Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là gì ? Khái niệm và cấu tạo chung?
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là một loại bộ trao đổi nhiệt dùng để trao đổi nhiệt giữa hai hoặc nhiều chất tải nhiệt. Các chất này được ngăn cách bởi các ống (tube) hoặc tấm (plate) để tránh sự pha trộn hoặc tiếp xúc trực tiếp. Điểm khác biệt của thiết bị dạng ống chùm là chất tải nhiệt được tách biệt thông qua biên dạng ống, đảm bảo hiệu quả truyền nhiệt.
Thiết bị này được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như:
- Nhiệt điện
- Lọc hóa dầu
- Điều hòa không khí
- Hóa chất
- Công nghiệp đóng tàu
Cấu tạo chung của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm?
Mặc dù có nhiều dạng khác nhau, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm đều có cấu tạo cơ bản tương đồng. Cấu trúc của thiết bị này được chia thành hai yếu tố chính: phần vỏ ngoài (Shell) và kiểu dòng chảy (Tube Side Channel).
Các bộ phận chính bao gồm:
- Ống trao đổi nhiệt: Đây là bộ phận quan trọng nhất, giúp truyền nhiệt giữa chất lỏng bên trong và bên ngoài ống. Các ống này thường được gắn vào mặt sàng ống thông qua phương pháp hàn hoặc nong ống. Vật liệu của ống thường là thép hợp kim, đồng hoặc nhôm, titan tùy theo ứng dụng cụ thể. Có hai loại ống trao đổi nhiệt được sử dụng: ống trơn hoặc ống có cánh, phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt của các lưu chất.
- Mặt sàng ống: Là tấm kim loại tròn, có lỗ để gắn các ống trao đổi nhiệt. Mặt sàng này có thể được làm từ thép, inox, hoặc titan để đảm bảo tính bền vững và khả năng chống ăn mòn.
- Vỏ và cửa lưu chất vào/ra: Phần vỏ chứa lưu chất bên ngoài ống, có nhiệm vụ đưa chất lỏng vào và ra khỏi thiết bị. Vỏ thường được chế tạo từ thép tấm có tiết diện hình tròn.
- Khoang đầu và đầu dẫn lưu chất: Đây là phần kiểm soát dòng chảy của lưu chất bên trong ống. Các khoang này thường được làm bằng hợp kim.
- Nắp đậy: Là tấm tròn, lắp với mặt bích của khoang đầu bằng bu lông.
- Tấm chia khoang: Sử dụng khi thiết bị được thiết kế với nhiều khoang ống. Tấm chia khoang giúp chia các dòng chảy trong thiết bị.
- Vách ngăn (Baffles): Có chức năng định vị các ống trao đổi nhiệt ở vị trí thích hợp, đồng thời giúp bó ống không bị rung lắc do sự chuyển động 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…
Theo Avil, tùy theo ứng dụng cụ thể mà có những dạng kết cấu của thiết bị trao đổi nhiệt như sau:
- Sử dụng cho nhiệt độ 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 nhiệt độ chênh lệch nhỏ: Dùng loại có chùm ống cố định với hai dòng chảy cho lưu thể ngoài ống, thích hợp cho những ứng dụng yêu cầu kiểm soát tốc độ lưu thể.
- Sử dụng cho quá trình ngưng tụ: Dùng loại có chùm ống cố định và vành bù giãn nở nhiệt để đảm bảo khả năng làm việc ổn định trong điều kiện chênh lệch nhiệt độ cao.
- Sử dụng cho nhiệt độ chênh lệch lớn và yêu cầu tốc độ lưu thể ngoài ống cao: Dùng loại ống trao đổi nhiệt hình chữ U với hai khoang lưu thể ngoài ống.
- Sử dụng để gia nhiệt hoặc ngưng tụ: Dùng loại thiết kế kiểu "ấm đun" (Kettle) cho quá trình gia nhiệt hoặc trao đổi nhiệt có sự ngưng tụ.
