Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm| Khái niệm và ứng dụng ?

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là gì ? Khái niệm và cấu tạo chung ?

  • Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa một hay nhiều chất tải nhiệt, những chất tải nhiệt có thể được ngăn cách bằng các ống (tube) hoặc các tấm (plate) để ngăn sự pha trộn hoặc tiếp xúc trực tiếp giữa các chất tải nhiệt. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là một trong những dạng thiết bị trao đổi nhiệt, khác biệt nằm ở chất tản nhiệt được ngăn cách qua biên dạng ống.
  • Đặc biệt thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành nhiệt điện, lọc hóa dầu khí, điều hóa không khí, hóa chất, công nghiệp đóng tàu.. So với trao đổi nhiệt dạng tấm thì dạng ống được sử dụng nhiều hơn theo tỷ lệ 40%-60%. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thể được chế tạo từ vật liệu là các loại kim loại, hợp kim cho tới các vật liệu phi kim tùy từng ứng dụng của nó với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m2 đến 100.000m2.
  • So với các loại thiết bị trao đổi nhiệt khác, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khó khăn là bề mặt trao đổi nhiệt tính trên một đơn vị thể tích của thiết bị thấp. Vì vậy, cùng một bề mặt trao đổi nhiệt như nhau, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có kích thường lớn hơn nhiều so với loại khác.

Cấu tạo chung của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm ?

  • Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm được chia thành nhiều dạng khác nhau nhưng cơ bản cấu tạo đều tương đồng nhau. Có 2 yếu tố để phân loại là: Đặc điểm của phần vỏ ngoài (Shell), và kiểu dòng chảy (Tube Side Channel)
  • Cấu tạo các bộ phận chính cơ bản của một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm sẽ được mô tả ở hình dưới:

thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùmỐng trao đổi nhiệt (pipe exchange)

  • Đây là trái tim của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, bề mặt của ống trao đổi nhiệt chính là bề mặt truyền nhiệt giữa lưu thể chảy bên trong ống và bên ngoài ống. Các ống trao đổi nhiệt này được gắn vào mặt sàng ống bằng cách sử dụng phương pháp hàn hoặc phương pháp nong (Với một số ứng dụng có thể sử dụng đồng thời cả hai phương pháp nong ống và hàn ống).
  • Vật liệu cấu tạo ống trao đổi nhiệt đa phần là thép hợp kim và đồng, tuy nhiên trong một số trường hợp bộ trao đổi nhiệt yêu cầu cao cấp (ngành hàng không vũ trụ) cần sử dụng vật liệu từ hợp kim nhôm, Niken, Titanium.
  • Có hai loại dạng ống trao đổi nhiệt được sử dụng: Ống trơn hoặc sử dụng ống có cánh khi một lưu chất có hệ số truyền nhiệt thấp hơn rất nhiều so với lưu chất kia.

Mặt sàng ống (tube sheet)

  • Mặt sàng ống có hình dạng tròn, thường là một tấm kim loại (thép đen, thép hợp kim, inox, titan..) được khoét tạo lỗ và tạo rãnh để có định ống. Các ống được gắn vào các lỗ mặt sàng bằng phương pháp hàn (hàn thủ công hoặc hàn tự động) hay phương pháp nong ống làm biến dạng đường kính ống trao đổi nhiệt tùy thuộc vào vật liệu ống hoặc mục đích sử dụng của thiết bị trao đổi nhiệt. Với một số bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm đặc biệt cần chịu áp lực lớn thì 2 phương pháp này cùng được sử dụng trong 1 lần thao tác.
  • Đặc biệt ngoài kết cấu cơ khí như trên, mặt sàng ống cần đáp ứng yêu cầu chống ăn mòn trong quá trình sử dụng. Vật liệu cấu tạo cần có tính chất điện hóa tương đồng cới vật liệu chế tạo ống vào khoang chứa.

Vỏ và cửa lưu chất vào/ra (Shell and Shell-Side Nozzles)

  • Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm (Shell) là một bộ phận chứa lưu chất phía ngoài ống trao đổi nhiệt. Cửa lưu chất là bộ phận để đưa lưu chất trao đổi nhiệt phía ngoài ống vào và ra khỏi thiết bị. Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có tiết diện hình tròn được chế tạo từ thép tấm.

Khoang đầu và đầu đưa chất lỏng vào/ra phía trong ống (Tube-Side Channel and Nozzles)

  • Khoang đầu và các đầu dẫn lưu chất phía trong ống vào/ra đơn giản là để kiểm soát dòng lưu chất chảy phía trong lòng ống của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, vật liệu chế tạo được làm bằng hợp kim.

Nắp đậy (Cover)

  • Nắp đậy của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là tấm hình tròn (có thể là một chỏm cầu) được lắp với mặt bích của khoang đầu bằng các bulong.

Tấm chia khoang (Pass Divider)

  • Với một số thiết bị trao đổi nhiệt dạng dạng ống chùm, tấm chia khoang được sử dụng khi thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết kế với số khoang ống từ 2 trở lên.

Vách ngăn (Baffles)

  • Vách ngăn có dạng viên phân đơn có chức năng là tạo thành cơ cấu để định vị ống trao đổi nhiệt ở vị trí thích hợp khi lắp đặt cũng như khi vận hành và giữ cho bó ống không bị rung do sự chuyển động xoáy của lưu chất.

Ứng dụng của một số dạng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Như nói ở trên, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp vừa và nặng: Lọc hóa dầu, nhiệt điện, thủy điện, đóng tàu, hàng không, ngành công nghiệp thực phẩm, năng lượng…

ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Theo TEMA, tùy theo ứng dụng cụ thể mà có những dạng kết cấu của thiết bị trao đổi nhiệt như sau:

  • Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch lớn: Dùng loại có hai khoang cho dòng chảy trong ống với một đầu ống di chuyển tự do (floating head).
  • Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch không lớn, tốc độ lưu thể phía ngoài ống cần được kiểm soát ở mức thấp: Dùng loại có chùm ống cố định với hai dòng chảy (cho lưu thể ngoài ống).
  • Sử dụng cho trường hợp hai lưu thể có nhiệt độ chênh lệch lớn, thường dùng cho quá trình ngưng tụ: Dùng loại có chùm ống cố định với vành bù giãn nở nhiệt.
  • Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch lớn: Dùng loại có hai khoang cho dòng chảy trong ống với một đầu ống di chuyển tự do.
  • Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch lớn, tốc độ lưu thể chảy ngoài ống cần được tăng tốc độ: Dùng loại có ống trao đổi nhiệt hình chữ U với hai khoang lưu thể chảy ngoài ống.
  • Sử dụng để gia nhiệt hoặc trao đổi nhiệt có quá trình ngưng tụ: Dùng kiểu “ ấm đun” (Kettle)

các loại thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

"Nguồn: Tổng hợp"

Trên đây là bài chia sẻ về “Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm| Khái niệm và ứng dụng ?”, Xem thêm về thiết bị dụng cụ hỗ trợ công tác bảo dưỡng sửa chữa bộ trao đổi nhiệt cụ thể cho phần ống và mặt sàng ống trao đổi nhiệt tại: thiết bị nong ống

Chia sẻ:

Bài viết cùng danh mục:

Viết Bình luận

X