Khám phá cấu tạo bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm được đặt tên theo hai thành phần chính của nó, các ống tròn gắn bên trong một vỏ hình trụ. Vỏ trụ có thể được chế tạo từ tấm cuộn hoặc từ đường ống (đường kính lên đến 24 inch). Các ống này là ống có thành mỏng được sản xuất đặc biệt để sử dụng trong các bộ trao đổi nhiệt.

Các cấu tạo khác bao gồm: các kênh (đầu), tấm ống, vách ngăn, thanh giằng & miếng đệm, tấm ngăn vượt qua và khe co giãn ( khi được yêu cầu hoạt động). Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm chịu sự điều chỉnh của mã TEMA và ASME.

Cấu tạo về Ống :
Cấu tạo phần Ống có thể liền mạch hoặc hàn. Ống liền mạch được sản xuất trong một quá trình đùn, ống hàn được sản xuất bằng cách cuộn một dải thành hình trụ và hàn đường nối. Ống hàn thường tiết kiệm hơn.

Đường kính ống thông thường sẽ là 3/4 inch , 5/8 inch, và 1 inch. Có thể sử dụng các loại ống có đường kính nhỏ hơn nhưng thường sẽ khó làm sạch bằng cơ học hơn. Các ống có đường kính lớn hơn đôi khi được sử dụng để tạo điều kiện làm sạch cơ học hoặc để giảm áp suất thấp hơn.

Độ dày thành ống thông thường dao động từ 12 đến 16 BWG ( có độ dày từ 0,109 inch đến 0,065 inch). Ống có thành mỏng hơn (18 đến 20 BWG) được sử dụng khi vật liệu làm ống tương đối đắt tiền như titan

Ống có thể được vây để cung cấp nhiều bề mặt truyền nhiệt hơn . Ống thông lượng cao là ống có bề mặt đặc biệt để tăng cường truyền nhiệt ở một trong hai bên hoặc cả hai bên của thành ống. Các miếng chèn như băng xoắn có thể được lắp đặt bên trong ống để cải thiện khả năng truyền nhiệt

Đặc biệt bộ trao đổi nhiệt này khi xử lý chất lỏng nhớt trong điều kiện chảy tầng. Ống xoắn cũng có sẵn. Các ống này có thể cung cấp khả năng truyền nhiệt tăng cường trong các ứng dụng nhất định.

Về bảng tính

Các tấm bảng là các tấm hoặc vật rèn được khoan để tạo ra các lỗ thông qua đó các ống được đưa vào. Các ống được cố định một cách thích hợp vào tấm ống sao cho chất lỏng ở mặt vỏ không bị trộn lẫn với chất lỏng ở mặt ống. Các lỗ được khoan trên tấm ống thông thường theo một trong hai mẫu, hình tam giác hoặc hình vuông.

Khoảng cách giữa các tâm của lỗ ống được gọi là bước ống, thông thường bước răng của ống bằng 1,25 lần đường kính ngoài của ống. Các mũi ống khác thường được sử dụng để giảm sự giảm áp suất phía vỏ và để kiểm soát vận tốc của chất lỏng phía vỏ khi nó chảy qua bó ống. Sân tam giác thường được áp dụng nhất vì truyền nhiệt cao hơn và độ nhỏ gọn mà nó mang lại. Bước vuông tạo điều kiện làm sạch cơ học bên ngoài ống.

Bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm là bộ máy sẽ cần có hai bảng tính ngoại trừ các bó ống chữ U. Các ống được đưa vào qua các lỗ trên tấm ống và được giữ cố định tại vị trí bằng cách hàn hoặc giãn nở cơ học hoặc thủy lực. Mối nối cuộn là thuật ngữ phổ biến để chỉ mối nối tấm giữa ống với ống do sự giãn nở cơ học của ống so với tấm ống. Mối nối này thường đạt được nhất bằng cách sử dụng máy giãn nở con lăn, do đó thuật ngữ cuộn khớp. Ít thường xuyên hơn, các ống được mở rộng bởi các quá trình thủy lực để ảnh hưởng đến liên kết cơ học.

Các ống cũng có thể được hàn vào mặt trước hoặc mặt trong của bảng tính. Hàn độ bền chỉ ra rằng độ bền cơ học của mối nối được cung cấp chủ yếu bởi quy trình hàn và các ống chỉ được mở rộng nhẹ so với tấm ống để loại bỏ vết nứt nếu không sẽ tồn tại. Hàn kín chỉ ra rằng độ bền cơ học của mối nối được cung cấp chủ yếu bởi sự giãn nở của ống với các ống được hàn vào ống để bảo vệ chống rò rỉ tốt hơn.

Chi phí của các mối nối hàn kín thường được chứng minh là do tăng độ tin cậy, giảm chi phí bảo trì và ít rò rỉ quy trình hơn. Các mối nối hàn kín được yêu cầu khi sử dụng tấm phủ, khi sử dụng ống có độ dày thành dưới 16 BWG (0,065 inch) và đối với một số kim loại không thể mở rộng đủ để đạt được liên kết cơ học chấp nhận được (ví dụ: titan và Hợp kim 2205 )

Vách ngăn

Các vách ngăn có ba chức năng chính

1. 1.  hỗ trợ ống;
   2. duy trì khoảng cách giữa các ống
   3.  và hướng dòng chất lỏng theo kiểu mong muốn qua mặt vỏ.

Một đoạn, được gọi là đường cắt vách ngăn, được cắt đi để cho phép chất lỏng chảy song song với trục ống khi nó chảy từ không gian vách ngăn này sang không gian vách ngăn khác. Các vết cắt phân đoạn với chiều cao của phân đoạn xấp xỉ 25 phần trăm đường kính vỏ thường là tối ưu. Các đường cắt vách ngăn lớn hơn hoặc nhỏ hơn mức tối ưu thường dẫn đến dòng chảy bên vỏ phân bố kém với các dòng xoáy lớn, vùng chết phía sau vách ngăn và áp suất giảm cao hơn dự kiến

Khoảng cách giữa các vách ngăn phân đoạn được gọi là cao độ vách ngăn. Cao độ vách ngăn và đường cắt vách ngăn xác định vận tốc dòng chảy chéo và do đó tốc độ truyền nhiệt và giảm áp suất. Cao độ vách ngăn và đường cắt vách ngăn được lựa chọn trong quá trình thiết kế bộ trao đổi nhiệt để mang lại tốc độ chất lỏng và tốc độ truyền nhiệt cao nhất trong khi vẫn tôn trọng mức giảm áp suất cho phép.

Định hướng của đường cắt vách ngăn rất quan trọng đối với bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt theo chiều ngang. Khi sự truyền nhiệt của mặt bên của vỏ là nóng hoặc nguội hợp lý mà không thay đổi pha, thì mặt cắt vách ngăn phải nằm ngang. Điều này làm cho chất lỏng đi theo đường lên xuống và ngăn cản sự phân tầng với chất lỏng ấm hơn ở trên cùng của vỏ và chất lỏng mát hơn ở dưới cùng của vỏ. Đối với sự ngưng tụ ở phía vỏ, đường cắt vách ngăn đối với vách ngăn phân đoạn là thẳng đứng để cho phép nước ngưng chảy về phía đầu ra mà không bị ngăn chặn chất lỏng đáng kể bởi vách ngăn. Đối với việc luộc mặt vỏ, đường cắt vách ngăn có thể theo chiều dọc hoặc chiều ngang tùy thuộc vào dịch vụ.

Các loại vách ngăn khác đôi khi được sử dụng như: vách ngăn kép, vách ngăn ba phân đoạn, vách ngăn xoắn, vách ngăn EM và vách ngăn ROD. Hầu hết các loại vách ngăn này được thiết kế để cung cấp các đường dẫn dòng chất lỏng khác với dòng chảy chéo. Các loại vách ngăn này thường được sử dụng cho các điều kiện thiết kế bất thường. Các vách ngăn dọc đôi khi được cung cấp để phân chia vỏ tạo ra nhiều đường đi trên mặt vỏ. Loại bộ trao đổi nhiệt này đôi khi hữu ích trong các ứng dụng thu hồi nhiệt khi một số mặt vượt qua của vỏ cho phép đạt được nhiệt độ chéo.

Tie Rods và Spacers

Thanh buộc và miếng đệm được sử dụng vì hai lý do: 1) giữ cụm vách ngăn lại với nhau; và 2) duy trì khoảng cách vách ngăn đã chọn. Các thanh buộc được cố định ở một đầu vào tấm ống và ở đầu kia vào vách ngăn cuối cùng. Họ giữ cụm vách ngăn lại với nhau. Các miếng đệm được đặt trên các thanh giằng giữa mỗi vách ngăn để duy trì cao độ vách ngăn đã chọn. Số lượng thanh giằng và miếng đệm tối thiểu phụ thuộc vào đường kính của vỏ và kích thước của thanh giằng và miếng đệm

Bài viết trên chia sẽ về cấu tạo bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm, hy vọng mang lại thêm kiến thức hữu ích cho bạn!