Phân loại thiết bị trao đổi nhiệtPhân loại theo công dụng: bầu ngưng, bầu hâm, bầu làm mát hay còn gọi là sinh hàn và bầu chưng cất nước ngọt.. Không khí bên ngoài có thể lọt vào bầu ng
Trang 31.2 Quá trình truyền nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt
Xét một bề mặt rắn bất kỳ có diện tích F (m2) ,độ dày δ (m) trong một thiết bị trao đổi nhiệt Nhiệt lượng truyền từ chất trao nhiệt tới chất nhận nhiệt được tính như sau:
Trang 41.3 Chức năng của các thiết bị trao đổi nhiệt dưới tàu thủy
Hâm dầu FO phục vụ máy chính, máy phát điện, nồi hơi…
Làm mát dầu nhờn động cơ
Hâm nước cấp nồi hơi
Làm mát nước ngọt máy chính, máy phát điện
Làm mát không khí tăng áp động cơ
Hâm nhiên liệu và dầu nhờn trước khi lọc
Hâm sấy không khí phục vụ thuyền viên
Hâm nước nóng phục vụ sinh hoạt
Sản xuất nước ngọt phục vụ sinh hoạt
Trang 51.4 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt
Phân loại theo công dụng: bầu ngưng, bầu hâm, bầu làm mát (hay còn gọi là sinh hàn) và bầu chưng cất nước ngọt
Phân loại theo hình dáng bên ngoài: thiết bị trao đổi nhiệt đặt đứng và đặt nằm
Phân loại theo kết cấu: thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống và dạng tấm Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lại được phân loại thành thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống thẳng, dạng ống chữ U, dạng ống lồng
và thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống xoắn
Trang 6 Phân loại theo sự hoàn nhiệt: gồm có thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hoàn nhiệt (chất trao nhiệt cũng chính là chất nhận nhiệt) và thiết bị trao đổi nhiệt kiểu không hoàn nhiệt (chất trao nhiệt và chất hoàn nhiệt là hai loại công chất khác nhau).
Trang 7 Phân loại theo dòng chuyển động của công chất: gồm có chuyển động một chiều (cùng chiều, ngược chiều hoặc giao nhau), chuyển động hai chiều, nhiều chiều và chuyển động hỗn hợp.
Trang 81.5 Các loại thiết bị trao đổi nhiệt dưới tàu thủy
Thiết bị ngưng tụ
Trang 9 Thiết bị ngưng tụ
1.Đường nước biển vào
2.Đường nước biển ra
3 Hơi nước vào
4 Ống nước làm mát
5 mặt sàng
6 nắp bầu
7 Bơm nước ngưng
8 Bơm nước biển
9 bơm chân không
10 Bộ làm lạnh không khí
Trang 10 Bầu hâm
Trang 12 Bầu làm mát (bầu sinh hàn)
Trang 14 Thiết bị chưng cất
1 Nguồn gia nhiệt
2 Khoang bay hơi
3 Bình ngưng
4 Bơm hút chân không
5 Nước làm mát
6 Bơm nước ngưng
7 Nước biển vào
8 Bơm hút nước muối
Trang 15 Thiết bị chưng cất
Trang 161.6 Yêu cầu đối với thiết bị trao đổi nhiệt tàu thủy
Hệ số truyền nhiệt có giá trị càng lớn càng tốt
Trở kháng thủy lực càng nhỏ càng tốt
Bề mặt trao đổi nhiệt ít bị bám bẩn, dễ dàng làm sạch, dễ dàng sửa chữa
Bảo đảm ngăn cách các dòng môi chất nóng và lạnh tốt để tránh hiện tượng hai dòng môi chất hòa trộn vào nhau
Thiết bị phải đảm bảo an toàn khi vận hành, có tuổi thọ cao, có kết cấu đơn giản để dễ dàng lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng
Trang 182.1.2 Độ chân không trong bầu ngưng
Độ chân không trong bầu ngưng là phần chênh lệch áp suất giữa áp suất khí quyển và áp suất tuyệt đối trong bầu ngưng
h = b – p
Độ chân không ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt giáng của chu trình thiết bị động lực hơi nước, ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của tuabin hơi và của toàn bộ hệ động lực
Trang 19Hiệu suất nhiệt:
Suất tiêu hao hơi: (kg/kJ)
Trang 202.1.3 Lượng không khí trong bầu ngưng
Trong bầu ngưng không phải chỉ chứa mỗi hơi nước Không khí bên ngoài có thể lọt vào bầu ngưng qua các vị trí như: chỗ nối, chỗ lắp ráp không kín… tạo thành một lượng không khí hòa lẫn với hơi nước trong bầu ngưng
Nếu gọi Gkk (kg/h) là lượng hơi nước lọt vào bầu ngưng trong 1 giờ, Gh là lượng hơi nước ngưng tụ trong 1 giờ thì:
ε = Gkk/Gh (%)Được gọi là hàm lượng không khí tương đối
Trang 212.1.4 Hỗn hợp hơi nước – không khí và nhiệt độ hơi trong bầu ngưng
Pkk = 0,622.ε.PhTheo chiều hơi nước ngưng tụ, ε tăng dần và áp suất tổng P giảm dần vì Ph giảm dần còn Pkk tăng dần Ph giảm dần thì th cũng giảm đi tương ứng
Trang 222.1.5 Độ quá lạnh của nước ngưng
1
3 2
tk
1 – Bộ thu gom nước ngưng
2 – Bô làm lạnh không khí
3 – Đường thải hỗn hợp hơi nước - không khí
Độ chênh giữa nhiệt độ hơi bão hòa (th) ở áp suất P của hỗn hợp hơi nước - không khí khi đi vào bình ngưng và nhiệt độ nước ngưng tụ (tk) gọi là độ quá lạnh của nước ngưng.
∆tk = th – tk ( o C)
Độ quá lạnh phụ thuộc vào:
Kết cấu bầu ngưng
Tải trọng bầu ngưng
Trang 232.1.6 Độ hòa tan của ôxy và các khí khác vào trong nước
Theo định luật Genpi: lượng không khí hay chất khí khác b(mg/l) hòa tan vào trong nước đến mức bão hòa tỷ lệ thuận với hệ số hòa tan của khí ψk[(mg/l)/Kpa] và áp suất riêng phần của khí Pk’(kPa) trên bề mặt của nước
b = ψk.Pk’
Trang 24Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lượng hòa tan không khí (Pkk), ôxy (Po2) và khí axít cácbonic (Py) vào nhiệt độ của nước ở áp suất khí quyển.
Trang 252.1.7 Khối lượng hỗn hợp hơi nước – không khí được thải ra khỏi bình ngưng
Hỗn hợp hơi nước - không khí được thải ra khỏi bình ngưng ở bộ làm lạnh không khí Khi nhiệt độ giảm, thể tích hỗn hợp hơi nước - không khí giảm nên năng suất và chi phí năng lượng của thiết bị hút khí giảm
Gọi Ghh (Kg/h) là số lượng của hỗn hợp hơi nước-không khí được thải ra khỏi bầu ngưng
Ta có: Ghh = Gkk+ Gh” = (1 + 0,622.Ph”/Pkk”)Gkk
Thể tích của hỗn hợp thải ra: Vhh= Vkk= Vh” = (Rkk.Tkk.Gkk)/Pkk”
Lượng hơi thải ra ngoài cùng hỗn hợp là: Gh” = Vh”/vh = Vhh/vh
Trong đó vh (m3/kg) là thể tích riêng của hơi bão hòa ở nhiệt độ của hỗn hợp ra thh.
Trang 262.2 Phân loại bầu ngưng
Theo công chất ngưng tụ: bầu ngưng hơi nước, bầu ngưng công chất lạnh
Theo công dụng: bầu ngưng chính, bầu ngưng phụ, bầu ngưng ở các thiết bị chưng cất nước
Theo quá trình trao đổi nhiệt: bầu ngưng hỗn hợp, bầu ngưng gián tiếp
Theo áp suất bầu ngưng: bầu ngưng áp suất, bầu ngưng chân không
Theo hệ thống xả không khí và khí không ngưng tụ: bầu ngưng không có hệ thống xả khí, bầu ngưng có hệ thống xả khí
Theo chiều chuyển động của nước làm mát: bầu ngưng 1 chiều, bầu ngưng đổi chiều 1 lần, bầu ngưng đổi chiều nhiều lần
Theo dòng hơi đi: bầu ngưng có dòng hơi đi xuống, dòng hơi đi lên, dòng hơi đi sang 2 bên và dòng hơi đi vào tâm
Theo cấu tạo: bầu ngưng dạng ống và bầu ngưng dạng tấm
Trang 27Hơi ngưng
Nước ngưng
Bầu ngưng hỗn hợp
Trang 28Bầu ngưng đổi chiều 1 lầnBầu ngưng 1 chiều
Bầu ngưng đổi chiều nhiều lần
Hơi
Hơi
Trang 29Bầu ngưng có dòng hơi đi xuống (a) và đi lên (b)
(4)
(3)(2)
Không khíKhông khí
Nước ngưngNước ngưng
(4)
Trang 30Bầu ngưng có dòng hơi đi sang 2 bên (c) và đi vào tâm (d)
(1)
(1)
(2)(2)
(3)
Trang 312.3 Cấu tạo bầu ngưng
Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế bầu ngưng:
Nếu khối lượng và tốc độ hơi vào bầu ngưng lớn thì dãy ống đầu tiên bố trí thưa để giảm sức cản cho dòng hơi
Để tăng hệ số truyền nhiệt thì các ống dãy phía trên có thể bố trí các tấm chắn phụ (không phải vách ngăn) Các ống phía dưới cần được bố trí ở trên mực nước ngưng
Diện tích bề mặt bộ phận làm lạnh không khí bằng 4-5% cho mỗi phía khi không khí được thải ra
2 phía của bầu ngưng, còn thải 1 phía hay ở tâm thì giá trị đó bằng 5-7 % diện tích bề mặt làm mát chung
Vị trí bố trí ống hút không khí phải nằm ở trên thân bầu và không trùng với vị trí có vách ngăn
Trong bộ phận thu nước ngưng, trên đường ống dẫn tới bơm hút nước ngưng đặt 1 gờ chắn nước để ngăn ngừa sự xâm nhập của hơi vào bơm (gây e bơm) Bầu ngưng hiện đại được bố trí
bộ thu gom nước ngưng hoạt động theo nguyên lý tương tự
Trang 322.3.1 Kết cấu thân hơi
Thân hơi của các bầu ngưng tàu biển thường được chế tạo bằng thép hàn
Trong thời gian làm việc, thân hơi chịu tác dụng:
Ứng suất cơ do sự chênh áp giữa áp suất của khí quyển và áp suất hơi trong bầu ngưng
Ứng suất nhiệt
Do vậy, yêu cầu cơ bản đối với thân bầu là cứng, vững chắc và kín, cho nên thân bầu ngưng chính của tàu tua bin được chế tạo bằng thép với độ dày từ 10÷16mm và có các gờ cứng gia cường bố trí phía bên trong và bên ngoài
Ngoài ra, để chống ăn mòn bề mặt bên trong của thân bầu ngưng người ta phủ một lớp bảo vệ như sơn chống gỉ
Trang 332.3.2 Bộ phận bù trừ
Bộ phận bù trừ dùng để khắc phục hiện tượng dãn dài không đều giữa thân bầu và các ống
Trang 362.3.3 Gối tựa lò xo của bầu ngưng (để cố định bầu ngưng với nền móng)
Việc cố định bầu ngưng với nền móng phụ thuộc vào dạng liên kết giữa tua bin với bầu ngưng, nếu thân bầu ngưng và tua bin liên kết với bệ đỡ là cứng thì người ta sử dụng mối nối uốn cong hoặc trên thân bầu ngưng người ta dùng một số gối tựa mà miệng lỗ bulông dưới móng có hình ôvan để khi có sự giãn dài do nhiệt của thân hơi thì nó sẽ trượt theo bề mặt móng Khi bầu ngưng với tua bin đặt trên nền móng riêng biệt, bầu ngưng được lắp ráp trên các gối tựa lò xo
1 Vấu của bầu ngưng
2 Thân bầu ngưng
3 Long đen
4 Bulông điều chỉnh
5 Bệ
Trang 372.3.4 Mặt sàng
Được dùng để cố định cụm ống trao đổi nhiệt trong thân bầu, nó được chế tạo từ thép cán hoặc đồng chì Để đảm bảo độ cứng, độ kẹp chặt, độ kín ống thì bề dày mặt sàng thường từ 20÷35mm Mặt sàng có thể là loại cố đinh hoặc loại di động
Mặt sàng cố định
Các loại mặt sàng di động
Trang 392.3.6 Nắp bầu
Các nắp bầu do tiếp xúc với nước biển nên thường được chế tạo bằng gang có độ bền cao để giảm sự ăn mòn người ta phủ một lớp chống ăn mòn lên bề mặt tiếp xúc với phía nước biển và có gắn các miếng kẽm chống ăn mòn
Trang 402.3.7 Mặt sàng trung gian
Với các bầu ngưng lớn và dài, để ngăn ngừa ống võng xuống, người ta thường bố trí các mặt sàng trung gian, nó được chế tạo từ thép không gỉ (stainless steel) hoặc đồng thau (brass) với độ dày từ 15÷20mm và được cố định trong thân bầu nhờ các bulông hay hàn với các miệng góc bố trí trên 4÷6 điểm theo chu vi thân bầu ngưng, sự bố trí lỗ ống trong mặt sàng trung gian giống hệt như
sự bố trí lỗ ống trong mặt sàng chính, đường kính lỗ ống trên mặt sàng trung gian lớn hơn đường kính ngoài của ống là 0,2÷0,3mm
Mặt sàng trung gian và các kiểu bố trí mặt sàng trung gian 0,2÷0,3mm
Trang 412.3.8 Các ống trao đổi nhiệt và phương pháp cố định ống lên mặt sàng
Được chế tạo từ hợp kim đồng-niken hoặc nhôm Các ống được cố định lên mặt sàng bằng phương pháp nong ống (phổ biến), hàn, bắt ren hoặc kết hợp các phương pháp này
Các kiểu cố định ống trên mặt sàng
Trang 42Cố định ống với mặt sàng:
Cố định ống lên mặt sàng cần đảm bảo độ kín, mối liên kết phải chặt
Phương pháp cố định ống lên mặt sàng là nong ống
Phần nong ống phải thực hiện theo chiều sâu là 0,8 ÷ 0,9 độ dày mặt sàng
Mép lỗ trên mặt sàng cần làm cong hoặc vát mép
Độ kín, độ bền của mối nối phải được đảm bảo khi mức nong
ρ = 1 ÷ 1,5 % ρ = (∆1 - ∆2)100/do (%)
∆1(mm) là độ tăng đường kính trong của ống sau khi nong
∆2 = do – d2 là độ chênh lệch giữa đường kính lỗ trên mặt sàng và đường kính ngoài ống trước lúc nong, ∆2 = (1,5 ÷ 3)do/100
do(mm) là đường kính lỗ trên mặt sàng trước lúc nong
Để kiểm tra mối nong dùng calíp sau khi nong
Độ bền của mối nong được tăng lên khi gấp mép đầu
Ngoài ra, người ta còn dùng liên kết ống và mặt sàng bằng các vòng làm kín
Trang 43Bầu ngưng chân không
1 Đường nước biển vào; 2 Đường nước biển ra; 3 Hơi nước vào; 4
Ống nước làm mát; 5 Mặt sàng; 6 Nắp bầu; 7 Bơm nước ngưng; 8 Bơm cấp nước biển; 9 Bơm hút không khí; 10 Bộ làm lạnh không khí.
Trang 44Bầu ngưng áp lực
1 Nắp trước; 2 Vít xả khí; 3 Mặt sàng trước; 4 Bộ phận bù trừ; 5 Mặt sàng trung
gian; 6 Hơi vào; 7 Vỏ bầu ngưng; 8 Mặt sàng sau; 9 Gối tựa lò xo; 10 Nắp sau; 11 Cửa kiểm tra; 12 Vít xả đáy; 13 Nước làm mát ra; 14 Khoang nước ngưng; 15 Đường nước ngưng ra; 16 Nước làm mát vào; 17 Ống nước làm mát; 18 Kẽm chống ăn mòn.
Trang 45Bầu ngưng dạng tấm
1 Tấm đỡ trước; 2 Hơi nước vào; 3 Nước làm mát ra; 4 Nước làm mát vào; 5
Nước ngưng ra; 6 Tấm trao đổi nhiệt; 7 Thanh trượt; 8 Bu lông giữ; 9 Tấm đỡ sau;
10 Gioăng làm kín.
Trang 46Bầu ngưng công chất lạnh
1 Hơi công chất vào; 2 Van an toàn; 3 Van xả khí không ngưng; 4 Mặt sàng; 5
Gioăng cao su; 6 Nắp trước; 7 Đường nước làm mát ra; 8 Đường nước làm mát vào;
9 Êcu siết; 10 Vách ngăn; 11 Công chất lỏng ra; 12 Nhãn mác; 13 Bệ đỡ; 14 Cụm ống nước làm mát; 15 Mặt sàng trung gian; 16 Vỏ; 17 Bệ đỡ; 18 Bu lông siết; 19 Nắp sau.
Trang 472.4 Khai thác và bảo dưỡng bầu ngưng
2.4.1 Công tác chuẩn bị và đưa bầu ngưng vào làm việc
1 Công tác chuẩn bị
Trước khi đưa bầu ngưng vào làm việc cần phải vệ sinh sạch sẽ xung quanh và tiến hành:
Kiểm tra tình trạng sẵn sàng của các thiết bị
Kiểm tra kỹ lưỡng trạng thái bề mặt ngoài của thân và nắp để phát hiện các vết nứt, khuyết tật để kịp thời sửa chữa
Kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các bơm nước làm mát, bơm nước ngưng, bơm tạo độ chân không
Kiểm tra và hiệu chỉnh các đồng hồ chân không kế, áp kế, nhiệt kế, lưu lượng kế
Kiểm tra các van an toàn, van xả khí và các van chặn ở các vị trí làm việc sẵn sàng
Kiểm tra các mối lắp ghép, các gioăng làm kín, nếu phát hiện hư hỏng, dò rỉ thì phải thay thế hoặc xiết chặt hơn
Kiểm tra chất lượng của kẽm chống ăn mòn
Mở van xả nước đọng, nước ngưng
Trang 482 Công tác đưa bầu ngưng vào làm việc
Sau khi kiểm tra trạng thái sẵn sàng làm việc của bầu ngưng và các thiết bị của hệ thống ta tiến hành đưa bầu ngưng vào làm việc theo các bước sau:
Mở các van chặn trên đường ống nước biển làm mát BN và khởi động bơm nước biển làm mát
BN, điều chỉnh áp suất và lưu lượng cho phù hợp với chế độ tải của bầu ngưng
Mở van chặn và khởi động bơm hút chân không (bơm phun tia, bơm chân không vòng nước…)
Tiến hành tạo chân không cho bầu ngưng trong vòng 15 ÷ 20 phút (thời gian này tùy thuộc vào loại bầu ngưng)
Khi độ chân không đạt yêu cầu, mở van chặn trên đường nước ngưng rồi mở van hơi vào bầu ngưng
Khi nước ngưng xuất hiện trên đường ống nước ngưng thì khởi động bơm hút nước ngưng
Trang 492.4.2 Kiểm tra chất lượng và điều chỉnh chế độ công tác của bầu ngưng
1 Các thông số công tác cần phải quan tâm trong khi bầu ngưng làm việc
Nhiệt độ, áp suất, lưu lượng hơi vào bình ngưng
Nhiệt độ vào và ra, áp suất, lưu lượng nước làm mát
Áp suất và lưu lượng không khí được hút ra khỏi BN
Các thông số trên được chỉ thị trên các thiết bị đo gắn trên bầu ngưng và buồng điều khiển trung tâm
2 Điều chỉnh độ chân không trong bầu ngưng
Trong khi bầu ngưng làm việc cần theo dõi và điều chỉnh độ chân không trong bình ngưng
Nếu lưu lượng nước làm mát và năng suất của thiết bị hút khí không thay đổi thì độ chân không trong bầu ngưng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Phụ tải của bầu ngưng
Nhiệt độ nước làm mát bầu ngưng
Lượng không khí xuất hiện trong bầu ngưng
Trang 503 Đánh giá chất lượng công tác của bầu ngưng
Đánh giá chất lượng công tác của bình ngưng thông qua các giá trị nhiệt độ sau:
Nhiệt độ của hơi vào bầu ngưng (th)
Nhiệt độ của nước ngưng ra khỏi bầu ngưng (tk)
Nhiệt độ nước làm mát vào bầu ngưng (tv)
Nhiệt độ nước làm mát ra khỏi bầu ngưng (tr)
∆tk = th – tk (bằng 0,5 ÷ 1 với bầu ngưng hiện đại, 4 ÷ 8 với bầu ngưng cũ)
∆tlm = tr – tv (bằng 6 ÷ 10 với hệ động lực tuabin hơi, 20 ÷ 25 với máy hơi nước cũ)
Trang 512.4.3 Dừng bầu ngưng
Sau khi dừng tua bin hơi hoặc động cơ hơi nước ta tiến hành dừng bầu ngưng theo các bước:
Đóng tất cả các van chặn dẫn hơi đến bầu ngưng
Đóng các van chặn vào bơm phun tia
Dừng bơm nước ngưng
Dừng bơm nước làm mát bầu ngưng
Đóng các van chặn dẫn nước làm mát vào và ra khỏi bầu ngưng
Trang 533.1.2 Công dụng của bầu làm mát
Dùng để làm mát dầu nhờn
Dùng để làm mát nước ngọt làm mát cho động cơ Diesel lai máy chính, máy đèn
Dùng để làm mát gió tăng áp cho động cơ
Dùng để làm mát không khí nén giữa các cấp nén của máy nén và trước khi nạp vào chai gió
Trang 543.2 Phân loại bầu hâm và bầu làm mát
3.2.1 Phân loại bầu hâm (tham khảo phần phân loại thiết bị trao đổi nhiệt)
1 Phân loại theo công dụng
Bầu hâm nhiên liệu
Bầu hâm dầu nhờn
Bầu hâm nước ngọt
Bộ sưởi không khí
2 Phân loại theo cấu tạo
Bầu hâm dạng ống: gồm có bầu hâm kiểu ống thẳng, ống lồng, ống chữ U và ống xoắn
Bầu hâm dạng tấm