Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: Ưu điểm và ứng dụng

Từ các nhà máy điện hạt nhân khổng lồ đến những chiếc tủ lạnh nhỏ gọn trong gia đình, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm đều có mặt. Với khả năng truyền nhiệt linh hoạt và hiệu quả, thiết bị này đã trở thành một trong những công cụ không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp như hóa chất, năng lượng, thực phẩm và chế biến.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là gì?

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng chùm là được thiết kế đặc biệt để chuyển nhiệt giữa các chất lỏng hoặc hạt hóa khác nhau mà không cần chúng tiếp xúc trực tiếp. Thiết bị có cấu trúc độc đáo với nhiều ống nhỏ xếp thành chùm, tạo điều kiện cho sự truyền nhiệt thông qua các ống một cách hiệu quả.

Bằng việc xếp chồng nhiều ống nhỏ thành cụm, thiết bị này tạo ra một diện tích tiếp xúc lớn giữa các chất lỏng, giúp quá trình truyền nhiệt diễn ra một cách hiệu quả và ổn định.

Khái niệm thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm bao gồm:

• Ống trao đổi nhiệt : Nơi mà sự chuyển đổi nhiệt độ giữa hai chất lỏng khác nhau diễn ra - một bên trong ống và một bên chảy ở bên ngoài ống. Ống trao đổi nhiệt chịu trách nhiệm chuyển giao lượng nhiệt từ một chất sang chất khác mà không cần chúng tiếp xúc trực tiếp.
• Tấm kim loại ống hay còn gọi là tubesheet: Một tấm kim loại tròn được chế tạo từ các vật liệu chất lượng như thép đen, thép hợp kim, inox, titan và các vật liệu khác tùy theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể. Tubesheet giữ và định vị chính xác các ống trao đổi nhiệt.
• Vỏ và cửa vào/ra trên vỏ thiết bị chứa lưu chất: Vỏ được chế tạo từ các tấm kim loại như thép tấm hoặc thép hợp kim và đảm bảo bảo vệ các ống bên trong, đồng thời kiểm soát dòng chảy của lưu chất.
• Cửa vào/ra trên vỏ là cổng hoặc ống tích hợp: Cho phép lưu chất chảy vào và ra khỏi thiết bị một cách hiệu quả, định hướng dòng chảy từ bên ngoài vào bên trong và ngược lại.
• Khoang chứa và đầu phun ống: Cũng như vách ngăn và thanh buộc giúp kiểm soát dòng chảy và tạo cấu trúc ổn định cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm. Đây là các thành phần không thể thiếu trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của hệ thống trao đổi nhiệt.

Cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Nguyên lý thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Khi áp dụng vào thiết kế trao đổi nhiệt dạng ống chùm, quá trình truyền nhiệt diễn ra theo các bước logic và hiệu quả. Lưu chất nóng, thường mang theo nhiệt độ cao, được dẫn vào khoang nóng của thiết bị, nơi nó sẽ tiếp xúc với bề mặt của các ống trao đổi nhiệt. Đồng thời, lưu chất lạnh, với nhiệt độ thấp hơn, được đưa vào khoang lạnh của thiết bị. Qua quá trình lưu chất lạnh lưu qua các ống, nó hấp thụ nhiệt từ lưu chất nóng thông qua bề mặt của ống.

Nguyên lý truyền nhiệt trong thiết bị này dựa trên việc chất nóng luôn truyền nhiệt cho chất lạnh, từ mức nhiệt độ cao xuống 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. Trong quá trình hoạt động, chất lạnh bên trong ống hấp thụ nhiệt và nóng lên, hoàn thành quá trình truyền nhiệt.

Tiếp theo, 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. Cuối cùng, chất nóng, sau khi đã truyền nhiệt cho chất lạnh, trở nên lạnh hơn và rời khỏi thiết bị, hoàn thành vòng tròn truyền nhiệt trong quá trình hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm.

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

Ưu điểm:

• Hiệu suất truyền nhiệt vượt trội: Khả năng cung cấp hiệu suất truyền nhiệt cao, tạo điều kiện lý tưởng cho việc trao đổi nhiệt hiệu quả giữa các chất tải nhiệt.
• Ngăn chặn pha trộn hiệu quả: Ngăn chặn hiệu quả 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 linh hoạt: Được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau nhờ tính linh hoạt và hiệu suất trao đổi nhiệt cao.
• Dễ dàng bảo trì và thay thế: Cấu trúc đơn giản của thiết bị giúp việc bảo trì và thay thế các ống hỏng trở nên dễ dàng hơn, tiết kiệm thời gian và chi phí.
• Điều chỉnh dòng chảy linh hoạt: Giúp điều chỉnh dòng chảy của chất tải nhiệt, giúp đạt hiệu suất tối ưu trong quá trình trao đổi nhiệt.

Nhược điểm:

• Kích thước lớn: Thiết bị có kích thước lớn hơn so với một số thiết bị trao đổi nhiệt khác, đặc biệt so với thiết bị dạng tấm.
• Thiết kế và lắp đặt phức tạp: Việc thiết kế và lắp đặt đòi hỏi kiến thức chuyên môn và kỹ thuật cao, gây khó khăn cho người thực hiện.
• Chi phí đầu tư cao: Do yêu cầu về vật liệu và quá trình sản xuất phức tạp, thiết bị này có thể đắt đỏ hơn so với các loại khác.
• Nguy cơ tạo cặn: Dòng chảy của chất tải nhiệt có thể dẫn đến tạo cặn trong ống, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt.
• Bảo trì thường xuyên cần thiết: Để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả, thiết bị này đòi h ỏi việc bảo trì thường xuyên do khả năng tạo cặn và áp lực chảy của chất tải nhiệt.

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

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

Được biết đến như loại bộ trao đổi nhiệt phổ biến và được ưa chuộng nhất trong ngành công nghiệp, thiết bị này có khả năng đa dạng với việc sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kim loại đến phi kim loại.

Với khả năng chịu áp suất từ chân không đến 6.000 psi và khả năng hoạt động ở nhiệt độ từ -250 độ C đến 800 độ C, bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm thích hợp cho nhiều ứng dụng truyền nhiệt trong quá trình sản xuất.

Thiết kế chắc chắn của bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống mang lại tính ổn định cao so với các loại thiết bị khác. Các ứng dụng phổ biến của thiết bị này bao gồm trong việc ngưng tụ, nấu hơi, làm lạnh, và bay hơi, tạo nên một hệ thống trao đổi nhiệt hiệu quả và đáng tin cậy trong quá trình vận hành công nghiệp.

Một số ứng dụng của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Qua bài viết trên hy vọng đã giúp bạn có thêm thông tin hữu ích về thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm cũng như những ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày của thiết bị này. Nếu có vấn đề gì cần tư vấn hãy liên hệ ngay với chúng tôi qua hotline 0943 380 388 - 0908 600 507, các nhân viên tư vấn sẽ hỗ trợ bạn nhanh nhất.