trong đó: 22 1 11 1 ln 2 1 1 1 dd d d k i i i + + = + ,W/m 2 .K; (5-10) h - Chiều cao qui đổi của thùng, m; d 1 , d n+1 là đờng kính trong cùng và ngoài cùng của thùng, m; 1 - Hệ số toả nhiệt bên trong thùng ra nớc lạnh , W/m 2 .K; 2 - Hệ số toả nhiệt bên ngoài thùng, W/m 2 .K; t = t 1 - t 2 : Hiệu nhiệt độ không khí bên ngoài và nớc lạnh bên trong bình, o C; i - Hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu, W/m.K. STT Tên lớp vật liệu Độ dày, mm Hệ số dẫn nhiệt W/m.K 1 Lớp inox vỏ ngoài 0,5 ữ 0,6 45,3 2 Lớp polyurethan 100 ữ 150 0,018 ữ 0,020 3 Lớp vỏ inox thùng 3 ữ 4 45,3 DEFG 243 244 Chơng VI Thiết bị NGƯNG Tụ 6.1. vai trò, vị trí của các thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống lạnh 6.1.1 Vai trò thiết bi ngng tụ Thiết bị ngng tụ có nhiệm vụ ngng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng. Quá trình làm việc của thiết bị ngng tụ có ảnh hởng quyết định đến áp suất và nhiệt độ ngng tụ và do đó ảnh hởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống lạnh. Khi thiết bị ngng tụ làm việc kém hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hớng không tốt, cụ thể là: - Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lu tăng. - Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng. - Công nén tăng, mô tơ có thể quá tải - Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP có thể tác động ngừng máy nén, van an toàn có thể hoạt động. - Nhiệt độ cao ảnh hởng đến dầu bôi trơn nh cháy dầu. 6.1.2 Phân loại thiết bị ngng tụ Thiết bị ngng tụ có rất nhiều loại và nguyên lý làm việc cũng rất khác nhau. Ngời ta phân loại thiết bị ngng tự căn cứ vào nhiều đặc tính khác nhau. - Theo môi trờng làm mát. + Thiết bị ngng tụ làm mát bằng nớc. Để làm mát bằng nớc cấu tạo của thiết bị thờng có dạng bình hoặc dạng dàn nhúng trong các bể. + Thiết bị ngng tụ làm mát bằng nớc và không khí. Một số thiết bị ngng tụ trong đó kết hợp cả nớc và không khí để giải nhiệt, trong thiết bị kiểu đó vai trò của nớc và không khí có khác nhau: nớc sử dụng để giải nhiệt cho môi chất lạnh và không khí giải nhiệt cho nớc. Ví dụ nh dàn ngng tụ bay hơi, dàn ngng kiểu tới vv + Thiết bị ngng tụ làm mát bằng không khí. Không khí đối l u cỡng bức hoặc tự nhiên qua thiết bị và trao đổi nhiệt với môi chất. + Thiết bị ngng tụ làm mát bằng chất khác. Có thể thấy thiết bị kiểu này trong các hệ thống máy lạnh ghép tầng, ở đó dàn ngng chu 245 trình dới đợc làm lạnh bằng môi chất lạnh bay hơi của chu trình trên. - Theo đặc điểm cấu tạo: + Bình ngng tụ giải nhiệt bằng nớc. + Dàn ngng tụ bay hơi. + Dàn ngng kiểu tới. + Dàn ngng tụ làm mát bằng không khí. + Dàn ngng kiểu ống lồng ống. + Thiết bị ngng tụ kiểu tấm bản. - Theo đặc điểm đối lu của không khí: + Thiết bị ngng tụ làm mát nhờ đối lu tự nhiên + Thiết bị ngng tụ làm mát nhờ đối lu cỡng bức. Ngoài ra có thể có rất nhiều cách phân chia theo các đặc điểm khác nh: theo chiều chuyển động của môi chất lạnh và môi trờng giải nhiệt. Về cấu tạo cũng có nhiệt kiểu khác nhau nh kiểu ngng tụ bên ngoài bề mặt ống trao đổi nhiệt, bên trong ống trao đổi nhiệt hoặc trên các bề mặt phẳng. Dới đây chúng tôi xin giới thiệu một số thiết bị ngng tụ thờng đợc sử dụng nhất trong các hệ thống lạnh ở nớc ta. 6.2. THIếT Bị NGƯNG Tụ 6.2.1 Bình ngng giải nhiệt bằng nớc 6.2.1.1 Bình ngng ống chùm nằm ngang Bình ngng ống chùm nằm ngang là thiết bị ngng tụ đợc sử dụng rất phổ biến cho các hệ thống máy và thiết bị lạnh hiện nay. Môi chất sử dụng có thể là amôniắc hoặc frêôn. Đối bình ngng NH 3 các ống trao đổi nhiệt là các ống thép áp lực C 20 còn đối với bình ngng frêôn thờng sử dụng ống đồng có cánh về phía môi chất lạnh. 1. Bình ngng ống chùm nằm ngang NH 3 Trên hình 6-1 trình bày cấu tạo bình ngng sử dụng trong các hệ thống lạnh NH 3 . Bình ngng có thân hình trụ nằm ngang làm từ vật liệu thép CT 3 , bên trong là các ống trao đổi nhiệt bằng thép áp lực C 20 . Các ống trao đổi nhiệt đợc hàn kín hoặc núc lên hai mặt sàng hai đầu. Để có thể hàn hoặc núc các ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, nó phải có độ dày khá lớn từ 20ữ30mm. Hai đầu thân bình là các nắp bình. 246 Các nắp bình tạo thành vách phân dòng nớc để nớc tuần hoàn nhiều lần trong bình ngng. Mục đích tuần hoàn nhiều lần là để tăng thời gian tiếp xúc của nớc và môi chất; tăng tốc độ chuyển động của nớc trong các ống trao đổi nhiệt nhằm nâng cao hệ số toả nhiệt . Cứ một lần nớc chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bình thì gọi là một pass. Ví dụ bình ngng 4 pass, là bình có nớc chuyển động qua lại 4 lần (hình 6-2). Một trong những vấn đề cần quan tâm khi chế tạo bình ngng là bố trí số lợng ống của các pass phải đều nhau, nếu không đều thì tốc độ nớc trong các pass sẽ khác nhau, tạo nên tổn thất áp lực không cần thiết. 123 5 6 78 9 10 11 12 4 1- Nắp bình; 2- ống xả khí không ngng; 3- ống Cân bằng; 4- ống trao đổi nhiệt; 5- ống gas vào; 6- ống lắp van an toàn; 7- ống lắp áp kế ; 8- ống xả air của nớc; 9- ống nớc ra; 10- ống nớc vào; 11- ống xả cặn; 12- ống lỏng về bình chứa Hình 6-1 : Bình ngng ống chùm nằm ngang Các trang thiết bị đi kèm theo bình ngng gồm: van an toàn, đồng hồ áp suất với khoảng làm việc từ 0 ữ 30 kG/cm 2 là hợp lý nhất, đờng ống gas vào, đờng cân bằng, đờng xả khí không ngng, đờng lỏng về bình chứa cao áp, đờng ống nớc vào và ra, các van xả khí và cặn đờng nớc. Để gas phân bố đều trong bình trong quá trình làm việc đờng ống gas vào phân thành 2 nhánh bố trí 2 đầu bình và đờng ống lỏng về bình chứa nằm ở tâm bình. Nguyên lý làm việc của bình nh sau: Gas từ máy nén đợc đa vào bình từ 2 nhánh ở 2 đầu và bao phủ lên không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình. Bên trong bình gas quá nhiệt trao đổi nhiệt với nớc lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt và ngng tụ lại thành lỏng. Lỏng ngng tụ bao nhiêu lập tức chảy ngay về bình chứa đặt bên dới bình ngng. Một số hệ thống không có bình chứa 247 cao áp mà sử dụng một phần bình ngng làm bình chứa. Trong trờng hợp này ngời ta không bố trí các ống trao đổi nhiệt phần dới của bình. Để lỏng ngng tụ chảy thuận lợi phải có ống cân bằng nối phần hơi bình ngng với bình chứa cao áp. Hình 6-2: Bố trí đờng nớc tuần hoàn Tuỳ theo kích cỡ và công suất bình mà các ống trao đổi nhiệt có thể to hoặc nhỏ. Các ống thờng đợc sử dụng là: 27x3, 38x3, 49x3,5, 57x3,5. Từ bình ngng ngời ta thờng trích đờng xả khí không ngng đa đến bình xả khí, ở đó khí không ngng đợc tách ra khỏi môi chất và thải ra bên ngoài. Trong trờng hợp trong bình ngng có lọt khí không ngng thì áp suất ngng tụ sẽ cao hơn bình thờng, kim đồng hồ thờng bị rung. Các nắp bình đợc gắn vào thân bằng bu lông. Khi lắp đặt cần lu ý 2 đầu bình ngng có khoảng hở cần thiết để vệ sinh bề mặt bên trong các ống trao đổi nhiệt. Làm kín phía nớc bằng roăn cao su, đờng ống nối vào nắp bình bằng bích để có thể tháo khi cần vệ sinh và sửa chữa. Trong quá trình sử dụng bình ngng cần lu ý: - Định kỳ vệ sinh bình để nâng cao hiệu quả làm việc. Do quá trình bay hơi nớc ở tháp giải nhiệt rất mạnh nên tạp chất tích tụ ngày một nhiều, khi hệ thống hoạt động các tạp chất đi theo nớc vào bình và bám lên các bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. Vệ sinh bình có thể thực hiện bằng nhiều cách: ngâm Na 2 CO 3 hoặc NaOH để tẩy rửa, sau đó cho nớc tuần hoàn nhiều lần để vệ sinh. Tuy nhiên cách này hiệu quả không cao, đặc biệt đối với các loại cáu cặn bám chặt lên bề mặt ống. Có thể vệ sinh bằng cơ khí nh buộc các giẻ lau vào dây và hai ngời đứng hai phía bình kéo qua lại nhiều lần. 248 Khi lau phải cẩn thận, tránh làm xây xớc bề mặt bên trong bình, vì nh vậy cặn bẫn lần sau dễ dàng bám hơn. - Xả khi không ngng. Khí không ngng lọt vào hệ thống làm tăng áp suất ngng tụ do đó cần thờng xuyên kiểm tra và tiến hành xả khí không ngng bình. 2. Bình ngng môi chất Frêôn Bình ngng có ống trao đổi nhiệt bằng thép có thể sử dụng cho hệ thống frêôn, nhng cần lu ý là các chất frêôn có tính tẩy rửa mạnh nên phải vệ sinh bên trong đờng ống rất sạch sẽ và hệ thống phải trang bị bộ lọc cơ khí. Đối với frêôn an toàn và hiệu quả nhất là sử dụng bình ngng ống đồng, vừa loại trừ vấn đề tắc bẩn, vừa có khả năng trao đổi nhiệt tốt hơn, nên kích thớc bình gọn. Trên hình 6-3 giới thiệu các loại bình ngng ống đồng có cánh sử dụng cho môi chất frêôn. Các cánh đợc làm về phía môi chất frêôn. 3. u nhợc điểm và phạm vi sử dụng của bình ngng ống chùm nằm ngang 1- Nắp bình, 2,6- Mặt sàng; 3- ống TĐN; 4- Lỏng ra; 5- Không gian giứa các ống Hình 6-3a: Bình ngng frêôn 249 a): Kiểu mặt bích: 1- Vỏ; 2- Mặt sàng; 3- Nắp; 4- Bầu gom lỏng; 5- Van lấy lỏng; 6- Nút an toàn. b) Kiểu hàn : 1- ống trao đổi nhiệt có cánh; 2- Cánh tản nhiệt; 3- Vỏ; 4- Vỏ hàn vào ống xoắn; 5- Lỏng frêôn ra; 6- Hơi frêôn vào Hình 6-3b: Bình ngng frêôn Hình 6-3c: Bình ngng frêôn 250 * Ưu điểm - Bình ngng ống chùm nằm ngang, giải nhiệt bằng nớc nên hiệu quả giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt khá lớn q = 3000 ữ 6000 W/m 2 , k= 800ữ1000 W/m 2 .K, độ chênh nhiệt độ trung bình t = 5ữ6 K. Dễ dàng thay đổi tốc độ nớc trong bình để có tốc độ thích hợp nhằm nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, bằng cách tăng số pass tuần hoàn nớc. - Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trờng. - Cấu tạo chắc chắn, gọn và rất tiện lợi trong việc lắp đặt trong nhà, có suất tiêu hao kim loại nhỏ, khoảng 40ữ45 kg/m 2 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, hình dạng đẹp phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ công nghiệp. - Dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh, bảo dỡng và vận hành. - Có thể sử dụng một phần của bình để làm bình chứa, đặc biệt tiện lợi trong các hệ thống lạnh nhỏ, ví dụ nh hệ thống kho lạnh. - ít h hỏng và tuổi thọ cao: Đối với các loại dàn ngng tụ kiểu khác, các ống sắt thờng xuyên phải tiếp xúc môi trờng nớc và không khí nên tốc độ ăn mòn ống trao đổi nhiệt khá nhanh. Đối với bình ngng, do thờng xuyên chứa nớc nên bề mặt trao đổi nhiệt hầu nh luôn luôn ngập trong nớc mà không tiếp xúc với không khí. Vì vậy tốc độ ăn mòn diễn ra chậm hơn nhiều. * Nhợc điểm - Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngng không thích hợp vì khi đó đờng kính bình quá lớn, không đảm bảo an toàn. Nếu tăng độ dày thân bình sẽ rất khó gia công chế tạo. Vì vậy các nhà máy công suất lớn, ít khi sử dụng bình ngng. - Khi sử dụng bình ngng, bắt buộc trang bị thêm hệ thống nớc giải nhiệt gồm: Tháp giải nhiệt, bơm nớc giải nhiệt, hệ thống đờng ống nớc, thiết bị phụ đờng nớc vv nên tăng chi phí đầu t và vận hành. Ngoài buồng máy, yêu cầu phải có không gian thoáng bên ngoài để đặt tháp giải nhiệt. Quá trình làm việc của tháp luôn luôn kéo theo bay hơi nớc đáng kể, nên chi phí nớc giải nhiệt khá lớn, nớc thờng làm ẩm ớt khu lân cận, vì thế nên bố trí xa các công trình. 251 - Kích thớc bình tuy gọn, nhng khi lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảng không gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh và sửa chữa khi cần thiết. - Quá trình bám bẩn trên bề mặt đờng ống tơng đối nhanh, đặc biệt khi chất lợng nguồn nớc kém. Khi sử dụng bình ngng ống vỏ nằm ngang cần quan tâm chú ý hiện tợng bám bẩn bề mặt bên trong các ống trao đổi nhiệt, trong trờng hợp này cần vệ sinh bằng hoá chất hoặc cơ khí. Thờng xuyên xả cặn bẩn đọng lại ở tháp giải nhiệt và bổ sung nớc mới. Xả khí và cặn đờng nớc. 6.2.1.2 Bình ngng ống vỏ thẳng đứng 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Để tiết kiệm diện tích lắp đặt ngời ta sử dụng bình ngng ống vỏ đặt đứng. Cấu tạo tơng tự bình ngng ống chùm nằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụ thờng đợc chế tạo từ thép CT 3 , bên trong là các ống trao đổi nhiệt thép áp lực C 20 , kích cỡ 57x3,5, bố trí đều, đợc hàn hoặc núc vào các mặt sàng. Nớc đợc bơm bơm lên máng phân phối nớc ở trên cùng và chảy vào bên trong các ống trao đổi nhiệt. Để nớc chảy theo thành ống trao đổi nhiệt, ở phía trên các ống trao đổi nhiệt có đặt các ống hình côn. Phía dới bình có máng hứng nớc. Nớc sau khi giải nhiệt xong thờng đợc xả bỏ. Hơi quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên. Lỏng ngng tụ chảy xuống phần dới của bình giữa các ống trao đổi nhiệt và chảy ra bình chứa cao áp. Bình ngng có trang bị van an toàn, đồng hồ áp suất, van xả khí, kính quan sát mức lỏng. Trong quá trình sử dụng bình ngng ống vỏ thẳng đứng cần lu ý những h hỏng có thể xảy ra nh sự bám bẩn bên trong các ống trao đổi nhiệt, các cửa nớc vào các ống trao đổi nhiệt khá hẹp nên dễ bị tắc, cần định kỳ kiểm tra sửa chữa. Việc vệ sinh bình ngng tơng đối phức tạp. Ngoài ra khi lọt khí không ngng vào bình thì hiệu quả làm việc giảm, áp suất ngng tụ tăng vì vậy phải tiến hành xả khí không ngng thờng xuyên. Bình ngng ống vỏ thẳng đứng ít sử dụng ở nớc ta do có một số nhợc điểm quan trọng. 252 . trao đổi nhiệt trong hệ thống lạnh 6.1.1 Vai trò thiết bi ngng tụ Thiết bị ngng tụ có nhiệm vụ ngng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng. Quá trình làm việc của. sử dụng ống đồng có cánh về phía môi chất lạnh. 1. Bình ngng ống chùm nằm ngang NH 3 Trên hình 6-1 trình bày cấu tạo bình ngng sử dụng trong các hệ thống lạnh NH 3 . Bình ngng có thân hình. tạo, lắp đặt, vệ sinh, bảo dỡng và vận hành. - Có thể sử dụng một phần của bình để làm bình chứa, đặc biệt tiện lợi trong các hệ thống lạnh nhỏ, ví dụ nh hệ thống kho lạnh. - ít h hỏng và tuổi