THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT (heat exchangers)

1.2 Quá trình truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt Xét bề mặt rắn có diện tích F (m2) ,độ dày δ (m) thiết bị trao đổi nhiệt Nhiệt lượng truyền từ chất trao nhiệt tới chất nhận nhiệt tính sau: Trong đó: tf1, tf2 (oC) nhiệt độ chất trao nhiệt chất nhận nhiệt (tf1 > tf2) α1, α2 (W/m2độ) hệ số tỏa nhiệt từ chất trao nhiệt tới bề mặt rắn từ bề mặt rắn tới chất nhận nhiệt λ (W/mđộ) hệ số dẫn nhiệt vật liệu chế tạo bề mặt rắn 1.3 Chức thiết bị trao đổi nhiệt tàu thủy Hâm dầu FO phục vụ máy chính, máy phát điện, nồi hơi… Làm mát dầu nhờn động Hâm nước cấp nồi Làm mát nước máy chính, máy phát điện Làm mát không khí tăng áp động Hâm nhiên liệu dầu nhờn trước lọc Hâm sấy không khí phục vụ thuyền viên Hâm nước nóng phục vụ sinh hoạt Sản xuất nước phục vụ sinh hoạt 1.4 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt Phân loại theo công dụng: bầu ngưng, bầu hâm, bầu làm mát (hay gọi sinh hàn) bầu chưng cất nước Phân loại theo hình dáng bên ngoài: thiết bị trao đổi nhiệt đặt đứng đặt nằm Phân loại theo kết cấu: thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống dạng Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lại phân loại thành thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống thẳng, dạng ống chữ U, dạng ống lồng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống xoắn  Phân loại theo hoàn nhiệt: gồm có thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hoàn nhiệt (chất trao nhiệt chất nhận nhiệt) thiết bị trao đổi nhiệt kiểu không hoàn nhiệt (chất trao nhiệt chất hoàn nhiệt hai loại công chất khác nhau)  Phân loại theo dòng chuyển động công chất: gồm có chuyển động chiều (cùng chiều, ngược chiều giao nhau), chuyển động hai chiều, nhiều chiều chuyển động hỗn hợp 1.5 Các loại thiết bị trao đổi nhiệt tàu thủy Thiết bị ngưng tụ  Thiết bị ngưng tụ 1.Đường nước biển vào 2.Đường nước biển Hơi nước vào Ống nước làm mát mặt sàng nắp bầu Bơm nước ngưng Bơm nước biển bơm chân không 10 Bộ làm lạnh không khí  Bầu hâm Khi tháo lắp phải ý quy định sau: Các đường ống tháo phải nút kín lại Các chi tiết tháo kiểm tra phải ghi lại Các chi tiết liên quan với tháo phải đánh dấu Đối với bầu hâm bầu ngưng phải ý lớp cách nhiệt, không để biến dạng rách hỏng Các chi tiết, bu lông tháo rời phải bảo quản tránh biến dạng thất lạc Khi tháo rời bề mặt phân cách hai môi chất lưu ý tránh làm hư hỏng gioăng kín, đặc biệt thiết bị trao đổi nhiệt dạng Kiểm tra dò tìm hư hỏng: Phương pháp quan sát mắt: sau làm bề mặt xem xét kỹ bề mặt chi tiết, bề mặt ống, mặt sàng để xác định hư hỏng, khuyết tật Có thể dùng phương pháp xác định vết rạn nứt, thủng nhỏ mà mắt thường khó phát hiện, phương pháp siêu âm từ tính Phương pháp phổ biến thử thủy lực: áp dụng để kiểm tra độ bền, độ kín chi tiết, mối nối, xác định vết nứt, rò bề mặt trao đổi nhiệt Các bước thử thủy lực: Tháo van, đồng hồ áp suất, nhiệt kế, van xả khí, van an toàn đường vào, thiết bị Thay vào mặt bích phụ để đảm bảo an toàn độ kín Nạp đầy vào thiết bị chất lỏng dùng để thử nước ngọt, dầu đốt 95oC, dầu nhờn 70oC… Dùng bơm có khả tạo áp suất cao lắp ráp vào cửa vào thiết bị để tạo áp suất Áp suất thử phải tuân theo yêu cầu kỹ thuật Thời gian thử áp suất thử 10 phút Áp suất làm việc (kG/cm2) Thiết bị Áp suất thử (kG/cm2) Độ bền Độ kín Bầu ngưng, bầu làm mát nước Bầu làm mát dầu nhờn 11 Bầu làm mát dầu nhờn hộp số 1.5 Bầu hâm 11 Thiết bị chưng cất nước 0,04–0,08 1,25 1,25 3.6 Một số hư hỏng thường gặp bầu hâm bầu làm mát STT Dạng hư hỏng Nguyên nhân Biện pháp khắc phục  Thân bầu,mặt sàng, đắp, gia công bề mặt Bị ăn mòn hoá học, điện nắp, chắn bị hoá, xâm thực, bào mòn  Hư hỏng nặng: thay ăn mòn, thủng Ống bị ăn mòn, thủng Do ăn mòn điện hoá, hoá  Số lượng < 15%, nút ống học  Số lượng > 15%, thay  Hư hỏng nhẹ: cần hàn Rạn nứt biến dạng Rạn nứt: hàn đắp Do ứng suất nhiệt, va chạm  Biến dạng nhỏ: nắn lại học  Biến dạng lớn: thay STT Dạng hư hỏng Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Do bị va đập học, ứng suất mỏi qua nhiều lần biến Thay dạng Gãy dập Do bị biến chất thời gian làm việc dài với Hỏng gioăng làm Thay to áp suất cao kín  Do sai sót lắp ráp Kẽm chống ăn mòn bị Do ăn mòn điện hoá mục, ăn mòn hết   Ép gioăng không chặt Dò rỉ môi chất  Gioăng bị biến dạng  Gờ bị hỏng Thay kẽm chống ăn mòn  Xiết lại êcu bulông  Thay gioăng  Sửa lại gờ ép gioăng  Nước rửa sử dụng nguồn nước phải có độ cứng mg đương lượng/lít, độ muối không vượt 180 mg Cl-/lít, không chứa vi trùng gây bệnh  Nước uống có yêu cầu cao hơn, phải suốt, bão hòa không khí, mùi vị khó chịu, không chứa chất gây tác hại với người vi trùng gây bệnh… Nước uống nước có hàm lượng muối chung 500 mg/lít, độ cứng không 3,5 mg đương lượng/l, hàm lượng clorua không 250mg Cl-/lit 4.2 Công dụng phân loại thiết bị chưng cất nước (TBCCN) 4.2.1 Công dụng:  Yêu cầu nước tàu xác định lượng tiêu thụ nước thuyền viên, hành khách, thiết bị lượng trình công nghệ chuyên dùng, sản lượng TBCCN, cần lớn lượng chi phí nước cho ngày đêm 1,2 - lần  Các chi phí không thu hồi nước rò rỉ nước nồi hơi, nước ngưng, việc chi phí thổi muội, chi phí qua van an toàn, bay trang trí động lực nước khoảng từ  2% sản lượng nồi Lượng tiêu thụ nước nồi ước chừng tấn/ngày đêm cho 1000 mã lực có ích  Trên trang trí động lực Diesel, tổn thất, nước chất ngưng tụ nồi tiết kiệm nồi phụ khoảng 2% sản lượng nồi Lượng tiêu thụ nước hệ thống làm mát động Diesel vào khoảng 0,2 tấn/ngày đêm cho 1000 mã lực có ích  Lượng tiêu thụ nước cho nhu cầu sinh hoạt thuyền viên hay hành khách 150 250 lít/ngày đêm Nếu sử dụng nước cho hệ thống vệ sinh lượng tiêu thụ nước tăng thêm 30 - 50 lít cho người ngày đêm  Trong trang trí động lực Diesel, để làm bay nước biển người sử dụng nhiệt nước làm mát Diesel lượng từ nồi tiết kiệm hay nồi phụ Trên tàu tuốc bin hơi, chất gia nhiệt thiết bị chưng cất thấp áp thải khỏi tuốc bin nước chính, tàu đậu thấp áp thải khỏi tuốc bin nước chính, tàu đậu tiết lưu từ sinh 4.2.2 Phân loại: Theo cách bay nước biển:  Thiết bị bay kiểu bề mặt Ở đây, để gia nhiệt làm cho nước bay hơi, người ta lắp cụm hâm nóng dạng ống, ống xoắn ruột gà hay dạng  Thiết bị bay với buồng bay kiểu không bề mặt buồng bay không bố trí cụm gia nhiệt Theo số cấp áp lực hồi thứ cấp: Các TBCCN chia loại cấp, hai cấp nhiều cấp Theo cách tận dụng nhiệt thứ cấp: Các TBCCN chia thiết bị hoàn nhiệt thiết bị không hoàn nhiệt Trong thiết bị bay không hoàn nhiệt, thứ cất ngưng tụ bầu ngưng tụ, bầu làm mát nước biển, nhiệt thứ cấp bị Để sử dụng nhiệt thiết bị bay hồi nhiệt chất ngưng tụ bơm từ bầu ngưng tụ lại gia nhiệt Đôi để hồi nhiệt thứ cấp ta dùng "máy nén nhiệt", nhờ lượng công tác nóng làm phần thứ cấp tăng áp nhiệt đô, sau dùng làm chất gia nhiệt Dấu hiệu phân loại Kiểu thiết bị hệ thống Công dụng hay chế độ công tác Bầu lọc nước công dụng chung Bầu bay (bổ sung nước cấp); bầu làm nước (để tạo nước uống nước rửa) Phương pháp bay Bay kiểu bề mặt, kiểu cụm ống hâm hay mặt hâm, bay kiểu không bề mặt (sôi) Mạch nước muối Chất gia nhiệt Tuần hoàn, chảy thẳng Hơi nước (từ nồi hơi, thải); nước làm mát động Diesel; Điện Áp suất thứ cấp (trong vỏ bầu bay TBCCN tiết kiệm độ chân không sâu (0,043 ÷ 0,075 at); TBCCCN dùng thải có độ chân không thấp (0,2 ÷ 0,3 at); TBCCCN áp suất dư (1,0 ÷ 2,0 cao hơn) Số cấp thứ cấp Số lần bay (bay kiểu bề mặt) Một cấp: nhiều cấp (kiểu bề mặt không bề mặt), với nén nhiệt thứ cấp Bay lần, bay hai lần Kiểu cụm gia nhiệt (bay kiểu bề mặt) theo kết cấu Ống ruột già, ống thẳng, ống phẳng, đàn hồi, (kiểu trống, kiểu hình hộp), đặt nằm ngang ống nước, ống hơi, kiểu đặt thẳng đứng - ống nước Cách ghép Theo mối liên hệ với hệ động lực nước Ghép thành tổ hợp, làm riêng rẽ Nối vào với hệ thống nhiệt (ở chế độ hành trình), độc lập) 4.3 Cơ sở lý thuyết trình hóa hơi nước 4.3.1 Ảnh hưởng áp suất tới nhiệt độ hóa hơi nước Khi áp suất thiết bị bay tăng làm cho nhiệt độ sôi nhiệt độ hóa hơi nước tăng Khi nhiệt độ sôi nước thiết bị bay tăng cáu cặn tạo bề mặt gia nhiệt tăng, làm giảm hệ số truyền nhiệt K làm giảm sản lượng Do tàu thủy, người ta thường sử dụng thiết bị bay kiểu chân không, nước biển tiến hành chưng cất nhiệt độ nhỏ 55oC 4.3.2 Ảnh hưởng tốc độ hóa áp suất đến độ Nước chưng cất nhận ngưng tụ thứ cấp (hơi nước biển), nước chưng cất bị nhiễm mặn nước biển mang theo hạt muối Khi hạt nước muối nước muối thiết bị bay có độ ngậm muối độ ngậm muối nước cất tỷ lệ bậc với độ ẩm thứ cấp độ ngậm muối nước muối Để giữ cho lượng clorua nước cất không 3mg Cl-/lít độ ngậm muối nước bầu bay 50000br, độ ẩm thứ cấp không vượt 0,01% Khi cường độ sôi tăng bóng lớn tốc độ tách chúng qua bề mặt bay lớn mang theo hạt nước muối lớn Lượng ẩm (nước muối) mang theo vào không gian phụ thuộc vào sức căng mặt nước bay Tăng sức căng bề mặt nước bay phụ tải bầu bay không ổn định lượng ẩm (tức nước muối) bị vào không gian tăng lên Không gian lớn độ ẩm nhỏ, hạt nước muối lớn vào không gian tác dụng lực trọng trường bị rơi trở lại phía dưới, thứ cấp làm khô chút Còn hạt muối nhỏ thứ cấp tác dụng lên, vận tốc hạt nước muối 4.4 Các loại hệ thống chưng cất nước tàu thủy 4.4.1 Hệ thống chưng cất nước với buồng bay kiểu bề mặt Nguồn gia nhiệt Khoang bay 3 Bình ngưng Bơm hút chân không Nước làm mát Bơm nước ngưng Nước biển vào Bơm hút nước muối 4.4.2 Hệ thống chưng cất nước với buồng bay kiểu không bề mặt Bầu hâm Bầu bay Bộ ngưng tụ kiểu bề mặt Bơm nước ngưng Đường cấp nước biển Bơm tuần hoàn nước muối 7 Đường xả nước muối ... kết cấu: thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống dạng Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lại phân loại thành thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống thẳng, dạng ống chữ U, dạng ống lồng thiết bị trao đổi nhiệt. .. loại theo hoàn nhiệt: gồm có thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hoàn nhiệt (chất trao nhiệt chất nhận nhiệt) thiết bị trao đổi nhiệt kiểu không hoàn nhiệt (chất trao nhiệt chất hoàn nhiệt hai loại...1.2 Quá trình truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt Xét bề mặt rắn có diện tích F (m2) ,độ dày δ (m) thiết bị trao đổi nhiệt Nhiệt lượng truyền từ chất trao nhiệt tới chất nhận nhiệt tính sau: Trong