اینترکولر و افترکولر چیست؟ کاربرد، تفاوت و مقایسه در صنعت

در فرآیند فشرده‌سازی هوا و گاز، افزایش دما یکی از پیامدهای طبیعی تراکم است. هرچه فشار گاز بیشتر شود، دمای آن نیز افزایش پیدا می‌کند و اگر این حرارت در زمان مناسب دفع نشود، می‌تواند بر راندمان کمپرسور، تجهیزات پایین‌دست و کیفیت هوای فشرده اثر بگذارد. به همین دلیل در بسیاری از سیستم‌های صنعتی از تجهیزاتی برای خنک‌کردن گاز فشرده استفاده می‌شود که اینترکولر (Intercooler) و افترکولر (Aftercooler) از مهم‌ترین آن‌ها هستند.

این دو تجهیز از نظر عملکرد شباهت زیادی دارند، اما تفاوت اصلی آن‌ها در محل قرارگیری نسبت به مراحل تراکم و هدف خنک‌کاری است. اینترکولر در کمپرسورهای چندمرحله‌ای بین مراحل تراکم قرار می‌گیرد، در حالی که افترکولر پس از آخرین مرحله تراکم نصب می‌شود.

از آنجا که خنک‌کاری گاز معمولاً از طریق انتقال حرارت به یک سیال دیگر یا هوای محیط انجام می‌شود، این تجهیزات در بسیاری از طراحی‌ها بر پایه یک مبدل حرارتی ساخته می‌شوند. بنابراین شناخت ساختار و عملکرد مبدل‌های حرارتی برای انتخاب یا طراحی صحیح این تجهیزات اهمیت زیادی دارد.

اینترکولر چیست؟

اینترکولر یک تجهیز خنک‌کننده است که در سیستم‌های تراکم چندمرحله‌ای، بین دو مرحله فشرده‌سازی قرار می‌گیرد. در یک کمپرسور دومرحله‌ای، هوای خروجی از مرحله اول دمای بالایی دارد. این هوا قبل از ورود به مرحله دوم از اینترکولر عبور می‌کند تا بخشی از حرارت آن دفع شود.

به‌صورت ساده می‌توان مسیر را این‌گونه نمایش داد:

مرحله اول کمپرسور ← اینترکولر ← مرحله دوم کمپرسور

کاهش دمای هوا قبل از ورود به مرحله بعدی تراکم، باعث می‌شود شرایط کاری مرحله دوم مناسب‌تر شود. علاوه بر این، کاهش دمای هوا می‌تواند باعث خروج بخشی از رطوبت موجود در آن به شکل آب کندانس‌شده شود.

در کمپرسورهای چندمرحله‌ای، اینترکولر می‌تواند به شکل قابل توجهی در مدیریت حرارت فرآیند تراکم نقش داشته باشد.

افترکولر چیست؟

افترکولر تجهیزی است که بعد از آخرین مرحله تراکم قرار می‌گیرد و هوای فشرده خروجی کمپرسور را پیش از ورود به مخزن، شبکه توزیع یا تجهیزات مصرف‌کننده خنک می‌کند.

مسیر معمول سیستم به این صورت است:

کمپرسور ← افترکولر ← جداکننده رطوبت ← مخزن یا شبکه هوای فشرده

هوای خروجی کمپرسور معمولاً داغ است و می‌تواند مقدار قابل توجهی بخار آب داشته باشد. زمانی که این هوا در افترکولر سرد می‌شود، ظرفیت آن برای نگهداری بخار آب کاهش پیدا می‌کند و بخشی از رطوبت به صورت کندانس تشکیل می‌شود. به همین دلیل افترکولرها معمولاً در کنار تجهیزات جداسازی و تخلیه کندانس مورد استفاده قرار می‌گیرند.

البته افترکولر به‌تنهایی تمام رطوبت هوای فشرده را حذف نمی‌کند و برای رسیدن به هوای خشک‌تر، بسته به نیاز فرآیند، ممکن است تجهیزات دیگری مانند خشک‌کن نیز مورد استفاده قرار گیرد.

تفاوت اینترکولر و افترکولر در صنعت چیست؟

اصلی‌ترین تفاوت این دو تجهیز، محل نصب و مرحله‌ای است که در آن خنک‌کاری انجام می‌شود.

ویژگی	اینترکولر	افترکولر
محل نصب	بین مراحل تراکم	بعد از آخرین مرحله تراکم
کاربرد اصلی	خنک‌کردن هوا پیش از مرحله بعدی	خنک‌کردن هوای خروجی کمپرسور
نوع کمپرسور	عمدتاً کمپرسورهای چندمرحله‌ای	کمپرسورهای تک‌مرحله‌ای و چندمرحله‌ای
کنترل دمای هوا	بین مراحل تراکم	در خروجی نهایی
تشکیل کندانس	ممکن است رخ دهد	معمولاً بخش مهمی از فرآیند خنک‌کاری است
تجهیزات پایین‌دست	مرحله بعدی کمپرسور	مخزن، شبکه و تجهیزات مصرف‌کننده

بنابراین نمی‌توان این دو را دو نام متفاوت برای یک تجهیز یکسان دانست. اینترکولر برای خنک‌کاری بین مراحل تراکم و افترکولر برای خنک‌کاری پس از پایان تراکم استفاده می‌شود.

آیا اینترکولر و افترکولر مبدل حرارتی هستند؟

این پرسش از نظر فنی اهمیت زیادی دارد. اینترکولر و افترکولر را بهتر است تجهیزات خنک‌کننده بدانیم که می‌توانند بر اساس یک مبدل حرارتی طراحی شوند، نه اینکه «نوع مستقلی از مبدل حرارتی» مانند مبدل صفحه‌ای یا پوسته و لوله باشند.

برای مثال، در یک افترکولر آب‌خنک، حرارت هوای فشرده به آب خنک‌کننده منتقل می‌شود. در واقع یک طرف مبدل، هوای فشرده و طرف دیگر، آب خنک‌کننده قرار دارد.

در مدل‌های هواخنک نیز هوای فشرده از داخل سطوح انتقال حرارت عبور کرده و هوای محیط با کمک جریان طبیعی یا فن، حرارت را از آن دریافت می‌کند. اطلس کوپکو نیز هر دو روش هواخنک و آب‌خنک را برای افترکولرها معرفی می‌کند.

بنابراین می‌توان گفت:

اینترکولر و افترکولر، کاربرد و جایگاه تجهیز خنک‌کننده را در فرآیند مشخص می‌کنند؛ در حالی که پوسته و لوله، صفحه‌ای و فین‌دار به ساختار مبدل حرارتی مربوط هستند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله در اینترکولر و افترکولر

یکی از ساختارهایی که می‌تواند برای خنک‌کاری صنعتی مورد استفاده قرار گیرد، مبدل حرارتی پوسته و لوله است. این مبدل از مجموعه‌ای از لوله‌ها درون یک پوسته استوانه‌ای تشکیل شده و دو سیال بدون تماس مستقیم، از طریق دیواره لوله‌ها با یکدیگر تبادل حرارت می‌کنند. مبدل‌های پوسته و لوله به دلیل استحکام و قابلیت استفاده در شرایط فشار و دمای مختلف، در صنایع فرآیندی کاربرد گسترده‌ای دارند.

دابو صنعت نیز در حوزه مبدل‌های حرارتی صنعتی، عمدتاً بر مبدل‌های پوسته و لوله تمرکز دارد و این تجهیزات را متناسب با ظرفیت و شرایط فرآیندی طراحی می‌کند. در طراحی مبدل، عواملی مانند نوع سیال، فشار، دما و الزامات انتقال حرارت تعیین‌کننده ساختار و متریال مورد استفاده هستند.

برای آشنایی با ساختار و کاربرد این تجهیزات می‌توانید صفحه مبدل حرارتی پوسته و لوله دابو صنعت را نیز مطالعه کنید.

انواع اینترکولر و افترکولر

از نظر روش دفع حرارت، این تجهیزات را می‌توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد:

اینترکولر و افترکولر هواخنک

در سیستم هواخنک، هوای فشرده از سطح انتقال حرارت عبور می‌کند و هوای محیط حرارت آن را جذب می‌کند. استفاده از فن می‌تواند جریان هوای خنک‌کننده را افزایش دهد.

این ساختار زمانی کاربرد بیشتری دارد که دسترسی به آب خنک‌کننده محدود باشد. البته دمای محیط، تهویه و تمیزی سطوح انتقال حرارت بر عملکرد آن تأثیر دارند.

اینترکولر و افترکولر آب‌خنک

در مدل آب‌خنک، حرارت از هوای فشرده به یک مدار آب خنک‌کننده منتقل می‌شود. این روش می‌تواند برای بارهای حرارتی بالاتر و شرایطی که سیستم آب خنک‌کننده در دسترس است، مناسب باشد. کیفیت، دما و دبی آب نیز باید در طراحی و بهره‌برداری مورد توجه قرار گیرد، زیرا رسوب و گرفتگی می‌تواند انتقال حرارت را کاهش دهد.

کاربرد اینترکولر در صنعت

اینترکولر بیشتر در تجهیزاتی دیده می‌شود که فرآیند تراکم در چند مرحله انجام می‌شود. استفاده از خنک‌کاری بین‌مرحله‌ای باعث می‌شود هوای ورودی به مرحله بعدی تراکم دمای پایین‌تری داشته باشد و شرایط حرارتی فرآیند کنترل شود.

برخی از کاربردهای مهم آن عبارت‌اند از:

• کمپرسورهای چندمرحله‌ای
• صنایع نفت و گاز
• واحدهای پتروشیمی
• نیروگاه‌ها
• سیستم‌های هوای فشرده صنعتی
• تجهیزات فرآیندی که نیاز به تراکم گاز دارند

در سیستم‌هایی که حرارت تولیدشده در فرآیند تراکم قابل بازیابی است، می‌توان طراحی مدار خنک‌کاری را با سیستم‌های بازیابی حرارت نیز یکپارچه کرد. در کمپرسورها، بخشی از حرارت تراکم می‌تواند به مدار آب خنک‌کننده منتقل شود و در صورت طراحی مناسب، برای مصارف حرارتی دیگر مورد استفاده قرار گیرد.

کاربرد افترکولر در صنعت

افترکولر در بسیاری از سیستم‌های تولید هوای فشرده نقش مهمی دارد. هوای خروجی کمپرسور پیش از ورود به مخزن یا شبکه توزیع، از افترکولر عبور می‌کند تا دمای آن کاهش پیدا کند و بخشی از بخار آب به صورت کندانس جدا شود.

از مهم‌ترین کاربردهای آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سیستم‌های هوای فشرده کارخانه‌ها
• کمپرسورهای صنعتی
• صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
• تجهیزات پنوماتیک
• خطوط تولیدی که به هوای فشرده نیاز دارند
• فرآیندهایی که دمای هوای خروجی کمپرسور باید کنترل شود

کاهش دمای هوا پیش از ورود به تجهیزات پایین‌دست می‌تواند به کاهش مشکلات ناشی از رطوبت و کندانس در لوله‌ها و تجهیزات کمک کند.

پارامترهای مهم در طراحی اینترکولر و افترکولر

انتخاب یا طراحی یک خنک‌کننده برای کمپرسور صرفاً بر اساس ظرفیت کمپرسور انجام نمی‌شود. شرایط واقعی فرآیند باید در محاسبات حرارتی و مکانیکی در نظر گرفته شود.

مهم‌ترین پارامترها عبارت‌اند از:

• دبی جرمی یا حجمی گاز
• فشار ورودی و خروجی
• دمای گاز در ورودی و خروجی
• نوع گاز
• دما و دبی سیال خنک‌کننده
• بار حرارتی
• افت فشار مجاز
• جنس و متریال سطوح انتقال حرارت
• میزان رسوب‌گذاری و خوردگی
• شرایط محیطی
• فضای در دسترس برای نصب

در مبدل‌های حرارتی صنعتی، دستیابی به انتقال حرارت مناسب باید هم‌زمان با کنترل افت فشار، خوردگی، رسوب و قابلیت تعمیر و نگهداری بررسی شود. دابو صنعت نیز در فرآیند طراحی مبدل‌های خود، طراحی حرارتی و انتخاب متریال را بر اساس شرایط فرآیندی انجام می‌دهد.

ارتباط اینترکولر و افترکولر با سایر تجهیزات انتقال حرارت

خنک‌کاری گاز تنها یکی از کاربردهای مبدل‌های حرارتی در صنعت است. بسته به نوع فرآیند، از مبدل حرارتی می‌توان برای گرم‌کردن، خنک‌کردن، تبخیر یا چگالش سیالات نیز استفاده کرد. در صفحه محصولات دابو صنعت نیز کاربردهایی مانند انتقال حرارت بین آب، بخار و سیالات فرآیندی برای مبدل‌های این شرکت مطرح شده است.

برای نمونه، در فرآیندهای تولید بخار می‌توان از تجهیزات انتقال حرارت برای تولید بخار یا انتقال انرژی بین جریان‌های فرآیندی استفاده کرد. دابو صنعت در این حوزه محصولاتی مانند مولد پیور استیم و مولد بخار تمیز را نیز ارائه می‌کند.

همچنین منبع کویلی اسپیرال و منبع کویلی مسی از تجهیزات مرتبط با انتقال حرارت هستند که بر اساس نیاز کاربرد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اینترکولر و افترکولر هر دو برای مدیریت حرارت ایجادشده در فرآیند تراکم گاز استفاده می‌شوند، اما جایگاه متفاوتی در سیستم دارند. اینترکولر بین مراحل تراکم قرار می‌گیرد و افترکولر پس از آخرین مرحله تراکم نصب می‌شود. علاوه بر کنترل دما، افترکولر می‌تواند با سردکردن هوای فشرده، شرایط لازم برای تشکیل و جداسازی بخشی از کندانس را نیز فراهم کند.

از نظر ساختاری نیز نباید این دو عنوان را با «نوع مبدل حرارتی» اشتباه گرفت. یک اینترکولر یا افترکولر می‌تواند بر پایه ساختارهای مختلف انتقال حرارت طراحی شود و مبدل پوسته و لوله یکی از ساختارهای رایج در کاربردهای صنعتی است. دابو صنعت نیز مبدل‌های حرارتی صنعتی، به‌ویژه مبدل‌های پوسته و لوله، را متناسب با شرایط فرآیندی و الزامات پروژه طراحی و تولید می‌کند.

منبع: Atlas Copco