تعریف ایرکولر (کولر هوایی) صنعتی
ایرکولر یا کولر هوایی دستگاه‌هایی هستند که با استفاده از جریان هوای محیط، گرمای سیال را کاهش می‌دهند. برخلاف مبدل‌های آبی، این ایرکولر نیازی به آب خنک‌کننده ندارد و در محیط‌هایی با محدودیت منابع آبی یا هزینه‌های بالای نگهداری، بسیار مقرون‌به‌صرفه است. کولرهوایی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد و نیروگاهی برای خنک‌سازی مستقیم سیالات فرآیندی استفاده میشوند.
انواع ایرکولر (کولر هوایی)
بر اساس طراحی مکانیکی و نحوه جریان هوا، ایرکولرها به چند دسته تقسیم میشوند:
- ایرکولر افقی: در این نوع کولر هوایی، فن‌ها در زیر یا بالای باندل نصب میشوند؛ مناسب برای نصب روی سازه‌های فلزی و فضاهای محدود. بسته به محل قرار گیری فن (بالا یا پایین باندل) خود به دو نوع Forced Draft و Induced Draft تقسیم میشوند.
- ایرکولر عمودی: کولر هوایی عمودی، جریان هوا به‌صورت طبیعی یا با فن‌های عمودی باعث ایجاد تبادل حرارت میشوند. مناسب برای محیط‌های باز با تهویه طبیعی.
- ایرکولر V شکل: طراحی این کولر هوایی به صورت فشرده با دو باندل زاویه‌دار میباشد.؛ راندمان بالا، اشغال فضای کمتر، و مناسب برای پروژه‌های خاص با محدودیت فضا از ویژگی خای این ایرکولر میباشد.
دسته‌بندی جریان هوا در ایرکولر
در طراحی ایرکولر (کولرهوایی)، نحوه جریان هوا توسط فن‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود:
۱-Forced Draft Air Cooler (FDAC)
این نوع فن‌ها در زیر باندل تیوب‌ها نصب میشوند و هوا را به سمت بالا و داخل باندل می‌دمند.
ویژگی‌ها:
- فن‌ها در معرض هوای خنک محیط هستند و لذا راندمان بالاتر و عمر بیشتر فن‌ها.
- مناسب برای محیط‌هایی با دمای بالا یا گرد و غبار زیاد.
- تعمیر و نگهداری فن‌ها آسان‌تر است چون در دسترس هستند.
- صدای کمتری نسبت به سیستم‌های مکنده تولید می‌کند.
کاربرد: پروژه‌هایی با فضای کافی در پایین سازه؛ صنایع نفت و گاز در مناطق گرمسیری.
۲-Induced Draft Air Cooler (IDAC)
در این نوع، فن‌ها در بالای باندل تیوب‌ها نصب میشوند و هوا را از پایین مکیده و به بالا خارج می‌کنند.
ویژگی‌ها:
- جریان هوا یکنواخت‌تر در کل سطح باندل و لذا افزایش راندمان انتقال حرارت.
- کاهش احتمال برگشت هوای گرم به باندل.
- مناسب برای پروژه‌هایی با محدودیت ارتفاع یا نیاز به کنترل دقیق دمای خروجی.
- فن‌ها در معرض هوای گرم هستند → نیاز به انتخاب متریال مقاوم‌تر.
کاربرد: صنایع پتروشیمی و نیروگاهی با الزامات خاص طراحی.
مبانی طراحی ایرکولر به زبان ساده
طراحی کولر هوایی شامل مراحل زیر است:
- محاسبه ظرفیت حرارتی: بر اساس دمای ورودی و خروجی سیال، نرخ جریان و نوع سیال.
- انتخاب فن: با توجه به نوع جریان هوا (Forced یا Induced) و شرایط محیطی.
- تعیین سطح انتقال حرارت: با استفاده از فین‌های مناسب، چیدمان تیوب‌ها، و بررسی افت فشار.
- بررسی راندمان انرژی: بهینه‌سازی مصرف برق فن‌ها و کاهش افت فشار در مسیر جریان هوا و سیال.
استانداردهای طراحی ایرکولر
ایرکولرها باید مطابق با استانداردهای بین‌المللی طراحی شوند:
- API 661: استاندارد اصلی برای طراحی ایرکولر در صنایع نفت و گاز.
- ASME Section VIII: الزامات مکانیکی و ایمنی مخازن تحت فشار.
- EN-ISO 13706: برای طراحی حرارتی، ساخت و تست مبدل‌های هوا خنک.
انواع فین و تیوب در ایرکولرها
فین‌ها و تیوب‌ها نقش کلیدی در افزایش سطح انتقال حرارت دارند:
انواع فین:
- L-Fin ا: قتصادی، مناسب برای کاربردهای عمومی.
- G-Fin (Embedded): فین درون تیوب جاسازی شده؛ مقاومت بالا در برابر خوردگی.
- Extruded Fin: فین آلومینیومی کشیده شده؛ راندمان بالا و دوام بیشتر.
- Spiral Fin: فین مارپیچ؛ مناسب برای جریان‌های متلاطم و انتقال حرارت بالا.
انواع تیوب:
- Round Tube: رایج‌ترین نوع؛ مناسب برای فشارهای متوسط.
- Flat Tube: سطح تماس بیشتر؛ راندمان بالاتر.
- Material Options: استیل، آلومینیوم، مس، Cu-Ni بسته به دما، خوردگی و بودجه پروژه.
انواع هدر در طراحی ایرکولر
هدرها وظیفه توزیع یکنواخت سیال در باندل تیوب‌ها را دارند و بر اساس فشار کاری و نیاز تعمیرات انتخاب میشوند:
- Plug Header: ساده و اقتصادی؛ مناسب برای سرویس‌های تمیز.
- Cover Plate Header: دسترسی آسان به تیوب‌ها؛ مناسب برای تعمیرات دوره‌ای.
- Manifold Header: چندراهه؛ برای جریان‌های پیچیده یا چندگانه.
- Header Box: طراحی جعبه‌ای؛ برای فشارهای بالا، ایمنی بیشتر و تعمیرات آسان.