کویل‌های لوله فین دار در بسیاری از سیستم‌های گرمایش فرایندی یافت می‌شوند و در اکثر اوقات اولین جزئی هستند که علائم فیلتراسیون نادرست در قسمت بالادست را نشان می‌دهند.

در یک جوی کثیف، کویل‌ها می‌توانند مسبب مشکلات سیستماتیک زیادی از جمله خرابی پمپ، کمپرسور و بادزن شوند. کویل‌های لوله فین دار (که گاهی اوقات به کویل‌های انتقال حرارت معروف‌اند) دارای دو جزء اصلی هستند که وظیفه انتقال حرارت را بر عهده دارند؛ اولین جزئی؛ لوله‌ها می‌باشند که به آن‌ها سطح اولیه هم گفته می‌شود و دومین جزء، سطح فین دار یا سطح ثانویه هستند.

هر دوی این قسمت‌ها نقش بسیار مهمی را در حصول میزان انتقال حرارت مورد نظر توسط مقاومت متعادل در سمت هوا و آب ایفا می‌کنند. لوله‌ها باعث انتقال انرژی بین آنچه که در داخل لوله‌ها و در آنچه که در داخل آن‌ها جریان دارد می‌شوند.

در کویل‌های انتقال حرارت، انتقال از گرم‌ترین جریان به سردترین جریان صورت می‌گیرد. در یک کویل آب سرد، دمای بالاتر از دمای آب است؛ بنابراین گرما از هوا خارج شده و به آب منتقل می‌گردد.

در یک کویل گرمایشی آب گرم یا کویل مایع حرارتی مایع دمای بالاتری از هوا دارد؛ از این رو آب یا مایع حرارتی ظرفیت BTU/hr خود را به هوا انتقال می‌دهد.

فین‌ها در یک کویل دو عمل مهم را انجام می‌دهند؛ اول اینکه هوای خارج که در تماس با سمت هوای ورودی کویل قرار می‌گیرد را جهت‌دار می‌کنند.

بادزن‌های فرآیندی معمول، هوا را با الگوی مارپیچی توزیع می‌کنند. فین‌ها این هوای موجی را جهت‌دار (مستقیم) کرده و موجب می‌شوند که هوا در امتداد سطح اولیه، مسیر یکنواخت‌تری پیدا کند.

دومین نقش فین‌ها این است که در واقع خودشان مقداری از عمل انتقال حرارت را انجام دهند. انتقال حرارتی که از لوله به فین صورت می‌گیرد، باعث بالا رفتن ظرفیت کلی انتقال حرارت کویل می‌گردد. به همین دلیل است که به فین‌ها سطح انتقال حرارت ثانویه گفته می‌شود.

اصول انتخاب کویل

انتخاب صحیح کویل باید بر اساس تأمین مقتضیات زیر صورت گیرد:

• انتقال حرارت (BTU/hr)؛

• افت فشار سیال

• افت فشار هوا

البته برای انتخاب بهینه باید تعادلی میان این شرایط وجود داشته باشد. شما نمی‌توانید تنها یک یا دو تا از این مقتضیات را برآورده کرده ولی بقیه را تأمین نکنید.

یک مثال در این مورد هنگامی است که کویل انتخاب شده مقتضیات بار انتقال حرارت و افت فشار سمت آب را تأمین می‌کند اما افت فشار سمت هوای آن بالاست. در این مثال، بادزن بر اساس حرکت دادن هوا در مقابل مقاومت (فشار) استاتیک کل مورد نیاز انتخاب شده است.

حال اگر مقاومت کویل خیلی زیاد باشد، بادزن هوای کمتری جابجا کرده و ظرفیت سیستم نیز کاهش خواهد یافت.

مالکین و طراحان تجهیزات فرایندی باید به این نکته آگاهی داشته باشند که تغییرات سیستم طی عمر کویل می‌تواند تأثیرات قابل توجهی بر روی راندمان و ظرفیت آن ایجاد نماید.

تغییرات سیستمی که باعث ناکارایی کویل می‌شوند

تغییرات سیستم زیادی می‌توانند بر روی کویل های گرمایشی و سرمایشی تأثیر بگذارند که اهم آن‌ها به قرار زیرند:

• دمای سیالی که به واحد وارد می‌شود بیشتر یا کمتر از آنچه باشد که تعیین‌شده است.

• دمای هوایی که به واحد وارد می‌شود بیشتر یا کمتر از آنچه باشد که تعیین‌شده است.

• حجم سیالی که به واحد وارد می‌شود بیشتر یا کمتر از آنچه باشد که تعیین‌شده است.

• حجم هوایی که به واحد وارد می‌شود بیشتر یا کمتر از آنچه باشد که تعیین‌شده است.

در هر یک از این موارد، شرایط عملکرد واقعی با آنچه که کویل برای آن طراحی‌شده است تفاوت دارد. حال چنانچه شرایط فرایند اختلاف زیادی با شرایط طراحی کویل داشته باشد، منجر به ناکارایی فرایند خواهد شد.

تغییرات دمای سیال

اگر دمای واقعی سیال بیشتر یا کمتر از آنچه باشد که هنگام طراحی کویل مشخص شده، انتقال حرارت کاهش می‌یابد. به‌عنوان مثال فرض کنید که یک سیستم کویل فرآیندی به گونه‌ای طراحی‌شده که هوا را از 95 درجه فارنهایت (35 درجه سانتی‌گراد) تا 350 درجه فارنهایت (177 درجه سانتی‌گراد) گرم کند و بر اساس دمای 400 درجه فارنهایت (204 درجه سانتی‌گراد) سیال حرارتی ورودی به سمت لوله کویل انتخاب شده است.

بر مبنای این اطلاعات فرایند، کویل انتخابی دارای 6 ردیف و 12 فین در هر اینچ است؛ اما تصور کنید که دمای واقعی سیال 380 درجه فارنهایت (193 درجه سانتی‌گراد) باشد، این دمای کاهش یافته سیال ممکن است تا 15 درصد ظرفیت انتقال حرارت را کاهش داده و دمای هوای خروجی را به میزان قابل ملاحظه‌ای پایین بیاورد. این وضعیت در مواردی مانند عایق‌کاری نامناسب و یا استفاده از شیرهای غلط به وجود می‌آید.

تغییرات حجم سیال

نقصان حجم سیال هم می‌تواند مشکلاتی را در زمینه انتقال حرارت ایجاد نماید.

پمپ‌ها نیز مانند بادزن‌ها اندازه‌گذاری می‌شوند: آن‌ها حجمی از آب یا سیال حرارتی را در مقابل حداکثر مقاومت مشخصی تولید می‌کنند؛ اما اگر مقاومت بیشتر از آنچه باشد که تعیین‌شده، پمپ حجم کمتری از سیال را منتقل کرده و کویل نیز انتقال حرارت را با دبی پایین‌تری صورت می‌دهد.

تغییرات حجم هوا

چنانچه دبی هوا مطابق میزان تعیین‌شده نباشد، نشانه مهمی از وجود مقاومت زیاد در سیستم است.

اگرچه این امر ممکن است ناشی از مشکلات طراحی باشد اما در بسیاری از سیستم‌ها، مقاومت زیاد به علت کثیفی و گرفتگی سمت هوای کویل است.

کویل ها به آسانی با کثافات، ذرات و باکتری‌ها گرفته می‌شوند و این افزایش در فشار، دبی هوا را کاهش داده و عامل مهمی در تنزل راندمان کلی سیستم است.

کثیفی کویل راندمان را پایین می‌آورد

کثیفی و جرم گرفتگی سمت هوای کویل در مراحل اولیه باعث افت کمی در راندمان می‌شود اما اگر تجمع کثافات اولیه ادامه یابد، راندمان تا نصف کاهش خواهد یافت. کثافات، گرد و خاک و رسوبات همانند عایق عمل می‌کنند.

عایق شدن مواد خارجی راندمان را کاهش می‌دهد چرا که در این حالت، دو جریان (آب، بخار یا مبرد داخل لوله‌ها؛ هوا یا گاز در سمت فین) نمی‌توانند حرارت را به‌خوبی انتقال دهند. این وضعیت باعث افت 5 تا 10 درصدی راندمان می‌شود و در حالت کثیفی زیاد، کاهش 20 تا 25 درصدی راندمان نیز ممکن خواهد بود.

مواد خارجی بر روی دبی هوا نیز تأثیر منفی زیادی دارند زیرا این مواد اجازه نمی‌دهند تا کویل جریان هوا را از سمت ورودی به سمت خروجی عبور دهد.

با نگاه به چنین کویلی می‌توان تشخیص داد که فضای بین فین‌ها و اطراف لوله‌ها محدود می‌باشد و این بدان جهت است که هوا هرچه بیشتر در تماس با سطوح اولیه و ثانویه قرار گیرد؛ اما این نوع طراحی باعث می‌شود که هنگام کثیفی کویل، موانعی بر سر راه جریان هوا ایجاد شده و نهایتاً دبی هوا کاهش یابد.

اکثر مکانیک‌ها و اپراتورهای سیستم‌های فرآیندی در برخورد با کویل‌های گرفته و کثیف، با تنظیم محرک‌های بادزن، سرعت را بالا می‌برند تا سیستم بتواند جریان هوای طراحی را تأمین نماید.

این شیوه اگرچه در کوتاه مدت مؤثر است اما هزینه‌بر می‌باشد چرا که اسب بخار ترمزی (BHP) را بالا می‌برد. از سوی دیگر، اپراتور تنها تا جایی می‌تواند سرعت محرک را افزایش دهد که به حداکثر توان موتور برسد و در این نقطه جریان هوا شروع به کاهش می‌کند و متعاقب آن ظرفیت کلی گرمایش یا سرمایش سیستم تنزل می‌یابد.

مشکلات مربوط به کثیفی سمت هوای کویل‌ها

کثیفی سمت هوای کویل‌ها مشکلات سیستمی زیادی را ایجاد می‌کند که تعدادی از آن‌ها به قرار زیرند:

• تجهیزات باید مدت بیشتری کار کنند تا شرایط طراحی را تأمین نمایند که نتیجتاً نگهداری، تعویض‌ها و توقف‌های اضطراری بیشتر خواهند شد.

• پرسنل راهبری و سرویس باید مدت زمان زیادی را صرف تنظیم و باز تنظیم کنترل‌های تجهیزات نمایند تا سیستم بتوانند تقریباً مطابق طرح کار کند.

• در سیستم‌های مایع حرارتی، کویل‌های کثیف باعث بروز مشکلاتی در کنترل‌ها، شیر و پمپ می‌شوند.

• در سیستم‌های بخار، عملکرد سیکلی شیرها محتمل خواهد بود که منجر به خوردگی چگالشی و ناکارایی می‌گردد.

تمیز کردن کویل‌ها

دانستن بعضی اصول پایه می‌تواند به شیوه درست تمیز کردن کویل کمک مؤثری نماید.

مهم‌ترین نکته در تمیز کردن کویل‌ها آگاهی از نوع محصول (شوینده) و فشار مورد استفاده است.

شما باید بدانید که بعضی کویل‌ها سطوح فین دار بسیار نازکی دارند و اعمال فشارهای بالا برای شستشو ممکن است که کویل را تمیز کند اما باعث خم شدن لبه‌های خارجی و در نتیجه بسته شدن سطح فین‌ها می‌شود.

همچنین بعد از تمیز کردن کویل مطمئن شوید که مواد شوینده کاملاً خارج شده‌اند چرا که در موارد بسیاری، کویل ها به علت خوردگی ناشی از مواد شوینده خراب شده‌اند.

کویل‌ها را به‌طور مرتب تمیز کنید و هرگز اجازه ندهید که ذرات معلق در هوا راهی به ردیف‌های داخلی کویل پیدا کنند.

تا زمانی که مواد و ذرات در قسمت خارجی کویل باقی‌مانده باشند می‌توانید به‌راحتی کویل‌های چند ردیفه را تمیز کنید؛ اما اگر مواد بیش از دو ردیف به مرکز کویل نفوذ کرده باشند شانس چندانی برای تمیز کردن نخواهید داشت.

همیشه به یاد داشته باشید که پیشگیری بهتر از درمان است. چرا شما باید کویل‌های کثیف و ناکارآمد سر و کار داشته باشید درحالی‌که می‌توانید ذرات خارجی را قبل از اینکه به سطح کویل برسند از محیط بیرون کنید؟

استفاده از سیستم‌های فیلتراسیون با کیفیت بالا اگرچه ممکن است کمی گران به نظر بر سر اما در مقایسه با هزینه‌های آلودگی پایین‌دست مقرون‌به‌صرفه خواهد بود.