نقش حیاتی مبادلات گرما در آب دریا

منابع آب شیرین جهانی به دلیل رشد جمعیت، صنعتی شدن و تغییرات آب و هوایی تحت فشار بی سابقه ای قرار دارند.فرآیند حذف نمک و مواد معدنی از آب دریا برای تولید آب آشامیدنی، دیگر یک فناوری خاص نیست بلکه یک ضرورت استراتژیک برای مناطق خشک و شهرهای ساحلی در سراسر جهان است. دو خانواده اصلی فناوری عبارتند از:

• ترمیک ترشح:عمدتا MSF و MED که از تغییر فاز (تبخیر و تهویه) ناشی از گرمای تامین شده از خارج استفاده می کنند، به طور معمول از نیروگاه های محلی یا گرمای زباله صنعتی.

• نمک زدایی از غشا:که توسط SWRO که از پمپ های فشار بالا برای فشار دادن آب دریا از طریق غشای نیمه نفوذ پذیر استفاده می کند، و آب را از نمک جدا می کند.

یک چالش مشترک و مهم برای هر دو خانوادهمصرف انرژی، که 30 تا 50 درصد از کل هزینه آب تولید شده را تشکیل می دهد.به حداکثر رساندن بهره وری انرژی از طریق انتقال گرما برتر و بازیابی انرژی تنها مهم ترین هدف برای مهندسین فرآیند استاين جاييه که مبادله گرما صفحه اي نقش مهمش رو ادا ميکنه.

در فرآیندهای حرارتی، PHEs در چندین نقش کلیدی استفاده می شود و اساساً به دلیل عملکرد برتر، مبادلات گرما سنتی پوسته و لوله (S&THX) را جایگزین می کند.

• عملکرد:این نقطه ورودی گرما اصلی است. در نیروگاه های MED، بخار یا آب گرم با فشار پایین از یک منبع خارجی (به عنوان مثال، خروجی توربین) در یک طرف PHE جریان دارد.جریان آب دریا (غذایی) یا آب نمک در جریان دیگر، جذب گرما و افزایش دمای آن به دمای مطلوب بالا نمک (TBT).

• تاثیرات خاص:بهره وری حرارتی بالا PHEs (درجات دمای نزدیک به 1-2 °C) تضمین می کند که حداکثر گرما از محیط گرمایش استخراج می شود.این به طور مستقیم سرعت جریان بخار مورد نیاز برای یک خروجی آب داده شده را کاهش می دهد، کاهش هزینه های عملیاتی و اثر حرارتی نیروگاه.

• عملکرد:در هر اثر (MED) یا مرحله (MSF) ، بخار تولید شده از تبخیر آب دریا باید برای تولید ترشی آب شیرین فشرده شود.این فرآیند تهویه همزمان آب دریا را که وارد مواد غذایی می شود گرم می کند..

• تاثیرات خاص:PHEs به عنوان فشرده کننده های میان اثر / مرحله عمل می کنند. فشرده سازی آنها اجازه می دهد تا یک منطقه انتقال گرما بزرگتر در یک فضای محدود،ترویج چگالی بخار کارآمدتر و گرم کردن پیش از تغذیه موثر.حرکت درجه حرارت- خنک شدن تدریجی بخار تهویه شده به طور کامل با توانایی جریان ضد جریان PHEs مطابقت دارد، به حداکثر رساندن تفاوت دمای متوسط (LMTD) و بازیابی گرما.

• عملکرد:قبل از ورود به بخارگر اصلی یا اثر اول، تغذیه آب دریا با استفاده از گرما بازیافت شده از دمای آب نمک گرم و آب محصول، چندین مرحله از پیش گرم شدن را تجربه می کند.

• تاثیرات خاص:PHEs برای این وظیفه بازیابی متقابل ایده آل هستند. توانایی آنها برای رسیدگی به جریان های متعدد در یک واحد واحد (از طریق تنظیمات چند گذرگاه یا طرح های قاب سفارشی) اجازه می دهدآبشار گرمایی کارآمداین به حداکثر رساندن استفاده مجدد از انرژی حرارتی درجه پایین در سیستم،بهبود چشمگیری نسبت تولید سود (GOR) یک معیارهای کلیدی برای بهره وری ترمیک ترشح محلول که به عنوان جرم ترشح شده تولید شده در هر جرم بخار گرم کننده تعریف می شود.

طراحی خاص PHEs مزایای عملیاتی متمایز را به ارمغان می آورد:

• بهره وری حرارتی بالا و فشرده سازی:صفحه های موج دار حتی در سرعت های پایین، جریان آشفته شدید را ایجاد می کنند، لایه های مرزی را شکسته و حاصل کننده ضریب انتقال گرما 3-5 برابر بیشتر از S&THX است.این اجازه می دهد تا یک اثر پایینی بسیار کوچکتر و استفاده از مواد برای همان وظیفه.

• انعطاف پذیری عملیاتی و مقیاس پذیری:بسته های بشقاب را می توان به راحتی برای بازرسی، تمیز کردن یا تنظیم ظرفیت با اضافه کردن یا برداشتن بشقاب باز کرد.این مدولاریت برای سازگاری با شرایط مختلف تغذیه یا مقیاس تولید ارزشمند است.

• کاهش آلودگی و نگهداری آسان:جریان آشفته باعث به حداقل رساندن آلودگی رسوب می شود. PHEs گاسکت شده می تواند برای تمیز کردن مکانیکی باز شود، در حالی که طرح های پیشرفته جوش یا جوش برای تمیز کردن شیمیایی در محل (CIP) امکان پذیر است.این باعث کاهش زمان توقف و حفظ بهره وری طراحی می شود.

• درجه حرارت نزدیک:توانایی دستیابی به درجه حرارت 1-2 ° C برای به حداکثر رساندن بازیابی گرما در قطار پیش گرم کننده بسیار مهم است و به طور مستقیم کارایی ترمودینامیک کلی کارخانه را افزایش می دهد.

• حجم کم مایع:این امر منجر به زمان های سریع تر راه اندازی و پاسخ سریع تر به تغییرات بار می شود و عملکرد کارخانه را بهبود می بخشد.

در حالی که SWRO به جای گرما توسط فشار هدایت می شود، PHEs دو نقش مهم را بازی می کنند:

این احتمالا مهمترین نوآوری در بهره وری SWRO در دو دهه گذشته است.

• عملکرد:پس از عبور از غشای RO ، ~ 55-60٪ از آب تغذیه تحت فشار نفوذ می کند (آب شیرین).هنوز هم در یک فشار فقط کمی کمتر از فشار تغذیه (eبه طور سنتی، این انرژی از طریق یک شیر گاز هدر می رفت.

• تاثیرات خاص:بر اساس PHEمبدل فشار (PX)دستگاه هایی مانند دستگاه های تجاری شده توسط Energy Recovery Inc. از یک طراحی اتاق ایزوباریک ثبت شده استفاده می کنند.آنها به طور مستقیم فشار هیدرولیکی را از جریان آب نمک با فشار بالا به بخشی از آب دریا با فشار پایین با کارایی قابل توجهی (> 96٪) منتقل می کننداین دو جریان هرگز مخلوط نمی شوند. جریان تغذیه در حال حاضر تحت فشار به فشار غشا نهایی توسط یک پمپ گردش کوچک تر و با قدرت کمتر افزایش می یابد.این فناوری مصرف انرژی یک کارخانه SWRO بزرگ را تا 60٪ کاهش می دهد، که PHEs را سنگ بنای طراحی SWRO کم مصرف می کند.

• عملکرد:در مناطق با اکوسیستم های دریایی حساس، دمای تخلیه آب نمک برای به حداقل رساندن آلودگی حرارتی تنظیم می شود.آب محصول ممکن است قبل از ورود به شبکه توزیع نیاز به خنک شدن داشته باشد..

• تاثیرات خاص:PHEs به طور موثر سرد کردن آب نمک گرم (که از پمپ های فشار بالا درجه حرارت را افزایش می دهد) با استفاده از آب سرد دریایی وارد می شود.این تاثیرات زیست محیطی را کاهش می دهد و همچنین می تواند عملکرد غشا RO را با کاهش دمای تغذیه (کاهش لزگی) کمی بهبود بخشد..

آب دریا یک محیط بسیار خوردنی و کثیف است. موفقیت PHEs در تخلیه نمک توسط مواد پیشرفته پشتیبانی می شود:

• صفحه:فولاد ضد زنگ 316L برای وظایف کمتر تهاجمی رایج است. برای کاربردهای داغتر و بیشتر نمک، درجه هایی مانند 254 SMO (سپر آستنیتیک) ، تیتانیوم (درجه 1 یا 2) و آلیاژ های نیکل (به عنوان مثال، آلیاژ 254،آلیاژ C-276) به دلیل مقاومت استثنایی خود در برابر خوردگی حفره و شکاف استفاده می شود، مخصوصاً از کلوريدها

• بسته بندی:برای PHEs گاسکت شده، استالومرها مانند EPDM (برای آب گرم) ، نیتریل، و پلیمرهای پیشرفته مانند طرح های PTFE پوشانده شده برای سازگاری با درجه حرارت، فشار،و شیمی آب دریا.

• انواع طراحی:فراتر از PHEs بسته شده،PHEs بریز شده (BHE)وPHEs کاملاً جوشکاری شده (WHEs)استفاده می شود برای وظایف فشار بالا / دمای بالا (مانند حلقه های تقویت کننده ERD) یا جایی که سازگاری گاسکت یک نگرانی است، ارائه عملکرد قوی و ضد نشت.

مبدل حرارتی صفحه تنها یک قطعه در یک نیروگاه شورش نیست بلکه یک عامل اساسی برای قابلیت اقتصادی و زیست محیطی آن است.ویژگی های برتر انتقال گرما و انعطاف پذیری آن باعث افزایش نسبت خروجی می شوددر SWRO مبتنی بر غشا، تجسم آن در دستگاه های بازیابی انرژی ایزوباریک وظیفه حیاتی بازپس گیری انرژی هیدرولیک را انجام می دهد،کاهش مصرف برق ٬ بزرگترین هزینه عملیاتی ٬ به سطوح پایین بی سابقه.

تکامل مداوم PHEs با استفاده از هندسه های پیشرفته صفحه برای افزایش آشفتگی، مواد مقاوم در برابر خوردگی برتر،و طرح های جوش قوی ادامه می دهد تا مرزهای عملکرد ترشح را گسترش دهدبا افزایش تقاضای جهانی برای آب شیرین، نقش مبادله گرما صفحه در ایجاد ترشحات پایدارتر، مقرون به صرفه تر و کارآمدتر خواهد شد.وظيفه خاصش روشن است: به عنوان سیستم عصبی مرکزی برای انتقال و بازیابی انرژی عمل می کند، اطمینان حاصل می کند که هر ژول ممکن از انرژی حرارتی یا هیدرولیکی در تولید آب خالص از دریا استفاده می شود.