Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm -  Thông tin cần biết

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là một phần quan trọng của hệ thống công nghiệp, đóng vai trò quyết định trong việc điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ của các quy trình sản xuất và công việc lớn nhỏ. Bài viết cung cấp thông tin quan trọng mà bạn cần biết để hiểu rõ hơn về tầm quan trọng và đa dạng của công nghệ, đừng bỏ lỡ nhé!

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là gì

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là một loại thiết bị vận chuyển nhiệt độ, được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa các chất tải nhiệt khác nhau. Điều đặc biệt trong thiết bị này là cấu trúc ống chùm, nơi mà chất tải nhiệt được ngăn cách bằng cách thông qua các ống. Chất tải nhiệt có thể là các chất lỏng hoặc hạt hóa, và quá trình trao đổi nhiệt thông qua tường ống giúp tránh sự pha trộn hoặc tiếp xúc trực tiếp giữa các chất tải nhiệt.

Xem thêm : Thiết bị gia nhiệt tuần hoàn E-HEATER là gì ? Nguyên lý hoạt động ra sao ? 

Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Tubes – Ống trao đổi nhiệt

Ống trao đổi nhiệt (pipe exchange) là thành phần quan trọng của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm. Đây chính là nơi trao đổi nhiệt giữa hai chất tải nhiệt khác nhau - một bên nằm bên trong ống và một bên chảy bên ngoài ống. Ống trao đổi nhiệt có vai trò quan trọng trong việc truyền nhiệt từ một chất tới chất khác mà không cho phép chúng tiếp xúc trực tiếp.

Tubesheet – Mặt lắp ống

Mặt lắp ống (tube sheet) là một thành phần quan trọng trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm. Đây là một tấm kim loại tròn thường được làm từ các vật liệu chất lượng như thép đen, thép hợp kim, inox, titan và các vật liệu khác tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặt lắp ống có chức năng quan trọng trong việc giữ chặt và định vị các ống trao đổi nhiệt.

Shell and Shell-Side Nozzles – Vỏ và cửa vào/ra

Vỏ của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là phần chứa lưu chất bên ngoài các ống trao đổi nhiệt. Vỏ này có tiết diện hình tròn và thường được chế tạo từ các tấm kim loại như thép tấm hoặc thép hợp kim. Vỏ giữ vai trò bảo vệ các ống trao đổi nhiệt bên trong, đồng thời giữ cho lưu chất trong vỏ thể hiện dòng chảy kiểm soát.
Cửa lưu chất vào/ra là các cổng hoặc đường ống được tích hợp vào vỏ thiết bị trao đổi nhiệt để cho phép lưu chất trao đổi nhiệt chảy vào và ra khỏi thiết bị. Các cửa lưu chất này định hướng lưu chất từ bên ngoài vào bên trong và ngược lại, đảm bảo quá trình trao đổi nhiệt diễn ra một cách hiệu quả.

Tube-Side Channel and Nozzles – Khoang chứa và đầu phun

Khoang đầu và các đầu đưa chất lỏng vào/ra phía trong ống (Tube-Side Channel and Nozzles) trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và điều hướng dòng lưu chất chảy qua bên trong ống. Khoang đầu là không gian bên trong các ống trao đổi nhiệt, nơi mà lưu chất sẽ chảy qua để trao đổi nhiệt với lưu chất khác. Các đầu đưa chất lỏng vào/ra là các phần được tích hợp vào các ống trao đổi nhiệt để đưa lưu chất từ bên ngoài vào hoặc ra khỏi khoang đầu. 

Baffles – Vách ngăn

Vách ngăn (Baffles) trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra cơ cấu và định vị cho các ống trao đổi nhiệt. Chúng có dạng viên phân đơn và được đặt trong khoang đầu (Tube-Side Channel) của thiết bị.

Tie-rods – Thanh buộc – miếng đệm

Đây là các thanh kim loại chắc chắn, thường là thép hợp kim, được sử dụng để buộc kết các phần cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt lại với nhau. Tie-rods giữ cho các thành phần không bị lệch hướng, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho toàn bộ thiết bị trong quá trình hoạt động.
Miếng đệm thường được sử dụng để giữ khoảng cách giữa các ống trao đổi nhiệt và các thành phần khác như mặt sàng ống hoặc vách ngăn. Chúng thường được làm từ vật liệu chống ăn mòn và có tính linh hoạt, giúp giảm thiểu ma sát và lực tác động lên các ống trong quá trình hoạt động.

Nguyên lý thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Quá trình trao đổi nhiệt: 
Lưu chất nóng: Lưu chất nóng (thường có nhiệt độ cao) được đưa vào khoang nóng (shell side) của thiết bị. Lưu chất này trao đổi nhiệt với lưu chất lạnh thông qua bề mặt của các ống trao đổi nhiệt.
Lưu chất lạnh: Lưu chất lạnh (thường có nhiệt độ thấp hơn) được đưa vào khoang lạnh (tube side) của thiết bị. Khi lưu chất lạnh lưu qua các ống, nó hấp thụ nhiệt từ lưu chất nóng thông qua bề mặt của ống.
Truyền nhiệt: Quá trình này dựa trên nguyên tắc chất nóng luôn truyền nhiệt cho chất lạnh, từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp. Khi chất nóng chảy qua bề mặt ống, nhiệt được truyền vào tường ống và sau đó dẫn nhiệt qua bề mặt cánh của ống chùm. Lúc này, chất lạnh trong các ống hấp thụ nhiệt và nóng lên.
Lưu hóa chất lạnh: Sau khi chất lạnh lưu qua ống và hấp thụ nhiệt từ chất nóng, nó trở nên nóng hơn và được đưa ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt.
Lưu hóa chất nóng: Chất nóng, sau khi đã truyền nhiệt cho chất lạnh, trở nên lạnh hơn và được đưa ra khỏi thiết bị.

Ưu và nhược điểm thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Ưu điểm

Hiệu suất truyền nhiệt cao: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khả năng cung cấp hiệu suất truyền nhiệt tốt, cho phép trao đổi nhiệt hiệu quả giữa các chất tải nhiệt.
Khả năng chống pha trộn: Thiết kế ống chùm giúp ngăn chặn sự pha trộn trực tiếp giữa các chất tải nhiệt, đảm bảo tính an toàn và hiệu suất trong quá trình trao đổi nhiệt.
Ứng dụng rộng rãi: Thiết bị này có thể được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp và quy mô khác nhau nhờ tính linh hoạt và hiệu suất trao đổi nhiệt cao.
Dễ bảo trì và thay thế: Cấu trúc đơn giản của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm làm cho việc bảo trì và thay thế các ống bị hỏng dễ dàng hơn.
Khả năng điều chỉnh dòng chảy: Thiết bị có khả năng điều chỉnh dòng chảy của các chất tải nhiệt để đạt hiệu suất tối ưu trong quá trình trao đổi nhiệt.

Nhược điểm

Kích thước lớn: Thiết bị này có kích thước lớn hơn so với một số thiết bị trao đổi nhiệt khác, đặc biệt khi so sánh với thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm.
Phức tạp trong thiết kế và lắp đặt: Việc thiết kế và lắp đặt thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thể đòi hỏi kiến thức chuyên môn cao và kỹ thuật phức tạp.
Chi phí cao: Do yêu cầu về vật liệu và quá trình sản xuất phức tạp, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thể có chi phí cao hơn so với các thiết bị trao đổi nhiệt khác.
Khả năng tạo cặn: Trong một số trường hợp, dòng chảy của các chất tải nhiệt có thể gây ra sự tạo cặn trong các ống, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt.
Yêu cầu bảo trì thường xuyên: Do khả năng tạo cặn và áp lực chảy của các chất tải nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm đòi hỏi việc bảo trì thường xuyên để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Lọc hóa dầu: Sử dụng để trao đổi nhiệt trong quá trình sản xuất và chế biến dầu hóa dầu, giúp điều chỉnh nhiệt độ và kiểm soát quá trình phản ứng hóa học.
Nhiệt điện và thủy điện: Được sử dụng để trao đổi nhiệt trong quá trình sản xuất điện từ nhiệt hoặc nước.
Đóng tàu và hàng không: Ứng dụng trong hệ thống làm lạnh, làm nóng và kiểm soát nhiệt độ của các thiết bị và hệ thống trong tàu và máy bay.
Công nghiệp thực phẩm: Được sử dụng trong quá trình gia nhiệt, làm lạnh, và trao đổi nhiệt trong quá trình sản xuất thực phẩm và đồ uống.
Năng lượng: Trong ngành năng lượng, thiết bị này có thể được sử dụng trong các quá trình truyền nhiệt, làm nóng và làm lạnh trong quá trình sản xuất nhiên liệu và điện.
Quá trình ngưng tụ: Sử dụng trong các quá trình ngưng tụ và làm bay hơi để tách các thành phần khác nhau của một hỗn hợp.
Quá trình gia nhiệt: Được sử dụng để tăng nhiệt độ của một chất tải nhiệt thông qua quá trình trao đổi nhiệt.
Kiểm soát nhiệt độ trong quá trình sản xuất: Được sử dụng để duy trì và kiểm soát nhiệt độ trong các quá trình sản xuất công nghiệp khác nhau.
Công nghiệp hóa chất: Trong các quá trình sản xuất hóa chất, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ và tạo ra điều kiện tối ưu cho các phản ứng hóa học.

Xem thêm : Ứng dụng của ống truyền nhiệt trong công nghiệp