Thiết bị trao đổi nhiệt Alfa Laval

Mặt sàng ống (Tube Sheet)

Các ống được định vị cố định nhờ được gắn chặt vào các lỗ trên mặt sàng. Ống gắn vào mặt sàng bằng phương pháp làm biến dạng ống (nong ống) hoặc phương pháp hàn tùy theo dạng vật liệu chế tạo ống và mặt sàng và điều kiện hoạt động của thiết bị. Hình dạng một mặt sàng và ống truyền nhiệt điển hình như mổ tả trong hình vẽ H-2.4

Mặt sàng ống thường là một tấm kim loại phẳng hình tròn, được khoan lỗ (theo một kiểu bố trí thích hợp) và soi rãnh để cố định ống, lắp vòng đệm, bu lông mặt bích và các thanh đỡ tấm chia dòng,... Trong quá trình gia công, cần phải đảm bảo mối nối giữa ống và mặt sàng phải kín tránh rò rỉ trộn lẫn hai lưu thể trong và ngoài ống. Trong những trường hợp đặc biệt, hai lưu chất trao đổi nhiệt không được phép trộn lẫn vào nhau do rò rỉ, người ta thiết kế mặt sàng kép để để ngăn ngừa hiện tượng này. Theo thiết kế này, phần không gian giữa hai mặt sàng được thông với môi trường bên ngoài, khi xảy ra rò rỉ sẽ nhanh chóng được phát hiện. Kết cấu của thiết bị ống chùm với mặt sàng kép được minh họa trong hình vẽ H-2.5. Trong trường hợp ngay cả lưu chất rỏ rỉ ra phía ngoài cũng không cho phép được trộn lẫn vào thì sử dụng loại 3 mặt sàng nối tiếp nhau. Khi đó, nếu các lưu chất rỏ rỉ là các hóa chất độc hại hoặc quý hiếm thì cần phải được thu hồi và xử lý đúng quy trình.

tấm polycarbonate đặc ruột


Với yêu cầu thiết kế của các công trình hiện nay thì việc lấy ánh sáng tự nhiên làm nguồn năng lượng sạch phục vụ nhu cầu chiếu sáng là vô cùng quan trọng. Để đáp ứng nhu cầu đó sản phẩm Tấm Poly đã ra đời. Được sản xuất trên dây chuyền công nghệ hiện đại, kỹ thuật cao với các thành phần như nhựa tổng hợp nhân tạo polycarbonate cùng với các loại nhựa công nghệ cao khác: thermoplastic, aromatic polysodium và các thành phần khác đã tạo ra sản phẩm tấm polycarbonate đặc ruột có chất lượng đặc biệt tốt, độ bền cao đáp ứng mọi nhu cầu sử dụng của các công trình xây dựng.

Ngoài các yêu cầu về kết cấu cơ khí nêu trên, mặt sàng ống cần phải đáp ứng được yêu cầu chống ăn mòn với cả lưu chất trong và ngoài ống. Vật liệu chế tạo mặt sàng ống phải có tính chất điện hóa tương đồng với vật liệu chế tạo ống và khoang chứa lưu chất chảy phía trong lòng ống (Tube-side) nhằm giảm thiểu hiện tượng ăn mòn điện hóa do khác biệt vật liệu chế tạo các bộ phận của thiết bị gây ra.

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

Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm (Shell) đơn giản chỉ là một bộ phận chứa lưu chất phía ngoài ống trao đổi nhiệt. Cửa lưu chất là nơi 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. Các thiết bị trao đổi nhiệt có kích thước lớn được chế tạo từ thép có hàm lượng các bon thấp nếu điều kiện cho phép để giảm giá thành, vật liệu hợp kim cũng được sử dụng khi thiết bị hoạt động trong môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao. Tại cửa vào của lưu chất, thường có một tấm chắn dòng đặt ngay sát dưới cửa vào (xem hình vẽ minh họa H-2.6). Mục đích của tấm chắn dòng là để chuyển hướng chuyển động của dòng lưu thể vào có vận tốc lớn có thể ảnh hưởng tới phần đầu của ống trao đổi nhiệt. Các ảnh hưởng của dòng có vận tốc lớn đập trực tiếp vào phần đầu ống trao đổi nhiệt là gây ra các hiện tượng sói mòn cơ học, hiện tượng khí xâm thực và gây rung động thiết bị. Để đủ không gian lắp đặt tấm chắn và không làm tổn thất áp suất dòng chảy lớn do việc lắp tấm chắn gây ra, một số ống ở vị trị này có thể được loại bỏ để dành không gian thích hợp bố trí lắp đặt.

Hình h-2.6. Tiết diện vỏ và sơ đồ bố trí tấm chắn dòng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm

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 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. Do nguyên tắc bố trí các chất lỏng chảy phía trong ống thường là các chất có tính ăn mòn cao hơn, vì vậy, khoang đầu và đầu dẫn lưu chất thường được chế tạo từ vật liệu hợp kim. Để giảm chi phí chế tạo, có thể chỉ tráng một lớp hợp kim bên ngoài các bộ phận này mà không cần thiết phải chế tạo toàn bộ chi tiết bằng hợp kim.

Nắp


Ốp tường giả gỗ


Lắp 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 bu lông. Nắp có thể được tháo dễ dàng để kiểm tra ống trao đổi nhiệt hoặc vệ sinh, bảo dưỡng thiết bị định kỳ mà không làm ảnh hưởng tới chùm ống.

Tấm chia khoang (Pass Divider)

Tấm chia khoang được sử dụng khi thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết kế với số khoang ống từ 2 trở lên. Không có nguyên tắc chung cho việc bố trí tấm chia khoang nhưng phải đảm bảo được một số tiêu chí sau: cố gắng đảm bảo số lượng ống ở mỗi khoang là như nhau để giảm thiểu chênh áp giữa các khoang (giảm được hiện tượng rò rỉ giữa các khoang), đảm bảo bề mặt chịu nén thích hợp lắp đặt vòng đệm, không quá gây khó khăn cho việc chế tạo và không làm ảnh hưởng nhiều đến chi phí chế tạo, vận hành và bảo dưỡng. Một số dạng bố trí tấm chia khoang được minh họa trong hình vẽ H-2.7.

Vách ngăn (Baffles)

Vách ngăn có hai chức năng chính:

Chức năng quan trọng nhất của vách ngăn 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.

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 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 giảm tốc độ cục bộ do đó giảm được tổn thất dòng chảy phía ngoài ống.

Ốp trần giả gỗ



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 H-2.10F): Loại này thường được sử dụng để gia nhiệt hoặc trao đổi nhiệt có quá trình ngưng tụ.