Thiết bị trao đổi nhiệt Alfa Laval

Định hướng chuyển động của lưu chất phía ngoài ống chuyển động qua lại theo phương vuông góc với chùm ống làm tăng vận tốc chuyển động của lưu chất và hệ số truyền nhiệt.

Hình dạng phổ biến nhất của vách ngăn là hình viên phân (xem hình vẽ H- 2.8), các vách ngăn này là tấm tròn, phần cắt đi phải nhỏ hơn bán kính hình tròn ban đầu nhằm đảm bảo rằng vùng chồng lấn nhau giữa các vách ngăn gần nhất phải đủ chứa ít nhất một hàng ống trao đổi nhiệt. Nếu thiết bị được thiết kế với dòng lưu thể dạng lỏng chuyển động ngoài ống thì phần cắt của viên phân thường trong khoảng 20-25% đường kính, còn lưu thể là dạng khí làm việc ở áp suất thấp thì phần cắt khoảng 40-45% đường kính để nhằm giảm tối đa tổn thất áp suất của dòng chảy trong thiết bị.

Khoảng cách giữa hai vách ngăn kế tiếp phải được lựa chọn sao cho diện tích dòng chảy tự do qua cửa sổ giữa vách ngăn và vỏ ngoài phải xấp xỉ bằng tiết diện dòng chảy vuông góc chùm ống tạo ra giữa hai vách ngăn liên tiếp. Với dòng chảy vận tốc lớn, cấu hình vách ngăn đơn thường gây tổn thất áp suất lớn, vì vậy cấu hình với vách ngăn kép sẽ được sử dụng trong trường hợp này. Cấu hình bố trí vách ngăn kép cho phép tốc độ cục bộ do đó giảm được tổn thất dòng chảy phía ngoài ống.

kệ trang trí



C-Dòng cháy trong vỏ vách ngăn đơn, bó ống không đầy tiết diện Hình H-2.9- Sơ đô dòng chảy tưong ứng với bố trí vách ngăn

Cấu tạo và ứng dụng một số dạng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

Cấu tạo chung của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm được trình bày ở trên, tuy nhiên, tùy theo ứng dụng cụ thể mà các bộ phận của thiết bị có kết cấu khác nhau. Dưới đây trình bày cấu tạo các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay theo phân loại của tiêu chuẩn TEMA. Các dạng thiết bị này được mô tả trong hình H-2.10, sơ bộ về cấu tạo và ứng dụng của từng dạng này được tóm tắt như dưới đây:

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 lớn (hình H-2.10A)

Loại có chùm ống cố định với hai dòng chảy (cho lưu thể ngoài ống): được 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 (hình H-2.10B).

Loại có chùm ống cố định với vành bù giãn nở nhiệt (hình H-2.10C): Loại này được lắp đặt theo phương thẳng đứng, sử dụng cho trường hợp hai lưu thể có nhiệt độ chênh lệch lớn, thường dùng cho quá trình ngưng tụ .

Loại có hai khoang cho dòng chảy trong ống với một đầu ống di chuyển tự do (floating head) (hình H-2.10D): Loại này về nguyên lý cũng tương tự như loại mô tả trong hình H-2.10A được sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch lớn . Tuy nhiên, loại này có kết cấu khác đôi chút so với dạng mô tả trong hình H-2.10A. Phần đầu ống di chuyển tự do nằm hẳn ở bên ngoài vỏ thiết bị, được bít kín bằng hộp đệm, do vậy không sử dụng được trong điều kiện lưu thể chảy trong ống có áp suất cao.

Loại có ống trao đổi nhiệt hình chữ U với hai khoang lưu thể chảy ngoài ống (hình H-2.10E): Loại này được 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 (để tăng hiệu quả truyền nhiệt, giảm cặn đóng kết).

Loại “ ấm đun” (Kettle) (hình Loại này thường được sử dụng để gia nhiệt hoặc trao đổi nhiệt có quá trình ngưng tụ.

Hình H-2.10-Cấu tạo một số thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thông dụng

Tấm formex


Giá bán tấm formex được tính theo độ dày tấm nên tùy theo mục đích sử dụng ta vẫn có thể chọn sản phẩm hợp lý mà giá rẻ. Bảng giá tấm format có đến năm tùy chọn về giá bán tương ứng với năm tùy chọn độ dày khác nhau. Tấm form giá rẻ bán tại Sơn Băng là hàng loại tốt đủ li đủ ký, độ dẻo đạt chuẩn không bị gãy giòn đạt chất lượng đúng với thông số kỹ thuật. Tấm formex thường có kích thước là (1m22 x 2mm44) vỚI nhiều độ dày khác nhau 2mm, 3mm, 5mm, 10mm, 15mm, 20mm...Đây là loại vật liệu thường dùng trong quảng cáo.

Một số vấn đề kỹ thuật lưu ý

Trong quá trình sử dụng, hàng loạt các vấn đề về kỹ thuật nảy sinh cần phải được giải quyết nhằm đáp ứng yêu cầu về độ bền thiết bị, độ tin cậy hoạt động. Các vấn đề kỹ thuật chính cần phải giải quyết khi thiết kế, chế tạo thiết bị bao gồm: Ứng suất nhiệt gây ra do nhiệt độ không đồng đều giữa các bộ phận, ứng suất dư cơ học, vấn đề ổn định và vấn đề mài mòn cơ học.

Ứng suất nhiệt

Đặt vấn đề

Các lưu thể chuyển động trong thiết bị trao đổi nhiệt thường có nhiệt độ khác nhau tương đối lớn, vì vậy mà nhiệt độ của các bộ phận, chi tiết của thiết bị trao đổi nhiệt tiếp xúc với các lưu thể này cũng khác xa nhau,đặc biệt là giữa các ống trao đổi nhiệt và vỏ thiết bị. Nhiệt độ của các bộ phận, chi tiết trong thiết bị khác nhau, do đó, độ giãn nở nhiệt của các phần này cũng khác nhau. Điều này dẫn đến sự di chuyển tương đối giữa các bộ phận so với vị trí ban đầu và sinh ra các ứng suất dư cục bộ. Các chi tiết có chiều dài lớn là vỏ và ống trao đổi nhiệt bị ảnh hưởng của nhiệt độ càng lớn. Ứng suất nhiệt càng lớn khi nhiệt độ giữa hai bộ phân này có chênh lệch càng lớn. Trong một số trường hợp, hậu quả của ứng suất nhiệt có thể gây ra là vỏ bình sẽ bị uốn cong hoặc các ống trao đổi nhiệt sẽ bị tuột ra khỏi mặt sàng ống. Với dạng thiết bị có chùm ống gắn cố định (như hình H-2.10-C, D) dễ bị tổn hại do ứng suất hiệt gây ra. Chính vì vậy, theo kinh nghiệm, với các thiết bị trao đổi nhiệt có chùm ống gắn cố định, nếu nhiệt độ đầu vào của hai lưu thể khác nhau lớn (trên 100 0F) thì không được sử dụng. Vấn đề đặt ra là cần phải có kết cấu, giải pháp kỹ thuật để khắc phục ứng suất nhiệt do sự giãn nở nhiệt không đồng đều giữa chùm ống và vỏ thiết bị. Dưới đây trình bày một số giải pháp kỹ thuật đã được áp dụng trong thực tế để giảm ứng suất nhiệt gây ra.

Một số giải pháp điển hình

Vành bù giãn nở nhiệt trên vỏ bình.

Giải pháp áp dụng để khắc phục vấn đề giãn nở nhiệt không đồng đều là tạo ra một vành bù giãn nở nhiệt trên vỏ của thiết bị trao đổi nhiệt (xem hình H-2.10C). Tuy nhiên, kết cấu này chỉ thích hợp với các thiết bị trao đổi nhiệt có kích thước nhỏ và vỏ bình hoạt động trong điều kiện áp suất thấp.

Ống hình chữ U


Ốp tường giả gỗ


Một giải pháp khác để khắc phục hiện tượng giãn nở nhiệt không đều giữa chùm ống và vỏ thiết bị trao đổi nhiệt là sử dụng ống trao đổi nhiệt hình chữ U (xem hình H-2.10E). Kết cấu này cho phép chùm ống và thân thiết bị giãn nở một cách độc lập nhau và nhờ đó không gây ra ứng suất dư do sự co kéo giữa các bộ phận này. Tuy nhiên, kết cấu này có một số hạn chế như không cho phép thay thế một cách riêng rẽ các ống trao đổi nhiệt, không vệ sinh được đoạn cong của ống khi bảo dưỡng (ngoại trừ các ống phía ngoài cùng), điều này không thể chấp nhận trong một số ứng dụng.

Đầu ống tự do

Để giải quyết vấn đề giãn nở nhiệt không đồng đều, kết cấu chùm ống một đầu được ngoàm chặt cùng vỏ thiết bị còn đầu kia của chùm ống được thả tự do được đưa vào sử dụng. Tùy từng ứng dụng cụ thể mà có nhiều kiểu kết cấu khác nhau (xem hình H-2.10A, D, F) để đáp ứng được đồng thời các yêu cầu khác ngoài yêu cầu về giải quyết ứng suất nhiệt.

Kết cấu đơn giản nhất của thiết bị kiểu này là mặt sàng ống phía đầu tự do và mặt bích đầu ống phải đủ nhỏ để có thể chuyển động tự do trong lòng vỏ thiết bị. Kết cấu kiểu này cho phép dễ dàng làm sạch lòng ống và thay thế các ống một cách độc lập mà không cần phải đưa chùm ống ra khỏ vỏ thiết bị. Tuy nhiên, kết cấu này có nhược điểm là số ống trong thiết bị bị giảm đi so với thiết bị khác có cùng đường kính vỏ (do đó diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tương ứng sẽ bị giảm đi) do phải dành không gian cho bích đầu tự do. Để khắc phục nhược điểm này, người ta đưa ra dạng kết cấu khác với đầu tự do đặt phía ngoài vỏ nhưng lại được đặt trong một đầu chứa cách ly môi trường bên ngoài (hình H – 2.10A). Với kết cấu kiểu này, số lượng ống sẽ không bị mất đi tuy nhiên kết cấu phức tạp hơn và giá thành thiết bị vì thế sẽ cao hơn đôi chút.

Một số dạng thiết bị có đầu di chuyển tự do với khoang đầu ống hoàn toàn nằm ở bên ngoài vỏ ống được đưa vào sử dụng (hình H-2.10D). Để bít kín, giữa đầu thả nổi của chùm ống và vỏ có một hộp đệm. Dạng kết cấu này có ưu điểm chỉ có một kết cấu khoang đầu. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là dễ bị rò rỉ lưu chất ra môi trường bên ngoài nếu thiết bị hoạt động ở điều kiện áp suất cao.