نیروگاههای برقآبی منبع انرژی مهم و تجدیدپذیری هستند که نقش مهمی در ترکیب انرژی جهانی ایفا میکنند. نیروگاههای برقآبی انرژی آب جاری یا در حال سقوط را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. در طول عملکرد نیروگاههای برقآبی، اجزای مختلفی گرما تولید میکنند و مدیریت کارآمد گرما برای اطمینان از عملکرد پایدار و قابل اطمینان ضروری است. مبدلهای حرارتی صفحهای به دلیل ویژگیهای منحصربهفردشان به عنوان یک انتخاب محبوب برای کاربردهای انتقال حرارت در نیروگاههای برقآبی ظاهر شدهاند.
یک مبدل حرارتی صفحهای از یک سری صفحات فلزی نازک و موجدار تشکیل شده است که روی هم چیده شدهاند. این صفحات توسط واشرها از هم جدا شدهاند تا کانالهای متناوبی برای سیالات گرم و سرد ایجاد کنند. هنگامی که سیال گرم (مانند آب گرم یا روغن) و سیال سرد (معمولاً آب خنککننده) از کانالهای مربوطه خود عبور میکنند، گرما از سیال گرم به سیال سرد در سراسر دیوارههای نازک صفحه منتقل میشود. طراحی موجدار صفحات، سطح موجود برای انتقال حرارت را افزایش میدهد و باعث ایجاد تلاطم در جریان سیال میشود و راندمان انتقال حرارت را افزایش میدهد.
از نظر ریاضی، نرخ انتقال حرارت (Q) در یک مبدل حرارتی صفحهای را میتوان با فرمول زیر توصیف کرد:
Q=U*A*δTlm
که در آن (U) ضریب انتقال حرارت کلی، (A) سطح انتقال حرارت و δTlm میانگین لگاریتمی اختلاف دما بین سیالات گرم و سرد است. ساختار منحصربهفرد مبدل حرارتی صفحهای به مقدار نسبتاً بالای (U) کمک میکند و امکان انتقال حرارت کارآمد را فراهم میکند..
توربین در یک نیروگاه برقآبی یک جزء حیاتی است. روغن روانکننده که برای روانکاری یاتاقانهای توربین و سایر قطعات متحرک استفاده میشود، میتواند در حین کار به دلیل اصطکاک گرم شود. دمای بالا میتواند خواص روانکاری روغن را کاهش دهد و باعث آسیب به اجزای توربین شود. مبدلهای حرارتی صفحهای برای خنککردن روغن روانکننده استفاده میشوند. روغن روانکننده داغ از یک طرف مبدل حرارتی صفحهای عبور میکند، در حالی که آب خنککننده از یک منبع مناسب (مانند رودخانه، دریاچه یا برج خنککننده) از طرف دیگر عبور میکند. گرما از روغن داغ به آب خنککننده منتقل میشود و دمای روغن روانکننده را کاهش میدهد و عملکرد صحیح آن را تضمین میکند.
به عنوان مثال، در یک نیروگاه برقآبی در مقیاس بزرگ با یک توربین پرقدرت، ممکن است یک مبدل حرارتی صفحهای با سطح انتقال حرارت بزرگ نصب شود. دبی آب خنککننده را میتوان با توجه به دمای روغن روانکننده تنظیم کرد تا دمای روغن را در محدوده بهینه، معمولاً حدود 40 تا 50 درجه سانتیگراد، حفظ کند. این به افزایش عمر مفید توربین و بهبود راندمان کلی فرآیند تولید برق کمک میکند.
ژنراتورها در نیروگاههای برقآبی مقدار قابل توجهی گرما در حین کار تولید میکنند. برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و اطمینان از عملکرد پایدار ژنراتور، خنکسازی مؤثر ضروری است. مبدلهای حرارتی صفحهای را میتوان در سیستمهای خنککننده ژنراتور استفاده کرد. در برخی موارد، ژنراتورهای خنکشونده با آب استفاده میشوند، جایی که خنککننده داغ (معمولاً آب دیونیزه) که گرما را از اجزای ژنراتور جذب کرده است، از طریق مبدل حرارتی صفحهای جریان مییابد. آب سرد از یک منبع خارجی (مانند مدار آب خنککننده) گرما را با خنککننده داغ تبادل میکند و آن را خنک میکند تا بتواند دوباره به ژنراتور بازگردانده شود تا جذب گرمای بیشتری داشته باشد.
علاوه بر ژنراتورهای خنکشونده با آب، ژنراتورهای خنکشونده با هیدروژن نیز وجود دارند. اگرچه هیدروژن دارای خواص انتقال حرارت عالی است، اما مبدلهای حرارتی صفحهای همچنان میتوانند در سیستم خنککننده هیدروژن استفاده شوند. به عنوان مثال، برای خنککردن گاز هیدروژن پس از جذب گرما از ژنراتور، میتوان از یک مبدل حرارتی صفحهای استفاده کرد. سیال سرد (مانند آب یا مبرد) در مبدل حرارتی، گاز هیدروژن داغ را خنک میکند و دمای مناسب هیدروژن را حفظ میکند و عملکرد کارآمد ژنراتور را تضمین میکند.
در توربینهای برقآبی، از آب آببندی برای جلوگیری از نشت آب از رانر توربین استفاده میشود. آب آببندی میتواند در حین کار گرم شود و دمای بالای آن میتواند بر عملکرد آببندی تأثیر بگذارد. مبدلهای حرارتی صفحهای برای خنککردن آب آببندی نصب میشوند. آب آببندی داغ از یک طرف مبدل حرارتی عبور میکند و آب سرد از یک منبع خنککننده با آن تبادل حرارت میکند. با حفظ آب آببندی در دمای مناسب، یکپارچگی آببندی حفظ میشود، خطر نشت آب کاهش مییابد و راندمان عملکرد توربین بهبود مییابد.
نیروگاههای برقآبی دارای انواع مختلفی از تجهیزات کمکی مانند ترانسفورماتورها، پمپها و کمپرسورها هستند. این اجزا نیز در حین کار گرما تولید میکنند و نیاز به خنکسازی دارند. مبدلهای حرارتی صفحهای را میتوان برای خنککردن روغن روانکننده یا آب خنککننده این دستگاههای کمکی استفاده کرد. به عنوان مثال، در یک ترانسفورماتور، روغن عایق میتواند به دلیل تلفات در هسته و سیمپیچهای ترانسفورماتور گرم شود. از یک مبدل حرارتی صفحهای میتوان برای خنککردن روغن عایق استفاده کرد و از عملکرد ایمن و پایدار ترانسفورماتور اطمینان حاصل کرد. به طور مشابه، برای پمپها و کمپرسورها، مبدلهای حرارتی صفحهای میتوانند روغن روانکننده یا سیال فرآیند آنها را خنک کنند و قابلیت اطمینان و طول عمر این تجهیزات کمکی را افزایش دهند.
همانطور که قبلاً ذکر شد، طراحی صفحه موجدار مبدلهای حرارتی صفحهای، سطح انتقال حرارت زیادی را فراهم میکند. تلاطم ایجاد شده توسط موجدارها نیز ضریب انتقال حرارت را بهبود میبخشد. در مقایسه با مبدلهای حرارتی سنتی پوسته و لوله، مبدلهای حرارتی صفحهای میتوانند به نرخهای انتقال حرارت بسیار بالاتری دست یابند. در یک نیروگاه برقآبی، این راندمان بالا به این معنی است که برای دستیابی به همان سطح اتلاف گرما، به آب خنککننده کمتری نیاز است و مصرف آب و انرژی مورد نیاز برای پمپاژ آب خنککننده را کاهش میدهد.
به عنوان مثال، در یک کاربرد خنککننده ژنراتور، یک مبدل حرارتی صفحهای میتواند گرما را با ضریب انتقال حرارت کلی در محدوده 2000 تا 5000 وات بر متر مربع در کلوین منتقل کند، در حالی که یک مبدل حرارتی پوسته و لوله ممکن است ضریبی بین 1000 تا 2000 وات بر متر مربع در کلوین داشته باشد. این راندمان بالاتر، امکان ایجاد یک سیستم خنککننده فشردهتر و کممصرفتر را در نیروگاه برقآبی فراهم میکند.
مبدلهای حرارتی صفحهای بسیار فشردهتر از بسیاری از انواع دیگر مبدلهای حرارتی هستند. ساختار صفحه روی هم چیده شده فضای بسیار کمتری را اشغال میکند. در یک نیروگاه برقآبی، جایی که فضا ممکن است محدود باشد، به ویژه در مناطقی با آرایش تجهیزات پیچیده، طراحی فشرده مبدلهای حرارتی صفحهای بسیار مفید است. آنها را میتوان به راحتی در فضاهای تنگ نصب کرد و ردپای کلی سیستم خنککننده را کاهش داد.
به عنوان مثال، هنگام بازسازی یک نیروگاه برقآبی موجود برای بهبود ظرفیت خنککننده آن، ماهیت فشرده مبدلهای حرارتی صفحهای امکان افزودن واحدهای تبادل حرارت جدید را بدون تغییرات اساسی در زیرساختهای موجود فراهم میکند و در زمان و هزینه صرفهجویی میکند.
طراحی مدولار مبدلهای حرارتی صفحهای، نگهداری آنها را نسبتاً آسان میکند. صفحات را میتوان به راحتی برای تمیز کردن یا تعویض در دسترس قرار داد و حذف کرد. در محیط نیروگاه برقآبی، جایی که آب خنککننده ممکن است حاوی ناخالصیهایی باشد که میتواند باعث رسوب در سطوح انتقال حرارت شود، توانایی تمیز کردن سریع صفحات بسیار مهم است. اگر یک واشر خراب شود یا یک صفحه آسیب ببیند، میتوان آن را به صورت جداگانه تعویض کرد و زمان خرابی تجهیزات را به حداقل رساند.
نگهداری منظم مبدلهای حرارتی صفحهای در نیروگاههای برقآبی معمولاً شامل بازرسی بصری صفحات برای علائم خوردگی یا رسوب، بررسی یکپارچگی واشرها و تمیز کردن صفحات با استفاده از مواد تمیزکننده مناسب است. این نگهداری آسان به اطمینان از عملکرد قابل اطمینان طولانیمدت مبدلهای حرارتی و نیروگاه برقآبی کلی کمک میکند.
اگرچه هزینه اولیه یک مبدل حرارتی صفحهای ممکن است کمی بیشتر از برخی از انواع مبدلهای حرارتی پایه باشد، اما مقرون به صرفه بودن بلندمدت آنها مشهود است. راندمان بالای انتقال حرارت آنها، مصرف انرژی مرتبط با خنکسازی را کاهش میدهد و در نتیجه هزینههای عملیاتی کمتری دارد. طراحی فشرده همچنین هزینههای نصب را کاهش میدهد، زیرا فضای کمتری برای نصب آنها مورد نیاز است. علاوه بر این، نگهداری آسان و عمر طولانی مبدلهای حرارتی صفحهای به صرفهجویی کلی در هزینهها در عملکرد یک نیروگاه برقآبی کمک میکند.
رسوب یک مشکل رایج در مبدلهای حرارتی است و نیروگاههای برقآبی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. آب خنککننده مورد استفاده در نیروگاههای برقآبی ممکن است حاوی جامدات معلق، میکروارگانیسمها و سایر ناخالصیها باشد. این مواد میتوانند روی سطوح انتقال حرارت مبدل حرارتی صفحهای رسوب کنند و راندمان انتقال حرارت را کاهش دهند. برای رفع این مشکل، پیشتصفیه آب خنککننده ضروری است. میتوان سیستمهای فیلتراسیون را برای حذف جامدات معلق نصب کرد و از تصفیه شیمیایی برای کنترل رشد میکروارگانیسمها استفاده کرد.
علاوه بر این، تمیز کردن منظم مبدل حرارتی صفحهای ضروری است. میتوان از روشهای تمیز کردن مکانیکی، مانند استفاده از برس یا جتهای آب پرفشار، برای حذف رسوبات از سطوح صفحه استفاده کرد. همچنین میتوان از مواد تمیزکننده شیمیایی استفاده کرد، اما باید مراقب بود که به صفحات یا واشرها آسیب نرسانند.
آب خنککننده در نیروگاههای برقآبی ممکن است درجه خاصی از خوردگی داشته باشد، به خصوص اگر حاوی نمکها یا اسیدهای محلول باشد. خوردگی میتواند با گذشت زمان به مبدل حرارتی صفحهای آسیب برساند و طول عمر و عملکرد آن را کاهش دهد. برای جلوگیری از خوردگی، مواد مبدل حرارتی صفحهای با دقت انتخاب میشوند. صفحات فولادی ضد زنگ معمولاً به دلیل مقاومت در برابر خوردگی خوبشان استفاده میشوند. در برخی موارد، ممکن است از مواد مقاوم در برابر خوردگی بیشتر مانند تیتانیوم استفاده شود، به خصوص زمانی که آب خنککننده بسیار خورنده باشد.
همچنین میتوان پوششهایی را روی سطوح صفحه اعمال کرد تا یک لایه محافظتی اضافی در برابر خوردگی ایجاد شود. میتوان سیستمهای حفاظت کاتدی را در مدار آب خنککننده نصب کرد تا خطر خوردگی را بیشتر کاهش داد. نظارت منظم بر سرعت خوردگی مبدل حرارتی صفحهای برای تشخیص هرگونه علائم اولیه خوردگی و اتخاذ اقدامات مناسب مهم است.
جریان سیالات از طریق یک مبدل حرارتی صفحهای باعث افت فشار میشود. در یک نیروگاه برقآبی، اگر افت فشار خیلی زیاد باشد، میتواند مصرف انرژی پمپهای مورد استفاده برای گردش سیالات را افزایش دهد. برای بهینهسازی افت فشار، طراحی مبدل حرارتی صفحهای باید با دقت در نظر گرفته شود. الگوی موجدار صفحات، تعداد صفحات و آرایش جریان (جریان موازی یا متقابل) همگی میتوانند بر افت فشار تأثیر بگذارند.
شبیهسازیهای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) را میتوان در مرحله طراحی برای پیشبینی افت فشار و بهینهسازی پارامترهای طراحی استفاده کرد. در حین کار، دبی سیالات گرم و سرد را میتوان برای متعادل کردن عملکرد انتقال حرارت و افت فشار تنظیم کرد. در صورت لزوم، میتوان پمپهای اضافی را برای جبران افت فشار نصب کرد، اما این کار باید با در نظر گرفتن راندمان کلی انرژی سیستم انجام شود.
مبدلهای حرارتی صفحهای طیف گستردهای از کاربردها را در نیروگاههای برقآبی دارند و مزایای متعددی مانند راندمان بالای انتقال حرارت، طراحی فشرده، نگهداری آسان و مقرون به صرفه بودن را ارائه میدهند. آنها نقش حیاتی در خنککردن اجزای مختلف در نیروگاههای برقآبی ایفا میکنند و عملکرد پایدار و کارآمد فرآیند تولید برق را تضمین میکنند. با این حال، چالشهایی مانند رسوب، خوردگی و افت فشار باید از طریق طراحی مناسب، تصفیه آب و استراتژیهای نگهداری برطرف شوند. با پیشرفتهای مداوم در فناوری مبدل حرارتی و افزایش تقاضا برای انرژی پاک و کارآمد، انتظار میرود مبدلهای حرارتی صفحهای همچنان نقش مهمی در توسعه و بهرهبرداری از نیروگاههای برقآبی در آینده ایفا کنند.
نیروگاههای برقآبی منبع انرژی مهم و تجدیدپذیری هستند که نقش مهمی در ترکیب انرژی جهانی ایفا میکنند. نیروگاههای برقآبی انرژی آب جاری یا در حال سقوط را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. در طول عملکرد نیروگاههای برقآبی، اجزای مختلفی گرما تولید میکنند و مدیریت کارآمد گرما برای اطمینان از عملکرد پایدار و قابل اطمینان ضروری است. مبدلهای حرارتی صفحهای به دلیل ویژگیهای منحصربهفردشان به عنوان یک انتخاب محبوب برای کاربردهای انتقال حرارت در نیروگاههای برقآبی ظاهر شدهاند.
یک مبدل حرارتی صفحهای از یک سری صفحات فلزی نازک و موجدار تشکیل شده است که روی هم چیده شدهاند. این صفحات توسط واشرها از هم جدا شدهاند تا کانالهای متناوبی برای سیالات گرم و سرد ایجاد کنند. هنگامی که سیال گرم (مانند آب گرم یا روغن) و سیال سرد (معمولاً آب خنککننده) از کانالهای مربوطه خود عبور میکنند، گرما از سیال گرم به سیال سرد در سراسر دیوارههای نازک صفحه منتقل میشود. طراحی موجدار صفحات، سطح موجود برای انتقال حرارت را افزایش میدهد و باعث ایجاد تلاطم در جریان سیال میشود و راندمان انتقال حرارت را افزایش میدهد.
از نظر ریاضی، نرخ انتقال حرارت (Q) در یک مبدل حرارتی صفحهای را میتوان با فرمول زیر توصیف کرد:
Q=U*A*δTlm
که در آن (U) ضریب انتقال حرارت کلی، (A) سطح انتقال حرارت و δTlm میانگین لگاریتمی اختلاف دما بین سیالات گرم و سرد است. ساختار منحصربهفرد مبدل حرارتی صفحهای به مقدار نسبتاً بالای (U) کمک میکند و امکان انتقال حرارت کارآمد را فراهم میکند..
توربین در یک نیروگاه برقآبی یک جزء حیاتی است. روغن روانکننده که برای روانکاری یاتاقانهای توربین و سایر قطعات متحرک استفاده میشود، میتواند در حین کار به دلیل اصطکاک گرم شود. دمای بالا میتواند خواص روانکاری روغن را کاهش دهد و باعث آسیب به اجزای توربین شود. مبدلهای حرارتی صفحهای برای خنککردن روغن روانکننده استفاده میشوند. روغن روانکننده داغ از یک طرف مبدل حرارتی صفحهای عبور میکند، در حالی که آب خنککننده از یک منبع مناسب (مانند رودخانه، دریاچه یا برج خنککننده) از طرف دیگر عبور میکند. گرما از روغن داغ به آب خنککننده منتقل میشود و دمای روغن روانکننده را کاهش میدهد و عملکرد صحیح آن را تضمین میکند.
به عنوان مثال، در یک نیروگاه برقآبی در مقیاس بزرگ با یک توربین پرقدرت، ممکن است یک مبدل حرارتی صفحهای با سطح انتقال حرارت بزرگ نصب شود. دبی آب خنککننده را میتوان با توجه به دمای روغن روانکننده تنظیم کرد تا دمای روغن را در محدوده بهینه، معمولاً حدود 40 تا 50 درجه سانتیگراد، حفظ کند. این به افزایش عمر مفید توربین و بهبود راندمان کلی فرآیند تولید برق کمک میکند.
ژنراتورها در نیروگاههای برقآبی مقدار قابل توجهی گرما در حین کار تولید میکنند. برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و اطمینان از عملکرد پایدار ژنراتور، خنکسازی مؤثر ضروری است. مبدلهای حرارتی صفحهای را میتوان در سیستمهای خنککننده ژنراتور استفاده کرد. در برخی موارد، ژنراتورهای خنکشونده با آب استفاده میشوند، جایی که خنککننده داغ (معمولاً آب دیونیزه) که گرما را از اجزای ژنراتور جذب کرده است، از طریق مبدل حرارتی صفحهای جریان مییابد. آب سرد از یک منبع خارجی (مانند مدار آب خنککننده) گرما را با خنککننده داغ تبادل میکند و آن را خنک میکند تا بتواند دوباره به ژنراتور بازگردانده شود تا جذب گرمای بیشتری داشته باشد.
علاوه بر ژنراتورهای خنکشونده با آب، ژنراتورهای خنکشونده با هیدروژن نیز وجود دارند. اگرچه هیدروژن دارای خواص انتقال حرارت عالی است، اما مبدلهای حرارتی صفحهای همچنان میتوانند در سیستم خنککننده هیدروژن استفاده شوند. به عنوان مثال، برای خنککردن گاز هیدروژن پس از جذب گرما از ژنراتور، میتوان از یک مبدل حرارتی صفحهای استفاده کرد. سیال سرد (مانند آب یا مبرد) در مبدل حرارتی، گاز هیدروژن داغ را خنک میکند و دمای مناسب هیدروژن را حفظ میکند و عملکرد کارآمد ژنراتور را تضمین میکند.
در توربینهای برقآبی، از آب آببندی برای جلوگیری از نشت آب از رانر توربین استفاده میشود. آب آببندی میتواند در حین کار گرم شود و دمای بالای آن میتواند بر عملکرد آببندی تأثیر بگذارد. مبدلهای حرارتی صفحهای برای خنککردن آب آببندی نصب میشوند. آب آببندی داغ از یک طرف مبدل حرارتی عبور میکند و آب سرد از یک منبع خنککننده با آن تبادل حرارت میکند. با حفظ آب آببندی در دمای مناسب، یکپارچگی آببندی حفظ میشود، خطر نشت آب کاهش مییابد و راندمان عملکرد توربین بهبود مییابد.
نیروگاههای برقآبی دارای انواع مختلفی از تجهیزات کمکی مانند ترانسفورماتورها، پمپها و کمپرسورها هستند. این اجزا نیز در حین کار گرما تولید میکنند و نیاز به خنکسازی دارند. مبدلهای حرارتی صفحهای را میتوان برای خنککردن روغن روانکننده یا آب خنککننده این دستگاههای کمکی استفاده کرد. به عنوان مثال، در یک ترانسفورماتور، روغن عایق میتواند به دلیل تلفات در هسته و سیمپیچهای ترانسفورماتور گرم شود. از یک مبدل حرارتی صفحهای میتوان برای خنککردن روغن عایق استفاده کرد و از عملکرد ایمن و پایدار ترانسفورماتور اطمینان حاصل کرد. به طور مشابه، برای پمپها و کمپرسورها، مبدلهای حرارتی صفحهای میتوانند روغن روانکننده یا سیال فرآیند آنها را خنک کنند و قابلیت اطمینان و طول عمر این تجهیزات کمکی را افزایش دهند.
همانطور که قبلاً ذکر شد، طراحی صفحه موجدار مبدلهای حرارتی صفحهای، سطح انتقال حرارت زیادی را فراهم میکند. تلاطم ایجاد شده توسط موجدارها نیز ضریب انتقال حرارت را بهبود میبخشد. در مقایسه با مبدلهای حرارتی سنتی پوسته و لوله، مبدلهای حرارتی صفحهای میتوانند به نرخهای انتقال حرارت بسیار بالاتری دست یابند. در یک نیروگاه برقآبی، این راندمان بالا به این معنی است که برای دستیابی به همان سطح اتلاف گرما، به آب خنککننده کمتری نیاز است و مصرف آب و انرژی مورد نیاز برای پمپاژ آب خنککننده را کاهش میدهد.
به عنوان مثال، در یک کاربرد خنککننده ژنراتور، یک مبدل حرارتی صفحهای میتواند گرما را با ضریب انتقال حرارت کلی در محدوده 2000 تا 5000 وات بر متر مربع در کلوین منتقل کند، در حالی که یک مبدل حرارتی پوسته و لوله ممکن است ضریبی بین 1000 تا 2000 وات بر متر مربع در کلوین داشته باشد. این راندمان بالاتر، امکان ایجاد یک سیستم خنککننده فشردهتر و کممصرفتر را در نیروگاه برقآبی فراهم میکند.
مبدلهای حرارتی صفحهای بسیار فشردهتر از بسیاری از انواع دیگر مبدلهای حرارتی هستند. ساختار صفحه روی هم چیده شده فضای بسیار کمتری را اشغال میکند. در یک نیروگاه برقآبی، جایی که فضا ممکن است محدود باشد، به ویژه در مناطقی با آرایش تجهیزات پیچیده، طراحی فشرده مبدلهای حرارتی صفحهای بسیار مفید است. آنها را میتوان به راحتی در فضاهای تنگ نصب کرد و ردپای کلی سیستم خنککننده را کاهش داد.
به عنوان مثال، هنگام بازسازی یک نیروگاه برقآبی موجود برای بهبود ظرفیت خنککننده آن، ماهیت فشرده مبدلهای حرارتی صفحهای امکان افزودن واحدهای تبادل حرارت جدید را بدون تغییرات اساسی در زیرساختهای موجود فراهم میکند و در زمان و هزینه صرفهجویی میکند.
طراحی مدولار مبدلهای حرارتی صفحهای، نگهداری آنها را نسبتاً آسان میکند. صفحات را میتوان به راحتی برای تمیز کردن یا تعویض در دسترس قرار داد و حذف کرد. در محیط نیروگاه برقآبی، جایی که آب خنککننده ممکن است حاوی ناخالصیهایی باشد که میتواند باعث رسوب در سطوح انتقال حرارت شود، توانایی تمیز کردن سریع صفحات بسیار مهم است. اگر یک واشر خراب شود یا یک صفحه آسیب ببیند، میتوان آن را به صورت جداگانه تعویض کرد و زمان خرابی تجهیزات را به حداقل رساند.
نگهداری منظم مبدلهای حرارتی صفحهای در نیروگاههای برقآبی معمولاً شامل بازرسی بصری صفحات برای علائم خوردگی یا رسوب، بررسی یکپارچگی واشرها و تمیز کردن صفحات با استفاده از مواد تمیزکننده مناسب است. این نگهداری آسان به اطمینان از عملکرد قابل اطمینان طولانیمدت مبدلهای حرارتی و نیروگاه برقآبی کلی کمک میکند.
اگرچه هزینه اولیه یک مبدل حرارتی صفحهای ممکن است کمی بیشتر از برخی از انواع مبدلهای حرارتی پایه باشد، اما مقرون به صرفه بودن بلندمدت آنها مشهود است. راندمان بالای انتقال حرارت آنها، مصرف انرژی مرتبط با خنکسازی را کاهش میدهد و در نتیجه هزینههای عملیاتی کمتری دارد. طراحی فشرده همچنین هزینههای نصب را کاهش میدهد، زیرا فضای کمتری برای نصب آنها مورد نیاز است. علاوه بر این، نگهداری آسان و عمر طولانی مبدلهای حرارتی صفحهای به صرفهجویی کلی در هزینهها در عملکرد یک نیروگاه برقآبی کمک میکند.
رسوب یک مشکل رایج در مبدلهای حرارتی است و نیروگاههای برقآبی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. آب خنککننده مورد استفاده در نیروگاههای برقآبی ممکن است حاوی جامدات معلق، میکروارگانیسمها و سایر ناخالصیها باشد. این مواد میتوانند روی سطوح انتقال حرارت مبدل حرارتی صفحهای رسوب کنند و راندمان انتقال حرارت را کاهش دهند. برای رفع این مشکل، پیشتصفیه آب خنککننده ضروری است. میتوان سیستمهای فیلتراسیون را برای حذف جامدات معلق نصب کرد و از تصفیه شیمیایی برای کنترل رشد میکروارگانیسمها استفاده کرد.
علاوه بر این، تمیز کردن منظم مبدل حرارتی صفحهای ضروری است. میتوان از روشهای تمیز کردن مکانیکی، مانند استفاده از برس یا جتهای آب پرفشار، برای حذف رسوبات از سطوح صفحه استفاده کرد. همچنین میتوان از مواد تمیزکننده شیمیایی استفاده کرد، اما باید مراقب بود که به صفحات یا واشرها آسیب نرسانند.
آب خنککننده در نیروگاههای برقآبی ممکن است درجه خاصی از خوردگی داشته باشد، به خصوص اگر حاوی نمکها یا اسیدهای محلول باشد. خوردگی میتواند با گذشت زمان به مبدل حرارتی صفحهای آسیب برساند و طول عمر و عملکرد آن را کاهش دهد. برای جلوگیری از خوردگی، مواد مبدل حرارتی صفحهای با دقت انتخاب میشوند. صفحات فولادی ضد زنگ معمولاً به دلیل مقاومت در برابر خوردگی خوبشان استفاده میشوند. در برخی موارد، ممکن است از مواد مقاوم در برابر خوردگی بیشتر مانند تیتانیوم استفاده شود، به خصوص زمانی که آب خنککننده بسیار خورنده باشد.
همچنین میتوان پوششهایی را روی سطوح صفحه اعمال کرد تا یک لایه محافظتی اضافی در برابر خوردگی ایجاد شود. میتوان سیستمهای حفاظت کاتدی را در مدار آب خنککننده نصب کرد تا خطر خوردگی را بیشتر کاهش داد. نظارت منظم بر سرعت خوردگی مبدل حرارتی صفحهای برای تشخیص هرگونه علائم اولیه خوردگی و اتخاذ اقدامات مناسب مهم است.
جریان سیالات از طریق یک مبدل حرارتی صفحهای باعث افت فشار میشود. در یک نیروگاه برقآبی، اگر افت فشار خیلی زیاد باشد، میتواند مصرف انرژی پمپهای مورد استفاده برای گردش سیالات را افزایش دهد. برای بهینهسازی افت فشار، طراحی مبدل حرارتی صفحهای باید با دقت در نظر گرفته شود. الگوی موجدار صفحات، تعداد صفحات و آرایش جریان (جریان موازی یا متقابل) همگی میتوانند بر افت فشار تأثیر بگذارند.
شبیهسازیهای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) را میتوان در مرحله طراحی برای پیشبینی افت فشار و بهینهسازی پارامترهای طراحی استفاده کرد. در حین کار، دبی سیالات گرم و سرد را میتوان برای متعادل کردن عملکرد انتقال حرارت و افت فشار تنظیم کرد. در صورت لزوم، میتوان پمپهای اضافی را برای جبران افت فشار نصب کرد، اما این کار باید با در نظر گرفتن راندمان کلی انرژی سیستم انجام شود.
مبدلهای حرارتی صفحهای طیف گستردهای از کاربردها را در نیروگاههای برقآبی دارند و مزایای متعددی مانند راندمان بالای انتقال حرارت، طراحی فشرده، نگهداری آسان و مقرون به صرفه بودن را ارائه میدهند. آنها نقش حیاتی در خنککردن اجزای مختلف در نیروگاههای برقآبی ایفا میکنند و عملکرد پایدار و کارآمد فرآیند تولید برق را تضمین میکنند. با این حال، چالشهایی مانند رسوب، خوردگی و افت فشار باید از طریق طراحی مناسب، تصفیه آب و استراتژیهای نگهداری برطرف شوند. با پیشرفتهای مداوم در فناوری مبدل حرارتی و افزایش تقاضا برای انرژی پاک و کارآمد، انتظار میرود مبدلهای حرارتی صفحهای همچنان نقش مهمی در توسعه و بهرهبرداری از نیروگاههای برقآبی در آینده ایفا کنند.