العمل قابلة

منخفضة ويمكن زيادة ارتفاع العمود الستيعاب متطلبات السائل هي الرأس.

تتطلب العملية رأس ثابت.Vertical Recirculating Thermo-syphon Reboilers

excluding stabعموما أقل نوع مكلفة من المبادالت الحرارية )ins )

الحرارة العالية وانخفاض اتجاهات األوساخ. بسبب معدالت نقل D- Horizontal Recirculating Thermo-syphon

Reboilers قابلة للتطبيق هي ثابتة إلى حد ما، لزوجة عملالهي عند معدالت

السائل هي منخفضة وال يمكن زيادة ارتفاع عمود الستيعاب متطلبات الرأس تتطلب العملية رأس ثابت.

E- Once Through Reboilers

( تستخدم عندما(Reboilersمرة واحدة من خالل التغذية إلى المبادل ال يمكن إعادة تدويرها. التوجه يمكن أن يكون أفقي أو عمودي.

هذا التصميم يوفر فترة البقاء منخفض على األسطح الساخنة وهو أمر مهم في بعض التطبيقات. ومع ذلك، هذا التصميم لديه نطاق

دقيق و ضيق للتدفقات في العملية التي تتطلب االعتبار المستقر تصميم ناجح. إلنتاج

~44 ~

F- Forced Circulation Reboilers)) السوائل من خالل مبادل وهي مضخة لنقلتستخدم

تنطبق عند التعامل مع سوائل لزجة أو جسيمات السائل الدن أو عندما يكون من المرغوب فيه لتسخين السائل ومن ثم تنفيذ

تبخير المصب من المبادالت. ((shell side or tube-side boilingأي ترتيب من

بح ة التبخر كالرأسي أو األفقي يمكن استخدامها. تتطلب عملي . (reboiler)بصمام خانق في خط الخرج ل

G- (Fired Heater Reboilers) الحرارة المطلوبة هي أعلى مما ةتستخدم عندما درج

ال يمكن أن يتحقق مع المرافق األخرى. سوائل، يتطلب االنطواء والتخطيط المادي. ( هي اللزوجة لل(reboilerاالعتبارات الرئيسية في اختيار نوع -

(. (reboilerفي اختيار نوع هاتالتوجو االختيار أدناه (1رقم ) في المخطط ويقدم الرسم البياني( يتم اختيار قطر الشل للسماح لفصل بخار السائل الذي يوجد في حيز البخار reboilersغالية )النوع اختيار في

( اإلرشادات (Ludwig. يمكن تحديد حيز البخار باستخدام بخار السائل وحسابات االنفصال. يوفر حزمة األنبوبفوق التالية:

Heat Flux Ratio Btu/ft2-hr over Bundle Diameter Shell diameter 20000 1.9 – 2.5 15000 1.8 – 2.1 8111 121.7 –1.5

References 12(1)

~44 ~

Determination of Kettle Reboiler Shell Diameters (1المخطط رقم )

& SELECTION OF CONDENSER TYPE اختيار نوع المكثف وتوجيهه 2-1-8-ORIENTATION

CONDENSERSالمكثفات: .ةحالة البخارية إلى الحالة السائلتستخدم المكثفات عمومًا في تحويل المنتجات البترولية من ال

( أو غازات VAPORأعلى األبراج تكون في حالة أبخرة ) حيث أن غالبية المنتجات البترولية التي تخرج من(GASES.يتم تحويلها إلى الحالة السائلة بواسطة المكثفات )

ونالحظ أن المنتجات تخرج من المكثفات في حالة سائلة ولكن حرارتها تكون مرتفعة جدًا. فأحيانًا تكون حرارتها تساوي أن جميع أنواع المكثفات تخفض للسائل حرارة تبخيرة فقط واحيانًا تخفض درجة الغليان للمنتج أو اقل منها بقليل حيث .له حرارة تبخيرة مع جزء من حرارته الكامنة

اما المعدة التي تقوم بتبريد المنتج إلى درجة الحرارة المطلوبة فتسمى مبردات وسنشرحها فيما بعد :وللمكثفات انواع منها a- المكثفات المائيةWATER CONDENSERS b- )المكثفات الهوائية )المروحية AIR OR FAN CONDENSERS a- المكثفات المائيةWATER CONDENSERS

~44 ~

تشبه في أجزائها المبادالت الحرارية ذات الرأس العائم تقريبًا لكنها غير مغلقة باي ماده وذلك لكي تشع أي تفقد جزء ساسي في خفض الذي يدخل إلى المكثف والذي يقوم بالدور األمن درجه حرارة المنتج إلى الجو عالوة على الماء

.الة البخارية إلى الحالة السائلةلتحويلة من الحدرجة حرارة المنتج A- مكثفات ذات الغالف واألنبوب:( Shell and Tube Condenser)

غيير من للنقل هو التكثيف. التويسمى التغيير من المرحلة السائلة إلى مرحلة البخار التبخر والمرحلة العكسية سائل إلى غاز أو بخار إلى سائل يحدث في واحد درجة الحرارة )وتسمى التشبع أو درجة حرارة التوازن( لمجمع السائل

موذج ألنابيب، ولكن مع تباعد أوسع لناالنقي في ضغط معين تركيب المكثف يكون مشابهة لغيره من حيث الغالف و baffle .

تصميم المكثف مشابه لنموذجي الغالف واألنبوب في المبادالت. ولكن المكثف يجب أن يكون عنده تنفيسه إلزالة baffleالغاز الغير متكثف. الغاز الغير متكثف يقلل من معدل نقل الحرارة. المكثف عادة تستخدم تباعد

B=Ds (ID of shell)ع أوس .عادة ما يكون أقل (shell side)وانخفاض الضغط المسموح به في بخار

وليس من side-to-sideفي مكثفات تدفق البخار عموماً (Vertical cut-segmental baffles)وتستخدم ن المتكثفات يحدث التكثيف ( للسماح لالستنزاف م(bafflesاألعلى إلى أسفل. يتم توفير فتحة في الجزء السفلي من

( في الضغط الثابت لمجمع البخار المشبع. ويعني الفرق في درجة الحرارة isothermallyتقريبا عند درجة حرارة ثابتة ) .يمكن لوغاريتمي استخدامها لتصميم المكثف

أربعة ترتيبات محتملة للمكثفات: .األنابيبأفقي، مع التكثيف في الغالف، والوسيط التبريد في -1 .أفقي، مع التكثيف في األنابيب -2 عمودي، مع التكثيف في الغالف -3 عمودي مع التكثيف في األنابيب -4

(SELECTION OF CONDENSER TYPE & ORIENTATION)اختيار نوع المكثف وتوجيه واالعتبارات الرئيسية في اختيار أنواع وتوجيهات المكثف هو نوع السائل المراد تكثيفه

مكونات نقية استخدام مبادل األفقي ووضع عملة على السطح الخارجي لألنابيب. لتكثيف - نخفاض. تدفق نحو االالإذا كانت هناك كميات كبيرة حاضرة غير متكثفة. تتكثف داخل األنابيب مع التوجه الرأسي و

على رأس كيبها مباشرةولبية غالبا تستخدم كمكثفات وخاصة في خدمات التخلخل ويمكن تر لالمبادالت اللوحية ال - العمود.

a- Horizontal shell-side and vertical tube-side) هي األكثر شيوعا من أنواع المكثفات األخرى ). ونادرا ما يستخدم مبادل األفقي مع التكثيف في األنابيب.

(Horizontal condenser): األفقيالمكثف

~49 ~

نبوب هو شائع ( التكثيف في جانب األ29األفقية وكما هو في الشكل رقم )والتكثيف قد يحدث داخل أو خارج األنابيب مكثفات التبريد بالهواء. العيب الرئيسي لهذا النوع من المكثفات هو أن السائل يميل إلى تراكم في األنابيب. وبالتالي في

فإن فعالية المشاركة في نقل الحرارة يكون قليل.

(Horizontal condenser) ( المكثف األفقي29كل رقم )الش b- :المكثف الرأسي

غالف الجانبي ال يب عن طريقداخل األنابيب يصرف التكثيف من األناب أسفليدخل البخار في أعلى المكثف ويتدفق تالي:( ال31وكما هو مبين في الشكل رقم )

Vertical condenser( 31الشكل رقم )

~40 ~

أخرى:من ناحية ORIENTATIONوتوجيهه اختيار نوع المكثف - هات هو نوع السوائل الموجودة في المكثف. يوالتوج اتواالعتبار الرئيسي في اختيار أنواع المكثف

نابيب. مبادل األفقي ووضع العملية على السطح الخارجي لألاللتكثيف مكونات نقية استخدام -المعتبرة. تتكثف داخل األنابيب مع التوجيه الرأسي والتدفق noncondensiblesإذا كانت هناك كميات كبيرة من -

نحو األسفل. رة على رأس ويمكن تركيبها مباشالفراغية. اتخدمالولبية بالمكثفات وخاصة في للاة يلوحالوغالبا ما تستخدم المبادالت

العمود. b- الهوائية )المروحية(المكثفات AIR OR FAN CONDENSERS ( FAN CONDENSERSيتم جزء كبير من التكثيف والتبريد في المصافي البترولية بواسطة المكثفات المروحية )

ولكن يختلفان و طريقة العمل( وال يختلفان عن بعضهما من حيث األجزاء أFAN COOLERSوالمبردات المروحية )( إلى VAPORعمل كل منهما فالمكثفات المروحية تقوم بتحويل المادة من الحالة البخارية ) عن بعضهما في نوعية

مثبتة أفقيًا داخل إطار نابيب ذات زعانف ( وتتركب من مروحة تدفع الهواء خالل مجموعة أLIQUIDالحالة السائلة )يكون أحد الرأسين ثابتًا . وهي مصممة بحيث خرج المنتج( مركبة بين مدخل ومHEADERSبين تجميع رأسي )

واألخر )عائم( وذلك للسماح بالتمدد واالنكماش أفقيًا لألنابيب. ( بطبقات يمكن فكها وربطها بحيث يمكن الكشف منها على األنابيب وتنظيفها HEADERSوتزود رؤوس التجميع )

ي ول على أعلى تبادل حرار حصوالسبب في صناعة األنابيب ذات زعانف مختلفة هو لزيادة مساحة سطح التالمس لل .( من كفاءة التكثيف او التبريد%3وتقوم الزعانف ب ) ممكن.

( إلحداث السحب وهما:FANيوجد نظامان لتركيب مروحة التبريد ) -a- ( السحب المستحثINDUCED DRAFT)

مع جدار األنابيب في هذا النظام تركب المروحة أعلى األنابيب وتقوم بسحب الهواء من خاللها ليتالمس الهواء .13المزعنفة ويتم التبادل الحراري بينهما

BASIC DATA البيانات األساسية الالزمة إلجراء العمليات الحسابية التصميمية2- -1-9REQUIRED FOR HEAT EXCHANGER CALCULATIONS

هناك عدد من المبادئ والتوجهات العملية، التي يمكن أن تؤدي إلى التصميم األمثل لمبادل حراري معين. تذكر أن الغرض الرئيسي هو أداء واجبها الحراري بأقل تكلفة بعد التقديم الممتازة في موثوقية الخدمة، يجب أن يكون اختيار

ن المقايضات في توزيع السوائل فيصمم. هناك العديد ممخصصات التيارات من السوائل الشاغل الرئيسي للم تساخ وضغط التشغيل. ض الضغط المتاحة، والميول الى االمعامالت نقل الحرارة، وانخفا

الخطوة األولى في إعداد تصميم المبادالت الحرارية هي تجميع البيانات المطلوبة.

II -Chemical Engineering Design –Chemical Engineering –NPTEL 13

~44 ~

الحد األدنى من متطلبات البيانات األساسية هي كما يلي: A- (Process Fluid Design Flow Rates)

( (flow-sheetمعدالت العملية تصميم معدالت تدفق السوائل هذا هو عادة أقصى معدل تدفق للسوائل للعملية ب الكاملة. ومع ذلك، هناك قد يكون ارتفاع معدالت مؤقتة أثناء بدء التشغيل أو إيقاف أو خالل فترات اضطراب العملية

التي يجب تنفيذها بشكل صحيح. ( بشكل عام نحصل على تصميم أكثر اقتصاديا وجود shell-sideيوضع السائل ذو معدل التدفق المنخفض في )

( عندما نحصل على سرعة منخفضة اقل منها في األنابيب.shell-sideالجريان المضطرب في )B- Process Fluid Heat Duties))

ث تغير ن هذا من حيكمية حرارة السوائل المعالجة للمبادل مرحلة واحدة للسائل للتدفئة أو التبريد ويمكن التعبير ع زن. كمية الحرارة مقابل درجة حرارة التوالبخار( و معرفة نوعية )وزن جزء ا لتبخير أو التكثيف، ال بد من درجات الحرارة

C- Process Inlet Conditions):) كما سنرى الحقا، يمكن أن انخفاضغط المسموح به للسوائل للعملية. درجة الحرارة الداخلة والضغط وانخفاض الض

لتعيين على يالء اهتمام وثيق لالضغط المسموح به يكون له تأثير كبير على التصميم الحراري للمبادل. المصمم يجب إ انخفاض الضغط المسموح به وضمان أن تكون واقعية.

D- (Fouling Nature of Process Fluids) الطبيعي لسوائل العملية وهذا يشمل معلومات كافية حتى يتسنى للمصمم اتخاذ قرار بشأن كيفية التعامل مع األوساخ م للمبادالت. لغي التصمي على بدل أن تقدم األوساخكثرة

E- انخفاض الضغطPressure Drop: تفاوت يتم وضعه من قبل شروط العمليات وي هبوط الضغط المتاح لدفع السوائل خالل المبادل في العديد من التطبيقات

وعندما المصمم يكون له الحريةالضغط بعض األحيان الملي بار في الفراغ عن الخدمة إلى عدة بارات في أنظمةفي أ طهبوط الضغط يجب أن يعمل تحليل اقتصادي لتقرير تصميم المبادل الذي يعطي تكاليف التشغيل االو في اختيار

.المال وكلفة الضخ رأسمع االخذ باالعتبار كاًل من م دليل عاوتم اقتراح بعض القيم ك مبرر فقط للمبادالت الغالية جدا التحليل االقتصادي إلى حد بعيد يكون لعلى أية حا

ويكون التصميم عادة مستند عليها. كما أن عملية تحرك السوائل من خالل المبادل الحراري ويرتبط هناك هبوط بالضغط.

1mNs/m2 -35kN/m2 <للسوائل: اللزوجة mNs/m2 -50-70kN/m2 10 – 1اللزوجة

انخفاض الضغط: لتصاميم التي هي بالقرب من األمثل للسوائل. يمكن استخدام القيمة المقترحة أدناه كدليل عام وسوف تعطي عادة ا

-70 kN/m2

~44 ~

الغاز واألبخرة --0.8 kN/m2

gauge pressure) gauge pressure)

عندما يستخدم انخفاض الضغط العالي، يجب توخي الحذر لضمان أن ينجم عنها من السرعة العالية ال يسبب تآكل يسبب االهتزاز لألنابيب. الذي –أو تدفق

F- الخواص الفيزيائية للموائعFluid physical properties الخصائص الفيزيائية بما في ذلك الحد األدنى من الكثافة واللزوجة والحرارة النوعية والتوصيل الحراري مطلوبة في

مدخل ومخرج درجات الحرارة. في الحاالت التي يكون فيها هناك حالة تغييرات ثم يطلب أيضا نقطة الندى وارتفاع درجات الحرارة الكامنة.

ات الحرارة جدر )(التوصيل الحراري )(اللزوجة )(لبة عند تصميم مبادل حراري هي: الكثافة الخواص الفيزيائية المتطوسيتم معرفة مدى تأثير هذه الخواص على عملية التبادل الحراري .)(والحرارة النوعية البياالنثعند المدخل والمخرج و

فيما يلي: :Densityالكثافة -

وتعطى بالعالقة: ρويرمز لها بالرمز ائع وتعرف بأنها كتلة واحدة الحجم من الم

M

كتلة المائع وحجمه على التوالي. vو Mحيث ان

:لوحدات الدولية بالوحدةويعبر عن الكثافة في جملة اm

mkg

kg 3

3/

ftslug وفي النظام البريطاني:

3

/ ئياًل جدًا. أما في السوائل فإن تأثيرهما يكون ض تغير درجة الحرارة والضغط المطبقتتأثر الكثافة للغازات بشكل كبير ب

تصبح كثافة 100Cوعند درجة الحرارة 4C 1000Kg/m3سبيل المثال تبلغ كثافة الماء عند درجة الحرارةفعلى .(31رقم ) كما يتضح من الشكل 960kg/m3الماء حوالي

~44 ~

( منحنى الكثافة31الشكل رقم )

Viscosityاللزوجة -المائع تأثرا كبيرا وتتأثر لزوجة اللزوجة هي الخاصية التي يقاوم بها المائع قوى القص والتشوه الزاوي الذي يتعرض لهما

.لتماسك تتناقص مع ارتفاع الحرارةألن قوى احرارة تنخفض لزوجة السوائل . فمع زيادة درجة البدرجة حرارته

:أثناء تشغيل المبادالت الحراريةالمالحظات الواجب أتباعها -10-1-2

لحرارية يجب ا يكون مرورها خالل أنابيب المبادالتعند تبريد المنتجات النفطية ذات الحرارة المرتفعة جدًا يجب أن -1، ألن السرعة العالية في البداية قد تؤدي الى سرعتها تدريجياً ومن ثم تزداد أن تكون سرعتها بطيئة جدًا في البداية

.مة األنابيب والمبادلة ككلتدمير حز تترسب على الشوائب واألمالح التي الترسبات: أن المياه المستعملة في التبريد تحتوي على كمية ال بأس بها من -2

رتفاع درجة الحرارة إذا كان يمر خالله وذلك ال Shell وهيكل المبادل جدران األنابيب الداخلية لحزمة األنابيبزالة الترسبات وبالتالي المبادلة إل لحرارة من المادة المراد تبريدها، لذا يتوجب تنظيفكتسابه كمية من اال للماء .كفاءة التبادل الحراري زيادة

موائع وذلك بسبب زيادة الكثافة مراعاة أن تدخل السوائل الموائع الحارة التي يراد تبريدها من الجهة العليا لل -3يساعد ذلك عمل المبادل وعدم وجود مقاومة أكبر الجريان لألسفل وسوف نخفاض الحرارة مما يولد مياًل نحوبا

من األعلى وخروجه وعليه يالحظ في جميع المبردات الهوائية دخول المائع )الحار لفقدان الضغط(. للجريان )أو .(األسفل من

~44 ~

Materials of Construction للمبادالت مواد األنشاء 2-1-11-

ما هي المواد األنشاء المناسبة لبناء مبادل حراري. تصنع األوعية من:

الصلب النحاس األصفر.

الصلب غير القابل للصدأ. تصنع الحارفات ودعامات األنابيب وقضبان الربط والفاصالت من:

الصلب. النحاس األصفر.

الصلب غير القابل للصدأ. األنابيب من: تصنع-األنابيب النحاس.

خاص من النحاس األصفر والصلب غير القابل للصدأ.نوع تصنع صفائح األنابيب من:

الصلب. النحاس األصفر.

الصلب غير القابل للصدأ. تصنع الرؤوس من:

الحديد الزهر. الصلب المشغول.

.14النحاس األصفر المصبوب والصلب المصبوب غير القابل للصدأ إذا ذكر ذلك في مستندات المشروع

((crude unitلمصافي عدن المعدات الحرارية لوحدة التقطير الجوي -2-1-12

.15( ومهندسي المصافي3-2-1مالحظة جميع القيم والبيانات مأخوذة من ملحقات المصافي رقم ) آلية العمل:

توجد فروع متعددة من المعدات الحرارية وهي على النحو التالي: :المبادالت الحرارية أوال

References 14(1)

عدن مصافي ومخططات جداول-4 15

عدن مصافي ومهندسي دكاترة-5

~43 ~

الحرارية بين القطفات والخام وهذه المبادالت تعمل على تهيئة الخام البارد حتى تزداد حرارته بشكل تديجي المبادالت لحين وصوله الى األفران، وتتم هذه العملية من خالل التبادل بالحرارة حيث يتبادل النفط الخام البارد الداخل في العملية

ع ة يتم تسخين النفط الخام وتبريد المنتجات وتتم هذه العملية بالتدريج ماإلنتاجية مع المشتقات المنتجة مرتفعة الحرار المشتقات وهي على الماحل التالية:

المرحلة األولى: -( (tube-shellوهي عبارة عن ثالثة فروع فرعين بهم ستة مبادالت بكل فرع موضوع به ثالثة مبادالت من نوع

وبتدفق F 360بادلين موضوعة على التوالي يمر به السوالر بدرجة حرارة موضوعة على التوالي. اما الفرع اآلخر به م52681 Ib/HR 85يتبادل الحرارة مع الخام تقل حرارة السوالر وتزداد حرارة الخام الداخل بدرجة حرارة F وبتدفق25300 Ib/HR 189حرارة الى ان يخرج بدرجة حرارة التزداد F ثم ينتقل الى المرحلة الثانية

يتم في هذه المبادالت التبادل الحراري مع خام النفط LT.Gas.oil الدافئخرين التي يمر بهم المازوت الفرعين االبسبب التبادل F 184ترتفع درجة حرارة الى Ib/HR 56800وتدفق F 85رارة ححيث يدخل الخام البارد بدرجة ال

ومن ثم يخرج الخام الى المرحلة الثانية. Ib/HR 418643وتدفق قدرة F 330الحراري مع المازوت ذو درجة الحرارة المرحلة الثانية: -

وهي عبارة عن مبادالت تتكون من ثالثة فروع كل فرع به مبادلين موضوعة على التوالي ويمر بكل فرع مشتق معين وهي كالتالي:

168يدخل الخام بدرجة حرارة الدافئ الفرع األول: مبادالت المشتقات السوالر الثقيل متوسطة درجة الحرارة مع الخامF 25300وبتدفق Ib/HR 360ويبدأ التبادل مع السوالر الثقيل بدرجة الحرارة F 52681وتدفق Ib/HR تزداد

يغادر المبادل في اتجاه االستبريزر الكهربائي. F 242درجة حرارة الخام الى أن يوصل الى IB/HR 25000وبتدفق F 189بدرجة الحرارة الدافئالخام الفرع الثاني: مبادالت قطفة السوالر الخفيف مع

حيث F 52681وبتدفق F 415المبادالت وبعدها يبدأ التبادل الحراري مع السوالر الخفيف الساخن بدرجة الحرارة ريزر ومن ثم الى خزان االستب F 218تقل حرارة السوالر وتزداد درجة جرارة الخام الى أن تخرج من المبادل عند

الكهربائي.يدخل المبادالت ويبدأ Ib/HR 253000وتدفق F 168بدرجة حرارة الدافئالفرع الثالث: مبادالت الكيروسين والخام

فتنخفض حرارة الكيروسين Ib/HR 70797وبتدفق F 340بالتبادل الحراري مع الكيروسين الساخن بدرجة حرارة والشكل رقم ومن بعد ذلك يتجه الى مجمع االستبريزر الكهربائي F 214الى أن تصل الدافئوتزداد حرارة الخام

.المبادالت الحرارية بين القطفات والخام( يوضح 32)

~34 ~

بين القطفات والخام المبادالت الحرارية( 32الشكل رقم ) المرحلة الثالثة: -

وهو عبارة عن وعاء ضخم موضوع (DESALTER)بعد خروج الخام من المرحلة الثانية يتجه الى مجمع يسمى بشكل أفقي تدخل عليه الكهرباء بجهد عالي )فولتية( تسبب هزات كهربائية في ظل إضافة الماء المقطر عبر مضخة

وهنا (DESALTER)ثم يخرج من أعلى الوعاء مما يؤدي الى إزالة االمالح والشوائب العالقة في النفط الخام ومن تدخل Ib/HR 758000وتدفق F 223ينتقل النفط الخام من الخطوة السابقة وتكون حرارة متوسطة بدرجة حرارة

وتدفق F 590. ويبدأ بالتبادل مع مشتق المازوت الحار بدرجة حرارة (32رقم ) المبادالت التسعة كما في الشكل418643 Ib/HR 377تقل درجة حرارة المازوت وتزداد حرارة الخام الى ان تصل F ومن ثم تتجه الى برج التقطير

االولي. ثانيًا المكثفات: -اثنين من المكثفات على التوالي كما مكثفات عبارة عن فرعين كل فرع فيههذه ال (p.f.d)مكثفات القطفة األولى -1

P.F.Dالقطفة األولى – (LT.GASOLINE)ة القطفة األولى وهي ( التي تقوم بتكثيف ابخر 33في الشكل رقم ) .L.P.Gالغاز المسال

يتطلب تكثيفها حيث تدخل المكثفات في Ib/HR 135350وتدفق F 220التي هي عبارة عن أبخرة ذات درجة حرارة F 90االنابيب الخارجية فتتكاثف بسبب ماء البحر التي تمر داخل االنابيب بدرجة حرارة أسطحالغالف وتمر على

وبعد ذلك F 140فيتكاثف البخار الى ان يتحول الى الطور السائل عند درجة الحرارة Ib/HR 1012000وبتدفق يغادر المكثفات الى مجمع خاص.

~34 ~

( مكثفين على التوالي33الشكل رقم ) مكثفات قطفتي النافثا أو البنزين تكون هذه المكثفات من خمسة فروع فيه اثنين من المكثفات وظيفتها تكثيف ابخرة -2

245النافثا الثقيل من أعلى البرج الثانوي تدخل المكثفات بدرجة حرارة SRBالنافثا أو البنزين بعد خروج البنزين F 931661وتدفق Ib/HR 90وهو في الحالة الغازية فيتكثف بواسطة ماء البحر ذو درجة الحرارة F وتدفق

3800000 Ib/HR 140الى أن يصبح سائل فيغادر المكثفات بدرجة حرارة F ثم تنتقل الى مجمع قطفتي النافثا . يوضح المكثفات( 34وتتجمع فيه والشكل رقم ) (SRBRECEIVER)والبنزين

المكثفات (34الشكل رقم ) ثالثًا المبردات الحرارية: -

توجد مبردات وهي كالتالي: للجازولين -1 للبنزين النفثا -2

~34 ~

للكورسين -3 مبرد للسوالر )الديزل( -4

مبردات الجازولين: تتكون هذه المبردات من فرع واحد فيه مبردين أفقيين تعمل على الجازولين الخارج من البرج -1 األولى. ثم المبادالت الحرارية لقطفة التقطير Reboilerالثانوي اآلخر بعد مروره بـــ

بسبب 105Fوتنخفض الحرارة إلى Ib/HR 57487وتدفق 195Fوبعد ذلك تتجه إلى المبردات تدخل بدرجة حرارية .ماء التبريد ثم تتجه إلى خزنات خاصه بها

(NAPHTHA-Benzeneمبردات للنفثا والبنزين ) -2يد عند زيادة كمية التبر وهو عباره عن فرعين من المبادالت واحد منهم يعمل بشكل رسمي واآلخر متصل معه يعمل

F 175 المساعد تدخل النفثا بدرجة حرارة الثانوي ومنها إلى البرجمن برج التقطير قطفه النفثا الخارجة المطلوبة ومن ثم يتجه إلى مجمعات خاصه بها. F 115 ويبرد إلى درجة حرارة Ib/HR 54769وبتدفق

: وهي عباره عن فرع واحد به مبادلين موضعين على التوالي تعمل على الكيروسين الخارج من مبردات الكيروسين -3 115 ةويبرد حتى درجة حرار Ib\HR 73221وتدفق كلي F 200 ةرية الثانوية تدخل بدرجة حرار حراالمبادالت ال

F ويخرج من المبادل كمنتج. مبردات السوالر )الديزل( الثقيل: -4

وهو عباره عن فرع واحد به مبادل يعمل على تبريد السوالر الخارج من المبادالت ويخرج بدرجة حرارة Ib\HR 52681وبتدفق F 200 السوالر المبرد بدرجة حرارةخل األولى لتسخين الخام يد المرحلة125F 16داخل البرج وأغراض أخرى حرارةإلى برج التقطير الثانوي بغرض التحكم بدرجة ومن ثم تعود القطفة.

المبردات (35الشكل رقم )

التكاليف حساب عدن مصافيل ملحق - 16 .7

~39 ~

مشاكل المبادالت الحرارية لوحدة التقطير في مصافي عدن 2-1-13-

سوف نتطرق عن المشاكل الميكانيكية والحرارية والحلول المناسبة في وحدة التقطير الخام لمصافي عدن وخاصة في .المبادالت الحرارية

دمة فيها وخاصة األكثر م فهنالك الحاجة الى النظر في المعدات المستخ1951نظرا لقدم أنشاء المصافي في عام لحديثة من ا التكنولوجياأهمية فيها مثل المبادالت بجميع أنواعها )مبردات مكثفات ( والمضخات والصمامات بما يواكب

ناحية التشغيل والكفاءة والصيانة.ان سأيضا صممت المنشاة على أساس الخام الثقيل فكان هنالك نسب متفاوتة لكل قطفة بكميات معينة على أسا

ستغناء عن الخام ( مئة وعشرون الف جالون في الساعة وعند اال120000كمية اإلنتاج لوحدة التقطير الواحدة هي )بخام خفيف وهو خام مأرب حدث اخالل في العملية االنتاجية ونسب القطفات لكل نوع حيث ارتفعت الثقيل واستبداله

(( من نسبة 12-17)-48بة القطفات الثقيلة مثل االسفلت من )نسبة اإلنتاج للقطفات الخفيفة بشكل اكبر وقلة نساإلنتاج الكلي وهذا االرتفاع في نسب المشتقات الخفيفة وقلة المشتقات الثقيلة يتطلب الى زيادة سعة المبادالت

منتجات لالمتعلقة بالقطفات الخفيفة والخزانات المستخدمة لتجميع تلك القطفات وقدرة المضخات المستخدمة لدفع ا الخفيفة والثقيلة الخارجة من برج التقطير.

دائًما ما يتسبب النفط الخام في إتالف المبادالت الحرارية. ولذلك يجب أن يهتم قطاع النفط بتنظيفها بشكل منتظم. ف لهذه عملية مكلفة، حيث يجب إيقاف مصنع التكرير بأكمله. ومصانع البترول تبحث باستمرار عن حلول لتقليل التالذي يتسبب فيه البترول الخام للمبادالت الحرارية. إذا أمكن تنظيفهم بشكل أقل، يمكن توفير الكثير من التكاليف

.ووقت التشغيلتظل نظيفة لفترة أطول. ولكن إذا تم استبدال (EM) المبادالت الحرارية المزودة بحواجز من المعادن المتمددة

، فيجب أن تكون األبعاد الداخلية والخارجية EM المنشآت الحالية بأنظمة حواجزالمبادالت الحرارية الموجودة في للمنشآت الحالية، والتي يمكن أن تتوافق مع سعة المبادالت EM متماثلة. ويمكن تصميم حزم جديدة من حواجز

.الحرارية األصلية التوقف المتكرر للمنشأة عن العمل لغرض الصيانة. -1 غير مناسب من حيث دقة العمل وكلفة التشغيل والصيانة.أداء عمل المبادالت -2 سعات المبادالت ليست كافية لقطفات خام مأرب. -3 أجهزة الفحص والقياس أن وجدت لبعض األجزاء غير مجدية بالشكل المطلوب. -4رج برفع درجة حرارة الخام في مراحل التسخين المتتابعة للوصول به الى درجة الحرارة المناسبة لدخوله الى -5

التقطير األولي لذلك وجب علينا وضع دراسة متكاملة وتصميم مناسب لكل مبادل على حساب اإلنتاج الواقعي وبما يالئم كل منتج.

الصيانة المتكررة دون وضع حل لمسببات المشكلة -6

~30 ~

:الحلول والمقترحات المناسبة -2-1-14

والذي شمله هذا الفصل. crude unit)دراسة شاملة للمبادالت المستخدمة في وحدة التقطير ) -1 Crud unit.في األولية والثانوية Heaters)استبدال لوحدة ) -2 عمل أجهزة إضافية لتحسين أداء المبادالت. -3عمل نظام تحكم اوتوماتيكي يربط بين معدالت التدفق للقطفات مع درجة الحرارة الداخلة والخارجة من -4

المبادالت. اشكال المبادالت مع الكفاءة والكلفة المناسبة.المناسب لألحجام و االختبار -5 استخدام تقنية حديثة لغرض التحكم واألمان. -6 نوجد نظام ربط بين االحمال الحرارية المختلفة. -7نتاج اثناء حدوث مشكلة جزئية. بة من المعدات لتجنب عدم توقف االاو التجهيزات المناس االحتياطاتعمل -8

اصلة في المكثفات. .الضغوط الزائدة التي تؤثر على عمل المبادالت ووضع الحلول المناسبة لهادراسة -9

بعض الحلول الموضوعة لبعض المشاكل -2-1-15

A- حماية المبادالت الحرارية : ليه أي من أنواع ، كما ال تدخل اال يحتوي على أجزاء متحركة Shell & Tubeأن المبادل من نوع األنابيب والغالف

اري . فالمبادل الحر ى بعض معدات الحماية الميكانيكية، وبعض المعدات األخرى ، لذا فهو يحتوي علالخارجيةالطاقة يكون معرضًا الى التآكل الشديد، لذلك يجب نصب متحسسات التآكل وتتألف من نفس مواد من نفس مادة المبادل

الحراري، لتقوم بقياس مستوى التآكل.، كما هناك خطورة محتملة حمايتها من المحركات الكهربائية يجب Aerial Coolers واءكما أن وحدات التبريد باله

والذي قد يؤدي الى Vibration ااهتزازهايد في حال عدم تثبيتها بشكل صحيح، أو بسبب من تطاير ريش مراوح التبر تضررها بشكل كبير.

، وتقوم والتي تحميها من الضغط الزائد Safety Relief Valves تركيب صمامات أمان للمبادالت الحرارية .بتصريفه

B- المصفاةحماية المبادالت الحرارية من األوساخ باستخدام (Strainer): Strainer ماهي المصفاة

أن الغاية األساسية من المصفاة هي لتقليل أعمال الصيانة، حيث تتضرر الوحدات واألنابيب بسبب وجود األوساخ، صطيادها بدل أن تجد طريقها داخل الوحدات ااة بواية مكونات صلبة أخرى والتي تقوم هذه المصف والصدأ، والفتات،

واألنابيب وتسبب توقفها.

~34 ~

هي األداة التي تصطاد هذه الجزيئات الصلبة في أنابيب النفط والغاز لتحمي المعدات من Strainerأن المصفاة المضخات، لوقف. ويجب وضعها قبل بعض الوحدات الصناعية مثتأثيراتها السلبية وتقليل فترات الصيانة والت

بواسطة الجزيئات الصلبة. اانسداده بإمكانيةدة أخرى يعتقد ، وأية معالمبادالت الحرارية، صمامات السيطرةوالنوع Y-Type Strainerوُيمكن تقسيم المصفاة الى نوعين أساسيين وفقًا لشكلها وهي: المصفاة من نوع واي

:(36رقم ) وكما مبين في الشكل Basket-Type Strainerندوقي الص

Y-Type Strainer Basket Type Stariner

(36الشكل رقم ) ستخدامًا، حيث أن شكله يكسبه قوة للتعامل مع هو األكثر شيوعًا وا Y-Type Strainerأن المصفاة من نوع واي

Basketولكن أقل تحماًل لألوساخ وبقايا الصدأ من النوع الصندوقي Bar g 400الضغوط العالية تصل الى Type Strainer ي األسفل )كما فالى المصفىمما يعني حاجته الى التنظيف بين فترة وأخرى، وعادةً ما يوضع

ال يتسنى لألوساخ العودة الى مجرى السائل.أعاله( لكي (36رقم ) الشكلن ا كا، لكن من الممكن نصبها على خطوط الجريان العمودية إذخطوط الجريان األفقيةورغم أن هذا النوع يناسب

، وال يمكن نصب المصفاة إذا كان مصفاةنزول األوساخ مباشرة الى الفل مما سيؤدي الى الجريان من األعلى الى األس الجريان من أسفل الى أعلى ألن األوساخ ستنزل الى األسفل.

األول مما يوفر لها فيكون حجمها أكبر من النوع Basket Type Strainerأما المصفاة من النوع الصندوقي كانت ، وفي حالالخطوط األفقية فقطمكن نصبه على ، وهذا النوع يمساحة أكبر الستخالص األوساخ وبقايا الصدأ

للسلة. Supportsكبيرة الحجم يجب وضع دعامات أما المرشحات المستخدمة في المصافي فتكون على نوعين: .Mesh Screensوالمرشحات الشبكية Perforated Screensالمرشحات المثقبة كما أن هناك أنواعًا من المصفيات مثل: صطياد الجزيئات ال المصفىحيث يتم وضع مغناطيس في : Magnetic Strainersالمغناطيسي المصفى -1

المرشحات. حيث يمرر السائل بسرعة واطئة مما صطيادها بأدقكن االصغيرة من الحديد أو الصدأ والتي ال يم

~34 ~

، حيث يوضع هذا المغناطيس داخل مادة أخرى ات الصغيرة بواسطة هذا المغناطيسيؤدي الى سحب كل الجزيئ لتجنب تآكله. Stainless Steelالفوالذ غير القابل للصدأ مثل

Mechanical type self-cleaning Strainersالميكانيكي ذاتي التنظيف المصفى -2: حيث يتم تنظيفه من خالل جعل الجريان عكسيًا خالله Back Wash Strainersذو الغسل العكسي المصفى -3

.17مما يؤدي الى خروج األوساخ منهC- :المشاكل األكثر شيوعا في تصميم المبادالت الحرارية والتقييم والتحجيم

من مبادل محدد تماما. يحدد برنامج تقييم معدل نقل الحرارة thermo-hydraulicالمشكلة تصنيف وتقييم أداء اري غط لمبادل حر ودرجات الحرارة مخرج السوائل المقررة لمعدالت تدفق السوائل، ودرجات حرارة مدخل، وانخفاض الض

. سابقةمج تصنيف تخطيطي في األشكال الالقائمة؛ وبالتالي تتوفر مساحة نقل الحرارة وتدفق أبعاد المرور. يظهر برناالمشكلة التحجيم، ومع ذلك، تشعر بالقلق مع تحديد أبعاد مبادل حراري. في مشكلة التحجيم، يتم تحديد نوع مبادل

حجم لتلبية مدخل ومخرج السوائل ودرجات الحرارة المحددة الساخنة والباردة، ومعدالت التدفق، الحراري مناسب و ومتطلبات هبوط الضغط، يتم تحديدها.

على الرغم من أن هناك مجموعة متنوعة من التصاميم والمواد المتاحة، وهناك عناصر مشتركة بين جميع التصاميم. طح لمدخل ومخرج السائل أو الغاز. وهي ب، والتي توجد داخل الغالف مع السابيوترد أنابيب ميكانيكيا صفيحة األن

مصممة لمنع تدفق السائل داخل األنابيب لتمتزج مع السائل خارج األنابيب. صفيحة األنابيب يمكن أن تكون ثابتة إلى الف أو خل صفيحة األنابيب والغحدة التعويم دامع الضغوط الحرارية التي لديك و الغالف أو السماح للتوسيع والتعاقد

باستخدام منفاخ التوسع في الغالف. هذا التصميم يمكن أن يسمح أيضا بسحب الكامل لحزم األنابيب للتنظيف من المبادالت.

a- التصاميم (designs) الميكانيكية بدرجة الحرارة. كل مبادل يخضع للضغوط الميكانيكية من مجموعة متنوعة من المصادر، باإلضافة إلى التدرجات

هناك الضغوط الميكانيكية التي تنجم عن تقنيات البناء المستخدمة في المبادالت، على سبيل المثال. الضغوط لصفيحة األنبوب الناتجة عن المتداول في الزيوت )القطفات(. تناول التصميم تصنيع وشحن وتركيب مبادل للعديد من

راضات المتوقعة. هناك الضغوط الناجمة عن هيكل الدعم كرد فعل على فتغوط، في كثير من األحيان لغير االالضالعادية عووزن المبادالت، والضغوط من األنابيب التي تربط هذه الضغوط بشكل عام مختلفة جدا أثناء تشغيل المصن

ة لية خاصالتشغيل. أخيرا هناك الضغوط الناشئة داخل مبادل نتيجة ظروف التيارات عممن خالل بناء أو إيقاف للضغط أثناء التشغيل.

لحماية مبادل من تشوه دائم أو إضعافه من هذه الضغوط الميكانيكية، فمن الضروري لتصميم المبادالت بحيث أن اإلجهاد الذي يمكن أن يتوقع أن تحدث تكون معقولة ال ترهق أو تشوه المعدن وراء النقطة حيث سيعود تلقائيا إلى

روري لضمان التصميم ال تحدث االهتزاز الناتج عن التدفق. الشرط األصلي. ومن الض

المهندس منتدى -17 3

~34 ~

وعادة ما تسبب االهتزاز بتكوين الدوامات من المصب الجانبي من األنبوب. كما يتم تسليط التدويم، ونمط التدفق ذا إ ضغط السوائل تعمل على األنبوب.ى التذبذبات في حجم واتجاه قوى )وبالتالي توزيع الضغط( يغير، مما أدى إل

كان التردد الناجم من التدويم التردد الطبيعي األنبوبي، فإن األنبوب يهتز مع السعة الكبيرة وستفشل في نهاية المطاف، مما تسبب في تسرب السوائل من واحدة إلى أخرى. ويمكن التخلص من االهتزاز عن طريق خفض السرعات، وخفض

يقة تحديد نهايات فترات غير معتمد. فترة غير معتمد األنابيب، أو عن طريق تغيير طر b- باالهتزازالتحكم:

لمنع االهتزاز نقترح المبادئ التوجيهية التالية: (. فمن المعقول أن نفترض أن آلية التدويم (50000 – 300للسوائل، ربما ينبغي أن يكون عدد رينولدز في نطاق

قد stream-wiseرطل(، وقوة في االتجاه ρ V 2 / 9،266> 0.5سوف تكون نشطة. إذا كانت السرعة عالية ). إذا كان اعلى stream-wiseتكون كافية للتسبب الضرر. في ظل هذه الظروف، ينبغي تطبيق تصميم آللية دوامة

mechanismالف تنطبق على الدوامات العرضية رطل(، وتصميم غ ρ V 2 / 9،266 <0.5سرعة منخفضة )ولكن إذا كان هذا .300000المبادئ التوجيهية والسوائل، إذا كان عدد رينولدز أقل منللغازات أو األبخرة، اتبع نفس

نة السائل. و الرقم أكبر، ينبغي أن تطبق التصميم آللية مر ، نطبق التصميم إلى آلية المضطرب. باإلضافة إلى ذلك، مع 1.5إذا كانت نسبة توزيع االنابيب إلى قطرها أكبر من

باعدة على نطاق واسع في التوزيع الثالثي، تحقق من الذبذبات الصوتية. مربع التوزيع أو متوانخفاض انخفاض الضغط المسموح به هي صعبة للغاية shell-sideمبادالت حرارية كبيرة مع الغازات على

هتزازات األنبوب فيه من المحتمل أن تكون مشكلة، وينصحصميم المعدات التي يحتمل حدوث ا لتصميم. عند تل ممارسات التصميم التالية:

%( والصغيرة )أقل من35 %لذا أن نمط التدفق يمكن التنبؤ به. للتجنب الكبيرة )أكبر من shell-side تصميم -1 ( يحدث اضطرابات، ألن كال من توفر الشروط سيئة لتوزيع السرعة. 15

الجانبي. السرعات العالية في حزمة والغالف، وكذلك من خالل الممرات للتمريرالبين flow-pathsبلوك أي -2مثل هذه المناطق يمكن أن يسبب الضرر الموضعي في التصميم على خالف ذلك. أحيانا يكون من الممكن

استخدام الحواجز)المعوقات( للتدفق المتوازي، )وتسمى أيضا نافذة الحواجز والمحير الثالثي القطعي(، والتي توفر cross-flowقام األول إلى األنابيب. فإن السرعات تكون أقل، وسوف يخفض التي تكون موازية في الم تالتدفقا

من انتاج السرع العالية التي تؤثر على المبادل.سرعة مزعجة الطريقة الوحيدة هي أن قرب مدخل أو مخرج الفوهات، تثور أسئلة الفي الحاالت التي تكون فيها -3

الرشق على امتداد المصب. قد تحققيد من األضرار التي لبشأن ما إذا كانت هذه السرعة يمكن أن تنتج المز يكون مكلفا للغاية، ومع ذلك، لتغيير التصميم بالكامل لتلبية معايير لهذا االهتزاز لمثل هذه السرع. في مثل هذه

الحاالت، تم الحصول على نتائج جيدة من خالل واحدة من هذه الطرق الثالث؛ a- تثبيت جهاز بالفوهة للحد من السرعة. ومخفض األنبوب القياسية التي تثبت مع لوحة العداد غالبا ما يكون كافيا

في الحاالت األكثر خطورة، وقد تكون هناك حاجة إلى حزم التوزيع.

~34 ~

b- وظ يقلل من حتثبيت حاجز األنبوب للدعم المباشرة تحت الفوهة. هذا يضيع القوة المؤثرة على األنابيب، وبشكل مل اتساع االهتزازات التي يمكن أن تنتج في فترات أخرى.

c- امتداد األنابيب إلى الحاجز األول في محيط الفوهة. مثل االمتداد يعزل جزئيا القوة المؤثرة عن بقية األنبوب، ويقلل لسرعة. من اتساع االهتزاز. من خطوات التصميم الثالث المذكورة فقط، يفضل جهاز الفوهة للحد من ا

الحواجز الخارجية سميكة لتقلل من معدل البلى. ومع ذلك، لزيادة وتيرة التحمل لشبكة الثقوب. هذا بالقطع غير مكلفة، ، إذا لتكلفة إضافية لتشكيل الحواجز والتناسب الوثيق يمكن أن يؤدي إلى صعوبات التجمع. ليس له ما يبرره عادة

للحواجز، يمكن زيادة أنبوب التوزيع. بسبب سطح الغالف أكبر وعلى هبوط الضغط مشكلة مع تصميم قطعي أحدثهذا تصنيع المبادل من هذا البناء يكلف أكثر من والوحدات التقليدية. له ما يبرره على حساب إضافي إذا تسربت

. 18الزيوت يمكن إيقاف وحدة، تلوث المنتج، لمنع التلوثD- األمواج فوق الصوتية استخدامبقياس التدفق ومن المقترحاتUltra-Sonic Flow-meter :

High-frequencyموجات التردد العالي استقبالو تعتمد طريقة عمله على قيام زوج من هذه المرسالت بأرسال pulses هذه الموجات من المرسلة الى المستقبلة وتكون سرعة الموجات ذات المسار انتقالزمن احتسابومن ثمختالف االجريان، والسبب في ذلك يعود الى التجاهالجريان أكبر من الموجات ذات المسار المعاكس تجاهالالمشابه

بين هذين النوعين من Delayسرعة الجريان في الحالتين، ويحاول مصنعو هذا النوع من مقاييس التدفق عمل تأخير الموجات لضمان عدم حدوث تداخل بين الموجات.

حتساب سرعة الغاز أو النفط ومن ثم معدل التدفق. ومن الجدير بالذكر أن وجود زوج واحد اللطرق وهناك العديد من ا)مرسلة ومستقبلة( لن يفي بالغرض ألنه سيقيس سرعة الغاز في هذا المسار المنفرد فقط، فإذا علمنا أن تدفق الغاز ال

ستعمال زوج واحد سيؤدي الى قراءة غير دقيقة، ولكنه يستخدم في المشاعل ايكون متماثل في كافة أجزاء األنبوب فأن فقط.

حتساب عدة قراءات لسرعة الغاز في نقاط متعددة من األنبوب الأما وجود عدة أزواج من )المرسالت والمستقبالت( دي الى األنبوب مما يؤ حتساب معدل التدفق لهذه النقط وهذا التصميم سيعالج مسألة عدم تطابق الجريان فياويتم

.( التالي يوضح قياس التدفق37والشكل رقم ) مسارات لهذا الغرض 3أو 2عتماد ا زيادة دقة القراءة. واألفضل

نت صفحات 18 .8

~33 ~

األمواج فوق الصوتية استخدامبقياس التدفق ( 37الشكل رقم )

المتحسساتباستخدام أتمته الفحص والقياس والتحكم -2-1-16

مقدمة عن الحساسات :الحساستعريف 1-

عبارة عن جهاز يقيس مقدار فيزيائي ما ويحوله إلى خاصية ذات طبيعة كهربائية بحيث يمكننا قراءتها الحساس s=f (m) .وقياسها

Sمقدار الخرج أو استجابة الحساس. Mمقدار دخل أو تحريض الحساس .

:حساسية الحساس - Δs بأنها نسبة التغيربشكل عام تعرف .ة التي تلعب دورًا أساسيًا في اختيار الحساسيالحساسية هي الخاص

S=Δs/Δm .للمقاس الذي أدى إلى الخرجΔm لمقدار الخرج إلى التغيرالتي يجب أن تعتمد (S) إن إحدى المسائل األكثر أهمية في استخدام أي حساس هي المحافظة على ثبات الحساسية

:أقل ما يمكن على .الخطية وتردد تغيرها m قيمة -1 .زمن تلف الحساس -2 .المقادير الفيزيائية المؤثرة على الوسط المحيط والتي ال تشكل هدفًا في القياس تأثير بقية -3

:أنواع الحساسات - .حساسات السرعة -1

~444 ~

.حساسات الموضع واالنتقال -2 .حساسات القوة والوزن والعزم -3 .الحساسات البصرية -4 .حساسات الحرارة -5 .سوية وضغط الموائعتحساسات سرعة وتدفق و -6 .الفراغحساسات قياس -7 .حساسات الرطوبة -8 .الحساسات الذكية -9

:مميزات الحساسات - .المتعددةمجاالت واسعة من الخيارات واألشكال تناسب االستعماالت -1 سهولة التركيب -2 إمكانية تصنيع منتجات حسب الطلب بما يتناسب مع الديكور أو التصميم المطلوب -3

العالمية بحيث يمكن تركيبها مباشرة دون الحاجة إلى الحساسات المتوفرة االن تتوافق مع جميع أنظمة التحكم توصيالت أو تجهيزات إضافية

:أنواع للحديث عنها ببعض التفصيل 3لكنني اخترت لكم : Temperature Sensorsالحساسات الحرارية -1

رارة جة الحهو األداة التي تحول درجة الحرارة الى جهد كهربائي يتناسب مع قيمة در تعريف الحساس الحراري: المطبقة عليه.

أبسط مثال للحساس الحرارى هو الديود فعند تعرضه لحرارة فتبدأ بعض االلكترونات بالتحرر من مدارتها ويزداد مرور التيار )عالقة طردية بين التيار والحرارة (

درجات حرارة من وهو حساس حراري قادر على قياس LM35DZ يتوفر في السوق العنصر الحساس الحراري تجارياً °111الى ° 41 -ومجاله من LM35CZأو° 111الى ° 1

ميلي فولت الجهد يتناسب بشكل طردي مع ازدياد درجة الحرارة ويمكن استخدام 11يعطي جهد قدره ° 1ومن أجل كل الموجب وهى وهى المقاومات ذات المعامل الحرارة السالب ومقاومات ذات المعامل الحرارى المقاومات كحساس للحرارة اداه قياس حرارة ليست خطيا

:إن التعداد الكبير لخواص المادة وللظواهر الفيزيائية المتحسسة لدرجة الحرارة يؤدي إلى تنوع كبير في طرق القياس الطرق الضوئية.

الطرق الميكانيكية. الطرق الكهربائية.

به. تحسس درجة الحرارة المحيطةلديه القدرة على (Temperature sensor)وببساطة حساس الحرارة

~444 ~

temperatureنواع حساسات الحرارة فمنها يستخدم الزئبق ومنها يستخدم المقاومة الحساسة للحرارة )يوجد العديد من أsensitive resistors ولكن هناك نوع من الحساسات يستخدم المبدئ الذي ينص على انه كلما زادت درجة الحرارة )

( الذي يمر من خالل الصمام الثنائي بمعدل معروف. وعن طريق تضخيم هذا voltageهربائي )كلما زاد الجهد الكالتغير في الجهد الكهربائي نستطيع أن نحصل على إشارة تتناسب طرديا مع درجة الحرارة، وبالطبع يمكننا االستفادة

رين وصيالت سهلة بالمتحكم األصغمن هذه اإلشارة بشكل كبير لمعرفة درجة الحرارة عن طريق نص برمجة بسيط وت .~( 2او االردوينو، سعر هذا الحساس يصل إلى )$ ومن حساسات )مستشعرات( درجة الحرارة:

Bimetal النوع االول: االزدواج المعدني -عند on–off ابسط شكل او تركيب لحساس لدرجة الحرارة والذي يمكن استخدامه إلعطاء اشارة توصيل وفصل

.درجة حرارة معينة هو عنصر االزدواج المعدنيالوصول الى (النحاس والحديد( موصالن معا كما في الشكل لمث (مختلفتينيتكون االزدواج المعدني من شريحتين من معدنين .المعدنان لهما معامل تمدد مختلف .( 2-8 .كثر من االخرأحد المعدنين يتمدد أان لمعدني يزداد انحناؤها لدرجة ولذلك عند زيادة درجة حرارة شريحة االزدواج ا .وعندما تبرد الشريحة يحدث العكس .المعدن االكثر تمددا يكون بالجانب الخارجي لالنحناء تالمسات كهربائية وبالتالي فعند درجة حرارة معينة لهذه الحركة للشريحة يمكن استخدامها في عمل وصل او فصل

.للتيار في الدائرة الكهربية on−off سوف تسبب وصل او فصل

في االجهزة المنزلية مثل بما فيه الكفاية ولكنه يستخدم كمنظم لدرجة الحرارة )يسمى ثرموستات( الجهاز ليس دقيقاً .التدفئة المركزية والمكاوي والسخانات واالفران

RTD " حساس "كاشف الحرارة ذو المقاومة النوع الثاني: - .الكهربائية للمعادن او اشباه الموصالت تتغير مع درجة الحرارةالمقاومة

اسع و يث تتغير مقاومتها بطريقة خطية وفي مدىيستخدم البالتين او النيكل او سبائك النيكل ح: في حالة المعادن .مع درجة الحرارة على الرغم من ان التغير الفعلي في المقاومة لكل درجة صغير نسبيا

.مثل الترمستور يظهر تغيرات كبيرة في المقاومة لكنها غير خطية :الموصالتفي حالة اشباه مثل هذه الكواشف يمكن استخدامها كأحد اذرع قنطرة هويستون وخرج القنطرة يؤخذ كمقياس لدرجة الحرارة كما في

.A-9-2الشكل

~444 ~

ى مقاومة الثرمستور تغير في هبوط الجهد علوكطريقة اخرى يمكن استخدام دائرة مقسم جهد حيث يسبب التغير في .B-9-2مقاومة كما في الشكل

.الخرج من الطريقتان يكون اشارة تناظرية تؤخذ كمقياس لدرجة الحرارة :الحرارية: الدايودات الحرارية والترانزستورات النوع الثالث -

الدايودات والترانزستورات تستخدم كحساسات لدرجة الحرارة الن معدل انتشار الشحنات الموجبة والسالبة خالل وصالت .الحرارةاشباه الموصالت تتأثر بدرجة

كما توجد دوائر متكاملة تجمع بين هذه العناصر الحساسة للحرارة مع دوائر خاصة إلعطاء جهد خرج مرتبط بدرجة .الحرارةملى فولت لكل درجة مئوية( عندما (mV/C 10 11تعطى خرج والتي LM35هيئرة المتكاملة االوسع انتشارا الدا

.A– 11-2كما في الشكل V 5تغذي بجهد +

لدرجة الحرارة من حساس تناظري وذلك بتوصيل الخرج التناظري الى دائرة (on-off) يمكن عمل مفتاح رقميعندما يكون جهد دخل درجة الحرارة يساوي 1محددة الضبط وينتج اشارة المنطق بقيمة جهد والذيرن يقوم بمقارنته قا .1من القيمة المحددة الضبط وان لم يكن كذلك تكون االشارة بالمنطق أكبر او

.االحساس الحراري مع مكبر عمليات ( تجمع بين عنصر(LM3911Nوهناك دوائر متكاملة مثل ( فان الخرج يتحول كلما وصلت درجة الحرارة الى نقطة الضبط وتعطى B -11-2ن )الشكل عند توصيلها كمقار

on-off مباشرة متحكم في درجة الحرارة على شكل

~449 ~

thermocouple) النوع الرابع: االزدواج الحرارى )ثرموكابل - .هذا النوع شائع االستعمال

11-2يشكالن وصلة كما في الشكل B و A يتكون االزدواج الحرارى اساسا من سلكين غير متماثلينعند تسخين الوصلة بحث تكون في درجة حرارة اعال من الوصالت االخرى بالدائرة )والتي تحفظ في درجة حرارة

.تتولد قوة دافعة كهربية تعتمد على درجة حرارة الوصلة الساخنة) باردة وثابتة

PLC صغير ويحتاج الى تكبير قبل توصيله الى دخل القناة التناظرية لل الحراري الجهد الناتج باالزدواج يلزم دوائر لتعويض درجة حرارة الوصلة الباردة الن درجة حرارتها تؤثر على قيمة القوة الدافعة الكهربية المتولدة كما

.بالوصلة الساخنةغالبا تدمج في وحدة معالجة Hz 51التكبير والتعويض وايضا مع مرشحات لتقليل تأثير التداخالت من المنبع

.لإلشارة دفق:حساسات معدل الجريان والت -2

إن معدالت الجريان ذات أهمية بالغة في العمليات الصناعية، مثل صناعة الورق، كما يمكن أن تستخدم الحساسات هذه المعطيات للتحكم في ضبط معدل الجريان والتدفق لنظام معين. (PLC)ويستخدم نظام الـ لمراقبة التدفق لمادة ما.

دفق المياه ليحسب لك الفاتورة وال تقتصر هذه الحساسات على حساسات إن عداد المياه المنزلي سيراقب لك ت فمثاًل:وهو عبارة عن وشيعتان موضوعتان على جانبي تدفق السوائل، إنما يوجد: حساس لقياس التدفق الكهرومغناطيسي:

ومة مقامجرى القياس ويكون هذا المجرى مصنوعًا من مادة مغناطيسية، وسطه الداخلي يكون مغطى بطبقة عازلة و للتآكل، ويتم وضع مسريين اللتقاط اإلشارة على طرفي قطر متعامد لخطوط التحريض المغناطيسي، ويتناسب مطال

اإلشارة

~440 ~

وفيه يخضع مبدل المقاس الموضوع ضمن مجرى إلى قوة ناتجة عن المائع المتحرك حساس لقياس التدفق الميكانيكي:أو انسحابيه، ويتم قياس هذه الحركة عن طريق الحساس الذي يقيس المقدار مما يؤدي إلى تحريكه حركة دورانية

الملتقطة مع التدفق. الفيزيائي ونحصل من خرجه بالمقابل على إشارة كهربائية )الجهد( أجهزة قياس التدفق: -

:العداداتمية المائع والغازية. ويعبر عن ك االجهزة والمعدات التي يتم بها قياس كميات الموائع سوى كانت في حالتها السائلة هي

بوحدات الحجم أو الكتلة، والوحدة الرئيسية للحجم هي المتر المكعب والوحدة الرئيسة للكتلة هي الكيلو جرام، ويمكن ( والتي تعتمد على (Flow Quantity Metersقياس التدفق او السريان للمائع باستخدام أجهزة قياس كمية التدفق

وفي العادة تستخدم طريقة القياس Gravimetric Meters)أو (Volumetric meters الحجميةإحدى الطريقتين .الحجمية لقياس كمية الموائع وتعتبر اجهزة القياس الحجمية ابسط تركيبا وأرخص تكاليف من اجهزة القياس الكتلية

بمقدار (Flow Rate) السريانو ويمثل معدل التدفق ويمكن حساب معدل التدفق بمعرفة السرعة ومساحة المقطع الحجم لكل وحدة زمن أو بمقدار الكتلة لكل وحدة زمن.

وأهم الخواص الطبيعية للمائع والتي تؤخذ في االعتبار عند قياس التدفق أو السريان هي: Pressureالضغط -1 Temperatureالحرارة -2 Densityالكثافة -3 Viscosityاللزوجة -4 Velocityالسرعة -5

Flow Rate Measurement Meters Toesانواع عدادات قياس معدل التدفق -a- عدادات فرق الضغطDifferential Pressure meters

المار من ) في طاقة وضع المادة )الضغط االستاتيكي اساس التغير يعتمد قياس معدل التدفق في هذه العدادات على .خالل مقطع موضعي في االنبوب

:العداداتومن هذه Orfice Meterاالورفيس -1

~444 ~

Venturi Meterفينشوري -2 Rota Meterالروتا متر -3 Pitot Tubeأنبوب بيتوت -4

b- عدادات االزاحة الموجبةPositve Displacement Meters يعتمد قياس في هذه االجهزة على الكمية المزاحة لكل دورة و من هذه العدادات.ـ

Lobed impeller Meterالعدادات العنصر المفصص -1 Rotary-vane Meterالعدادات المروحية -2 Oval Gear Meterعدادات التروس -3 Rotary Piston Meterعدادات المكبس الدوار -4

c- عدادات السرعةVelocity Meters تعتمد هذه العدادات على قياس سرعة جريان السائل ومن هذه العدادات:ـ

Turine Metersالعدادات التور بينية -1 Ultrasonic Metersعدادات الموجات فوق الصوتية -2

Vortex Meterعدادات فورتكس -3

~444 ~

Electromagnetic Metersعدادات الكهرومغناطيسية -4

d- عدادات الكتلة Coriolis Metersعدادات كريوليس -1

Thermal Metersالعدادات الحرارية -2e- المفتوحة:عدادات القنوات

Weir Metersعدادات السد -1 Flume Metersعدادات القناة المفتوحة -2

f- قياس الضغط والتدفقPressure and Flow Measurement معظم طرق قياس الضغط يتضمنها استشعار اإلزاحة أو االنحراف وربطها بالضغط من خالل معايرة أو عالقات

الذي يقيس الضغط االستاتيكي أو اختالف الضغط ، manometerانومترأحد أنواع حساسات الضغط هو الم نظرية

~444 ~

على إزاحات المائع في مجال الجاذبية. نوع أخر من أجهزة قياس الضغط هو الرق detect وذلك عن طريق الكشفوع ن. المرن ويتم ربط االنحراف بالضغط حيث يقاس انحراف العضو أو األنبوبة المرنةelastic diaphragm المرن

يمكنه قياس الضغوط '' piezoelectric pressure transducer '' أخر هو محور طاقة الضغط البيزو كهربي الديناميكية عند تشوه شكل بلورة البيزو كهربي استجابة لضغط المسلط.

:ات اآلتيةس حستويتم قياس التدفق باستخدام أحد المسلك كهربائي آنيًا نتيجة لتدفق السائل وتغير مقاومته الكهربائية ، حيث يتم تسخين hot wireمبدأ السلك الساخن

نتيجة الرتفاع درجة حرارته. ويكون تغير المقاومة تابعًا لسرعة التدفق. .ultrasonicمبدأ األمواج الفوق صوتية

:حساسات الضغط -3وت بغية المؤتمتة، وفي هندسة الروبيعتبر الضغط أمرًا أساسيًا في محطات توليد الطاقة، وفي التحكم بوحدات اإلنتاج

.التعرف على األشكال، أو تحديد القوى الخارجية المؤثرة على الروبوتن للضغط دور أساسي في عمليات المعالجة، تخيل أن آلة تعمل على اقتحام البالستيك، فإن البالستيك المعرض وا

ال فإن ) حقن البالستيك(للحرارة سيدفع بقوة إلى القالب تحت ضغط معين ، والضغط يجب أن يكون محدد بدقة وا الـ وبالتالي فإن الحساسات يمكن أن تستخدم لمراقبة الضغط، وسوف يقوم نظام .العنصر سوف يتلف أو يتشوه

(PLC) .باإلشارة إلى الحساس والتحكم بالضغط المناسب ن كل هذه األعمال تتطلب استخدام سالسل قياس تشكل ، حيث يعطي هذا فيها حساسات الضغط الحلقة األهم وا

، مما يسمح بتحديد ر الماء أو الزيت أو أي مائع آخرالحساس المعلومات المناسبة مع ضغط الهواء أو الغاز أو بخا .هزة أو اآلليات الميكانيكيةالعمل األمثلي لألج

محوري وقطري، ويتم تبديل هذه التمددات، يؤدي إلى تمدد Pإن الضغط المطبق والشكل التالي يبين حساس ضغط .19التي تعتبر مقادير ميكانيكية، إلى إشارة كهربائية

نت صفحات -197

~444 ~

منظومة السيطرة -17-1-2

:Cascaded Controlنوع منظومة السيطرة من رى السيطرة نمنظومات وهي التحكم بصمام واحد بواسطة متغيرين كل منهما مستقل عن اآلخر، لفهم هذا النوع من

والمبين بالشكل باللون األخضر نرغب بالحفاظ product، حيث يوجد في الوعاء سائل معين أدناه (36رقم ) الشكلوالمبين بالشكل باللون البرتقالي ويجب مراعاة األمور Steam Jacketعلى حرارته من خالل غطاء من البخار

التالية في هذه المنظومة: ل الموجود في المنظومة الى درجة حرارية معينة.يجب تسخين السائ -1 .productتتجاوز درجة حرارة البخار حدًا معينًا، ألن هذا ُيـفسد السائل أاليجب -2 أيضًا. productبشكل سريع، ألن هذا ُيـفسد السائل productعدم صعود درجة حرارة السائل -3

Sensor 1عتمادًا على المتحسس الموجود في السائل ا single loop controlعتيادية سيطرة ا ستخدام منظومةعند األن المتحسس المذكور سيتحسس الحرارة الواطئة للسائل ،د درجة حرارة البخار بصورة سريعةفهذا سيؤدي الى صعو

مما Fully Openشارة الى الصمام بالفتح الكامل بإعطاء ا Controllerعند بداية العملية وسيقوم جهاز السيطرة ، وهذا غير متناسب مع العملية المطلوبة.يؤدي الى تسخين السائل بشكل سريعس

Cascaded Controlستخدام منظومة سيطرة من نوع روط الثالثة المذكورة أعاله يجب اولتشغيل المنظومة وفقًا للش وكاآلتي: controllers & 2 Sensors 2باستخدام متحسسين وجهازي سيطرة

شارة جة حرارة البخار في الغالف يعطي القراءة در Sensorمع متحسس Slave Controller 2ي المسيطر الثانو .Controller 2الى المسيطر

ويقوم بإعطاء productلقراءة درجة حرارة السائل Sensorمع متحسس Master Controller 1المسيطر الرئيسي .Slave Controller 2وي الى المسيطر الثان Controller 1 Outputخرج المسيطر

للصمام الثانوي. Set-pointلتغيير قيمة Master Controller 1 Outputشارة خرج المسيطر تستخدم ا وذلك للتأكد من عدم صعود درجة حرارة البخار. يكون القيام بهذه العملية مع مراعاة األمور التالية:

والبقاء على هذه الدرجة لمدة ساعتين. C˚80الى C˚15يجب أن تصعد درجة حرارة السائل من يزيد معدل تسخين أالجب ي في أي ظرف. C˚120ال يمكن صعود درجة حرارة البخار الى أعلى من

.C/minute˚1عن Product السائل master control outputحتى يكون خرجه reverse acting modeسيكون المسيطر الرئيسي على وضع

في درجة mA 4و، في درجة الحرارة الواطئة mA 20مساويًا لـ Slave Controlالثانوي الذاهب الى المسيطر الحرارة العالية.

~443 ~

عندما تكون mA 4بحيث يكون خرج الصمام هو Slave Controllerللصمام الثانوي Set-pointسيتم ضبط وبهذه الطريقة لن تصعد درجة C˚120عندما تكون درجة حرارة البخار mA 20وأن يكون C˚80درجة حرارة البخار . 20الحرارة عن المطلوب

سيطرة منظومة( 37الشكل رقم )

:لألوساخ الدراسات والتوصيات -2-1-18

هدر الطاقة ، وتؤدي إلىالحراري في أوعية انتقال الحرارةمن أهم المشكالت التي تحد من مردود التبادل األوساخ ة في اإلنتاج. ي عن العمل، مما يسبب خسائر كبير والتوقف االضطرار

والن الطاقة أصبحت عصب الحياة العصرية، تتوسع أبحاثها اليوم وتتجه، خاصة نحو رفع كفاءة التبادل الحراري عبر دراسة أسبابها وآليات حدوثها بهدف الحد منها والتنبؤ بحدوثها باستخدام تقنيات البرمجة األوساخوحل مشكلة المتنوعة.

من هنا تأتي أهمية وفرادة هذه الدراسة: تساخ الحادة التي تواجه المبادالت في وحدة التقطير وهي مشكالت ملحة لبحث بالدراسة النظرية مشكالت االتناول ا

تحدث لهدرجة و أو معامل ا في المصافي عموما، وفي مصفاة عدن خصوصا سواء في معامل التكرير تواجه المشغلينقطير، في معمل الت األوساخفي المبادالت الحرارية، عصب التزود بالطاقة في المصافي. وتبين من خالل الدراسة أن

لم يعالج حتى اآلن وهذه المشكلة تكلف المصافي وذلك بسبب توقف معامل أخرى عن العمل مرتبطة به كمعمل التحسين ومعامل األسفلت، هذا باإلضافة الى الخسارة الناتجة عن زيادة استهالك الوقود في األفران ناهيك عن شروط

. قالحرجة والتلوث بغازات االحترا التشغيل

العربي الطبيعي والغاز النفط موقع20

~444 ~

اخاألوسيجاد عالقة تربط عوامل التشغيل بمسببات بإ األوساخدف األساسي للبحث نمذجة ظاهرة لذلك كان اله ، واتخاذ اإلجراءات التشغيلية المناسبة للتخفيف أو الحد منه بحيث تمنع باألوساخالكامنة في التغذية بهدف التنبؤ

التوقف الطارئ. ي المبادالت من خالل تحليل الرواسب وتبين أنها تحدث بثالثة اشكال اتساخية: ف األوساخحددت أواًل آليات

بلمري. وجسيمي.

وتآكلي. ومقدار األوساخبآلياته الثالث وتم حساب عامل لألوساخالمسببة كما حددت اهم العوامل الكامنة في التغذية و

. 39 أدى إلى انخفاض المردود الحراري بنسبة % األوساخدود التبادل الحراري وتبين أن االنخفاض في مر األوساخآليات سمح يمات دقيقة بنسبة ت، إذ تحتوي التغذية على جسمحمولة فيها األوساخيل التغذية فيدل على أن عوامل أما تحل

ع كاالتساخ العضوي البلمري حيث يزداد م األوساخالجسيمي، وهذا بدوره يسرع ويحفز أنواعًا أخرى من األوساخبوجود ،مركبات األكسجينية والجذور الحرةارتفاع درجة الحرارة في المبادالت واحتواء التغذية على الشوائب وخاصة ال

. لورية ينشط آلية االتساخ التآكليبات الكبريتية والكباإلضافة إلى أن وجود المركوتبين أن مردود انتقال الحرارة في المبادالت انخفض بمقدار األوساختم إجراء حساب لكمية الحرارة المتبادلة ولعامل

مرة. وهذا يمثل هدرا في الطاقة وزيادة في كلفة 28بمقدار األوساخمن القيمة التصميمية المعدلة وارتفع عامل 39% التشغيل.

صعوبة مثل هذا اإلجراء وتعقيده، األوساخلقد كشفت الحسابات التي أجريت على المبادالت لحساب عامل ت افالمبادالت تشكل كتلة واحدة ال يمكن عزلها عن بعضها أو فصلها. ولهذا تم بعد دراسة الخصائص الفيزيائية للتيار

ووضع برنامج األوساخوالخصائص التصميمية للمبادالت تبسيط إجراءات حساب كمية الحرارة المتبادلة وعامل لحسابهما بدأ من معطيات القياس األولية الخاصة بالكميات ودرجات الحرارة وتم التعبير عن الخصائص الفيزيائية

مما يسهل أمر إجراء هذه الحسابات والتي هي من أهم أدوات للتيارات بعالقات رياضية متغيرة مع درجة الحرارة. وهذا مراقبة أداء عمل المبادالت.

دون وجود تبين صعوبة إجراء مثل هذه النمذجةتناسب الحالة المدروسة األوساخعند البحث المرجعي عن نماذج ق بعض تلك النماذج تبين من ناحية . وعند محاولة تطبياألوساخث من محاكاة ودراسة حالة وحدة تجريبية تمكن الباح

لحاصل في كل ا فاألوساخابقها والحالة التي يتم دراستها أن هناك صعوبة في ذلك لعدم توفر بعض القياسات ولعدم تطمن ناحية و بطة بعضها مع بعض ال يمكن فصلهامبادل يتأثر بعوامل عديدة ويتم بأكثر من آلية وهذه اآلليات مرت

هداف حد أهم أ الكامنة في التغذية، ولقد كان أ لألوساخسببة بالعوامل الم األوساخج ال تربط عامل أخرى أن هذه النماذة لمنع التوقف البحث إيجاد مثل هذه العالقة كي تمكن المشغل من اتخاذ كافة اإلجراءات واالحتياطات المناسب

. االضطراري

~444 ~

ع م ،األوساخين أن أفضل طريقة لنمذجة نماذج تبوبعد البحث المرجعي في مجال النمذجة واستعراض بعض ال ، هي في استخدام الذكاء الصنعي طريقة الشبكات العصبونية، وذلك نظرا لألوساخالعوامل الكامنة في التغذية المسببة

، والن هذه الطريقة قادرة على إيجاد عالقة ربط ألكثر يات المستمدة من معمل صناعيلتوفر مقدار كبير من المعط موتستطيع توضيح درجة هذه العالقة إن كانت قوية أم ضعيفة وتنفيذها في حال عد األوساخعامل من عوامل من

. وجودها وكل هذا يتم بدقة عاليةوهكذا توصلنا باستخدام الشبكات العصبونية إلى عدة نماذج واحد لكل مبادل تم فيه ربط الشروط التشغيلية للمبادالت

الثالث السائدة في المبادالت هي العدد البرومي األوساختم اختيارها معبرة عن آليات لألوساخة مع أربعة عوامل مسببتدعاء القيم في اس . تراوحت كفاءة هذه النماذجكمية الجسيمات المحمولة بالتغذيةوكمية النتروجين، وكمية الكبريت، و

( بين 5ـ (10( 1ـ 4وبأداء تراوح بين )-0.94 ـ9861.وكفاءتها في إيجاد قيم جديدة أي التعميم بين المدرسة عليها . المعادالت والمحسوب وفق النموذج المحسوب من األوساخقيمة عامل

امنة لكا األوساخفي كل مبادل على ضوء عوامل األوساخبناء على هذه النماذج أصبح باإلمكان التنبؤ بقيمة عامل معرفة أي المبادالت هو األكثر اتساخًا، وأيضا األثر الذي تركه تغير هذا العامل أو ذاك التي تحملها التغذية معها و

في المبادالت. وبذلك تتحسن أدوات ووسائل مراقبة عمل المبادالت وأصبح باإلمكان األوساخعلى األوساخمن عوامل مرار كفيلة بإزالته أو التخفيف منه الستالبحث عن سبب ارتفاعه واتخاذ اإلجراءات ال األوساخعند ارتفاع قيمة عامل

. ما يسببه من خسارة اقتصادية كبيرةالتشغيل اآلمن بأعلى مردود اقتصادي وتجنب التوقف الطارئ و مما تقدم توصلنا الى المقترحات التالية: -

التخفيف من كمية الجسيمات المحمولة مع النفثا وسواها من التيارات باعتماد الترشيح الدقيق ألنها العامل -1وهذا األمر هو على درجة من األهمية بالنسبة لمصفاة مضى على إنشائها ستون األوساخاألول في حدوث

عاما. فة تأثير كل منها على مردود انتقال ضرورة ضبط كافة الشروط التشغيلية الخاصة بعمل المبادالت ومعر -2

.األوساخالحرارة وعلى المقدم في هذه الدراسة لتحسين وسائل األوساخاعتماد البرنامج الخاص بحساب كمية الحرارة المتبادلة وعامل -3

مراقبة مردود انتقال الحرارة في المبادالت. .األوساخاالستفادة من النماذج المقدمة للتنبؤ بقيمة عامل -4 .تشجيع الدراسات والبرامج التي تحسن من أدوات المراقبة والتدخل لتحسين جودة العمل -5 إدخال آلية حسابات الطاقة في العمل الهندسي اليومي. -6 االرتقاء بالعمل الهندسي من مفهوم تشغيل األجهزة الى مفهوم المردود والكفاءة. -7 ي.يالهندسالعمل وأتمتهل نحو حل المشاكدعم البحث العلمي الصناعي المتجه -8

بالتأكيد إن أي بحث علمي يفرز العديد من التساؤالت واألفكار واألبحاث ويتمنى صاحبه لو أكمل هذه الفكرة او توسع وما تحمله من قدرة على إيجاد عالقات دام الشبكات العصبونية في النمذجةان استخ باألخرى أو لعله وفق بما تحقق

سعا إلجراء المزيد من األبحاث وخاصة في مراكز العمل الصناعية، حيث يتوفر مقدار كبير من الربط تفتح الباب وا

~444 ~

المعطيات والقياسات األولية تشكل أدوات مراقبة يومية بسيطة للعمل فيمكن باستخدام تقنية الشبكات العصبونية االرتقاء ت سعى له مراكز البحث العلمي العالمية اليوم، فعالقابها لعالقات ربط متطورة لها دالالتها العلمية الكبيرة ،وهو ما ت

ان وتحسن موثوقية اتخاذ القرارات الفنية فيه ،وهي غاية ملحة ينبغي وأتمتهالربط هذه تساعد على تطوير العمل الفني يتوجه اليها البحث العلمي في بلدنا لربط الجامعة بالمجتمع.

~449 ~

Referencesالمراجع HEAT EXCHANGERS Prepared by Bob Heaslip KESCO For Queens University -1

CHEE 470 – Fall 2007 2- Perry, J.H. & D.W Green, Ed., Chemical Engineers Handbook, 7th Ed., McGraw-Hill

Book Co., Inc (1997.) STANDARDS OF THE TUBULAR EXCHANGER-3

MANUFACTURERS ASSOCIATION EIGHTH EDITION. Coulson & Richardson’s -4

CHEMICAL ENGINEERING VOLUME 6 FOURTH EDITION Chemical Engineering Design R. K. SINNOTT.

. NPTEL – Chemical Engineering – Chemical Engineering Design – II-5 6- Kern, D.Q., Process Heat Transfer, 1st Ed., McGraw-Hill Book Co., Inc, New York, N.Y. (1950).

:صفحات النت والمنتدياتموقع النفط والغاز الطبيعي العربي ... أول موقع عربي متخصص بصناعة النفط والغاز الطبيعي -1

http://www.arab-oil-naturalgas.com/books/b_ref.htm ملتقى التدريب العربي. -2 نتدى المهندسم -3 جداول ومخططات مصافي عدن -4 دكاترة ومهندسي مصافي عدن -5 ملحق للمصافي عدن حساب التكاليف -6 صفحات نت -7