bài tập lớn thiết bị trao đổi nhiệt

NỘI DUNG PHẦN GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VAI TRÒ ,VỊ TRÍ , PHÂN LOẠI ,CÁC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ, TÌM HIỂU VỀ DÀN NGƯNG KIỂU TƯỚI PHẦN CƠNG THỨC TÍNH TỐN CHO PHẦN BÀI TẬP THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU TƯỚI PHẦN ÁP DỤNG GIẢI TỐN VÍ DỤ 2.4a Tr69 giáo trình TBTĐN PHẦN KẾT LUẬN VÀ XIN Ý KIẾN CỦA THẦY PHẦN : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VAI TRỊ ,VỊ TRÍ , PHÂN LOẠI ,CÁC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TÌM HIỂU VỀ DÀN NGƯNG KIỂU TƯỚI • GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VAI TRỊ ,VỊ TRÍ , PHÂN LOẠI, CÁC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ  o  • o o o o • o o o o o o Vai trò thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng Quá trình làm việc c thi ết b ị ngưng tụ có ảnh hưởng định đến áp suất nhiệt độ ngưng tụ ảnh hưởng đến hiệu độ an tồn làm việc toàn hệ thống lạnh Khi thiết bị ngưng tụ làm việc hiệu quả, thông số hệ thống thay đổi theo chiều hướng không tốt, cụ thể là: o Năng suất lạnh hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng o Nhiệt độ cuối q trình nén tăng o Cơng nén tăng, mơ tơ q tải o Độ an tồn giảm áp suất phía cao áp tăng, r le HP có th ể tác động ngừng máy nén, van an tồn hoạt động o Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn cháy dầu Phân loại thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ có nhiều loại nguyên lý làm việc khác Người ta phân loại thiết bị ngưng tự vào nhiều đặc tính khác Theo mơi trường làm mát Thiết bị ngưng tụ làm mát nước Để làm mát n ước c ấu tạo thiết bị thường có dạng bình dạng dàn nhúng bể Thiết bị ngưng tụ làm mát nước khơng khí Một số thiết b ị ngưng tụ kết hợp nước khơng khí để giải nhiệt, thiết bị kiểu vai trò nước khơng khí có khác nhau: n ước s dụng để giải nhiệt cho môi chất lạnh khơng khí giải nhiệt cho nước Ví dụ dàn ngưng tụ bay hơi, dàn ngưng kiểu tưới vv… Thiết bị ngưng tụ làm mát khơng khí Khơng khí đ ối l ưu c ưỡng tự nhiên qua thiết bị trao đổi nhiệt với môi chất Thiết bị ngưng tụ làm mát chất khác Có thể thấy thiết bị kiểu hệ thống máy lạnh ghép tầng, dàn ngưng chu trình làm lạnh mơi chất lạnh bay chu trình Theo đặc điểm cấu tạo: Bình ngưng tụ giải nhiệt nước Dàn ngưng tụ bay Dàn ngưng kiểu tưới Dàn ngưng tụ làm mát khơng khí Dàn ngưng kiểu ống lồng ống Thiết bị ngưng tụ kiểu • Theo đặc điểm đối lưu khơng khí : o o Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu tự nhiên Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu cưỡng MỘT SỐ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG NHẤT TRONG CÁC HỆ THỐNG LẠNH Ở NƯỚ C TA •  Bình ngưng ống chùm nằm ngang NH3 • Câú tạo Bình ngưng có thân hình trụ nằm ngang làm t v ật li ệu thép CT 3, bên ống trao đổi nhiệt thép áp lực C 20 Các ống trao đổi nhiệt hàn kín núc lên hai mặt sàng hai đầu Để có th ể hàn núc ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, phải có đ ộ dày lớn từ 20÷30mm Hai đầu thân bình nắp bình Các nắp bình tạo thành vách phân dòng nước để nước tuần hồn nhiều lần bình ngưng Mục đích tuần hồn nhiều lần để tăng thời gian tiếp xúc nước môi chất; tăng tốc độ chuyển động n ước ống trao đổi nhiệt nhằm nâng cao hệ số toả nhiệt alpha Cứ lần nước chuyển động từ đầu đến đầu bình gọi m ột pass Ví dụ bình ngưng pass, bình có nước chuy ển động qua l ại l ần (hình 6-2) Một vấn đề cần quan tâm chế tạo bình ngưng bố trí số lượng ống pass phải nhau, n ếu khơng tốc độ nước pass khác nhau, tạo nên t ổn th ất áp lực khơng cần thiết 1- Nắp bình; 2- Ống xả khí khơng ngưng; 3- Ống Cân bằng; 4- Ống trao đổi nhiệt; 5- Ống gas vào; 6- Ống lắp van an toàn; 7- Ống lắp áp k ế ; 8Ống xả air nước; 9- Ống nước ra; 10- Ống nước vào; 11- Ống x ả cặn; 12- Ống lỏng bình chứa Hình: Bình ngưng ống chùm nằm ngang o Các trang thiết bị kèm theo bình ngưng gồm: van an toàn, đ ồng h áp suất với khoảng làm việc từ ÷ 30 kG/cm2 hợp lý nhất, đường ống gas vào, đường cân bằng, đường xả khí khơng ngưng, đ ường lỏng bình chứa cao áp, đường ống nước vào ra, van xả khí c ặn đường nước Để gas phân bố bình trình làm việc đường ống gas vào phân thành nhánh bố trí đầu bình đ ường ống lỏng bình chứa nằm tâm bình • o o o o • Ngun lý làm việc bình sau Gas từ máy nén đưa vào bình từ nhánh đầu bao ph ủ lên không gian ống trao đổi nhiệt thân bình Bên bình gas nhiệt trao đổi nhiệt với nước lạnh chuyển động bên ống trao đổi nhiệt ngưng tụ lại thành lỏng Lỏng ngưng tụ chảy bình chứa đặt bên bình ngưng Một số hệ thống khơng có bình chứa cao áp mà sử dụng ph ần bình ngưng làm bình chứa Trong trường hợp người ta khơng bố trí ống trao đổi nhiệt phần bình Để lỏng ngưng tụ chảy thuận lợi phải có ống cân nối phần bình ngưng v ới bình ch ứa cao áp Hình 6-2: Bố trí đường nước tuần hồn Tuỳ theo kích cỡ cơng suất bình mà ống trao đổi nhiệt có th ể to nhỏ Các ống thường sử dụng là: Φ27x3, Φ38x3, Φ49x3,5, Φ57x3,5 Từ bình ngưng người ta thường trích đường xả khí khơng ng ưng đ ưa đến bình xả khí, khí khơng ngưng tách kh ỏi môi ch ất thải bên ngồi Trong trường hợp bình ngưng có lọt khí khơng ngưng áp suất ngưng tụ cao bình th ường, kim đ ồng h thường bị rung Các nắp bình gắn vào thân bu lông Khi lắp đặt cần l ưu ý đầu bình ngưng có khoảng hở cần thiết để vệ sinh bề m ặt bên ống trao đổi nhiệt Làm kín phía nước roăn cao su, đ ường ống nối vào nắp bình bích để tháo cần vệ sinh sửa chữa Trong trình sử dụng bình ngưng cần l ưu ý: o Định kỳ vệ sinh bình để nâng cao hiệu làm vi ệc Do trình bay nước tháp giải nhiệt mạnh nên tạp ch ất tích tụ ngày nhiều, hệ thống hoạt động tạp chất theo n ước vào bình bám lên bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm hiệu trao đổi nhiệt Vệ sinh bình thực nhiều cách: ngâm Na2CO3 NaOH để tẩy rửa, sau cho nước tuần hồn nhiều lần o để vệ sinh Tuy nhiên cách hiệu không cao, đặc biệt đối v ới loại cáu cặn bám chặt lên bề mặt ống Có thể vệ sinh khí buộc giẻ lau vào dây hai người đứng hai phía bình kéo qua lại nhiều lần Khi lau phải cẩn thận, tránh làm xây x ước bề m ặt bên bình, cặn bẫn lần sau dễ dàng bám h ơn Xả khơng ngưng Khí khơng ngưng lọt vào hệ thống làm tăng áp suất ng ưng t ụ cần thường xuyên kiểm tra tiến hành xả khí khơng ngưng bình  BÌNH NGƯNG MƠI CHẤT FRÊƠN • CẤU TẠO Bình ngưng có ống trao đổi nhiệt thép sử dụng cho hệ thống frêôn, cần lưu ý chất frêơn có tính tẩy r ửa m ạnh nên phải vệ sinh bên đường ống hệ th ống ph ải trang bị lọc khí Đối với frêơn an tồn hiệu sử dụng bình ngưng ống đồng, vừa loại trừ vấn đề tắc bẩn, vừa có khả trao đổi nhiệt tốt hơn, nên kích thước bình gọn Trên hình 6-3 giới thiệu loại bình ngưng ống đ ồng có cánh s dụng cho mơi chất frêơn Các cánh làm phía mơi ch ất frêơn 1- Nắp bình, 2,6- Mặt sàng; 3- ống TĐN; 4- Lỏng ra; 5- Khơng gian gi ứa ống Hình : Bình ngưng frêơn 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; 2Cánh tản nhiệt; 3- Vỏ; 4- Vỏ hàn vào ống xoắn; 5- Lỏng frêơn ra; 6Hơi frêơn vào Hình 6-3b: Bình ngưng frêơn Hình: Bình ngưng frêơn • o Ưu điểm Bình ngưng ống chùm nằm ngang, giải nhiệt nước nên hiệu giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt lớn q = 3000 ÷ 6000 W/m2, k= 800÷1000 W/m2.K, độ chênh nhiệt độ trung bình delta t = ÷6 K Dễ dàng thay đổi tốc độ nước bình để có tốc độ thích h ợp nh ằm o o o o o • o o o o o  • nâng cao hiệu trao đổi nhiệt, cách tăng s ố pass tu ần hoàn nước Hiệu trao đổi nhiệt ổn định, phụ thuộc vào nhi ệt độ môi trường Cấu tạo chắn, gọn tiện lợi việc lắp đặt nhà, có suất tiêu hao kim loại nhỏ, khoảng 40 ÷45 kg/m2 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, hình dạng đẹp phù hợp với yêu cầu th ẩm mỹ công nghiệp Dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh, bảo dưỡng vận hành Có thể sử dụng phần bình để làm bình chứa, đặc biệt tiện lợi hệ thống lạnh nhỏ, ví dụ hệ thống kho lạnh Ít hư hỏng tuổi thọ cao: Đối với loại dàn ngưng t ụ ki ểu khác, ống sắt thường xuyên phải tiếp xúc mơi trường nước khơng khí nên tốc độ ăn mòn ống trao đổi nhiệt nhanh Đối với bình ng ưng, thường xuyên chứa nước nên bề mặt trao đổi nhiệt hầu nh luôn ngập nước mà khơng tiếp xúc với khơng khí Vì t ốc độ ăn mòn diễn chậm nhiều Nhược điểm Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngưng khơng thích h ợp đường kính bình q lớn, khơng đảm bảo an tồn Nếu tăng độ dày thân bình khó gia cơng chế tạo Vì nhà máy cơng su ất lớn, sử dụng bình ngưng Khi sử dụng bình ngưng, bắt buộc trang bị thêm hệ th ống n ước gi ải nhiệt gồm: Tháp giải nhiệt, bơm nước giải nhiệt, hệ thống đường ống nước, thiết bị phụ đường nước vv… nên tăng chi phí đầu t vận hành Ngoài buồng máy, yêu cầu phải có khơng gian thống bên ngồi để đặt tháp giải nhiệt Q trình làm việc tháp ln ln kéo theo bay nước đáng kể, phí nước giải nhiệt l ớn, nước thường làm ẩm ướt khu lân cận, nên bố trí xa cơng trình Kích thước bình gọn, lắp đặt bắt buộc phải đ ể dành khoảng không gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh s ửa ch ữa cần thiết Quá trình bám bẩn bề mặt đường ống tương đối nhanh, đặc biệt chất lượng nguồn nước Khi sử dụng bình ngưng ống vỏ nằm ngang cần quan tâm ý tượng bám bẩn bề mặt bên ống trao đổi nhiệt, tr ường hợp cần vệ sinh hố chất khí Th ường xun x ả cặn bẩn đọng lại tháp giải nhiệt bổ sung nước Xả khí cặn đường nước BÌNH NGƯNG ỐNG VỎ THẲNG ĐỨNG CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC o o • o o o o Để tiết kiệm diện tích lắp đặt người ta sử dụng bình ngưng ống v ỏ đặt đứng Cấu tạo tương tự bình ngưng ống chùm n ằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụ thường chế tạo từ thép CT 3, bên ống trao đổi nhiệt thép áp lực C 20, kích cỡ Φ57x3,5, bố trí đều, hàn núc vào mặt sàng Nước bơm bơm lên máng phân phối nước chảy vào bên ống trao đổi nhiệt Để nước chảy theo thành ống trao đổi nhiệt, phía ống trao đổi nhiệt có đặt ống hình Phía bình có máng h ứng n ước Nước sau giải nhiệt xong thường xả bỏ H nhiệt sau máy nén vào bình từ phía Lỏng ngưng tụ chảy xuống ph ần bình ống trao đổi nhiệt chảy bình ch ứa cao áp Bình ngưng có trang bị van an tồn, đồng hồ áp suất, van x ả khí, kính quan sát mức lỏng Trong trình sử dụng bình ngưng ống vỏ thẳng đứng cần l ưu ý hư hỏng xảy bám bẩn bên ống trao đổi nhiệt, cửa nước vào ống trao đổi nhiệt hẹp nên dễ b ị tắc, cần định kỳ kiểm tra sửa chữa Việc vệ sinh bình ngưng tương đối phức tạp Ngồi lọt khí khơng ngưng vào bình hi ệu qu ả làm việc giảm, áp suất ngưng tụ tăng phải tiến hành xả khí khơng ngưng thường xun Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng s d ụng nước ta có số nhược điểm quan trọng Ưu điểm Hiệu trao đổi nhiệt lớn, phụ tải nhiệt bình đ ạt 4500 W/m2 độ chênh nhiệt độ 4÷5K, tương ứng hệ số truyền nhiệt k = 800÷1000 W/m2.K Thích hợp cho hệ thống cơng suất trung bình lớn, khơng gian l ắp đặt chật hẹp, phải bố trí bình ngưng trời Do ống trao đổi nhiệt đặt thẳng đứng nên kh ả bám b ẩn so với bình ngưng ống chùm nằm ngang, khơng u c ầu chất lượng nguồn nước cao Do kết cấu thẳng đứng nên lỏng môi chất dầu ch ảy thuận lợi , việc thu hồi dầu dễ dàng Vì bề mặt trao đổi nhiệt nhanh chóng giải phóng môi chất làm mát  1- Ống cân bằng, 2- Xả khí khơng ngưng, 3- Bộ phân ph ối n ước, 4- Van an toàn; 5- Ống TĐN, 6- áp kế, 7- Ống thuỷ, 8- B ể n ước, 9- Bình ch ứa cao áp Hình 6-4 : Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng Nhược điểm Vận chuyển, lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp Lượng nước tiêu thụ lớn nên thích hợp n có ngu ồn nước dồi rẻ tiền Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngưng kiểu khơng thích hợp, kích thước cồng kềnh, đường kính bình q lớn khơng đ ảm bảo an toàn THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG • CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC o Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống dạng thiết bị ng ưng t ụ giải nhiệt nước, chúng sử dụng rộng rãi máy lạnh nhỏ, đặc biệt máy điều hồ khơng khí cơng su ất trung bình Thiết bị gồm 02 ống lồng vào thường cuộn lại cho gọn Nước chuyển động ống bên trong, môi chất lạnh chuyển động ngược lại phần không gian ống Ống thường sử dụng ống đ ồng (hệ thống frêơn) sử dụng ống thép • o o o o •  • o o Hình 6-5: Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống ƯU nhược điểm: Có hiệu trao đổi nhiệt lớn, gọn Tuy nhiên chế tạo tương đối khó khăn, ống lồng vào sau cuộn l ại cho g ọn, n ếu khơng có biện pháp chế tạo đặc biệt, ống dễ bị móp, nh ất ống lớn ngoài, dẫn đến tiết diện bị co thắt, ảnh hưởng đến s ự l ưu chuyển môi chất bên Do môi chất chuy ển đ ộng vào ống nên lưu lượng nhỏ, thiết bị ngưng tụ kiểu ống l ồng ống thích hợp hệ thống nhỏ trung bình THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU TẤM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Thiết bị ngưng tụ kiểu ghép từ nhiều kim loại ép chặt với nhờ hai nắp kim loại có độ bề cao Các t ấm đ ược d ập gợn sóng Mơi chất lạnh nước giải nhiệt bố trí xen kẽ Cấu tạo gợn sóng có tác dụng làm rối dòng chuyển động mơi chất tăng hệ số truyền nhiệt đồng thời tăng độ bền Các có chiều dày mỏng nên nhiệt trở dẫn nhiệt bé, diện tích trao đổi nhiệt lớn Thường 02 hàn ghép với thành panel Môi chất chuyển động bên trong, n ước chuy ển động khoảng hở panel lắp đặt Trong trình sử dụng cần lưu ý tượng bám bẩn bề m ặt ngồi panel (phía đường nước) nên cần định kỳ m vệ sinh sử dụng nguồn nước có chất lượng cao Có th ể vệ sinh cáu bẩn 10 bên hoá chất, sau rửa hố chất cần trung hồ r ửa để khơng gây ăn mòn làm hỏng panel • o o o • o o  • o o Ưu điểm: Do ghép từ mỏng nên diện tích trao đổi nhiệt lớn, cấu tạo gọn Dễ dàng tháo lắp để vệ sinh sửa chữa thay Có th ể thêm b ớt số panel để thay đổi công suất giải nhiệt cách dễ dàng Hiệu trao đổi nhiệt cao, tương đương bình ngưng ống v ỏ amơniắc, Nhược điểm: Chế tạo khó khăn Cho đến có hãng n ước ngồi có kh ả chế tạo dàn ngưng kiểu Do thiếu ph ụ tùng có sẵn để thay sửa chữa Khả rò rỉ đường nước lớn số đệm kín nhiều THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU BAY HƠI CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: Trên hình 6-7 trình bày cấu tạo dàn ngưng tụ bay h Dàn ng ưng gồm cụm ống trao đổi nhiệt ống thép áp lực C 20 Kích cỡ ống thường sử dụng Φ38x3,5; Φ49x3,5 Φ57x3,5 Toàn cụm ống đặt khung thép U vững chắc, phía bể n ước tuần hồn để giải nhiệt, phía dàn phun nước, chắn nước quạt hút gió Để chống ăn mòn, ống trao đổi nhiệt nhúng kẽm nóng bề mặt bên ngồi Hơi mơi chất vào ống góp phía vào dàn ống trao đ ổi nhiệt ngưng tụ chảy bình chứa cao áp phía d ưới Thiết b ị làm mát nhờ hệ thống nước phun từ vòi phun phân bố phía cụm ống trao đổi nhiệt N ước sau trao đ ổi nhiệt với mơi chất lạnh, nóng lên giải nhiệt nh khơng khí chuyển động ngược lại từ lên, nhiệt độ n ước khơng đổi Tồn nhiệt Q k mơi chất khơng khí mang thải ngồi Khơng khí chuyển động cưỡng nh qu ạt đặt phía phía Đặt quạt phía (quạt th ổi), q trình làm việc khơng sợ quạt bị nước làm ướt, đặt phía (quạt hút) dễ bị nước theo làm ướt giảm tuổi th ọ Tuy nhiên đặt phía gọn dễ chế tạo nên th ường đ ược s dụng Trong trình trao đổi nhiệt lượng lớn n ước bốc h bị theo khơng khí, phải thường xun c ấp n ước bổ sung cho bể Phương pháp cấp nước hoàn toàn tự động nh van phao Bộ chắn nước có tác dụng chắn giọt n ước bị theo khơng khí ngồi, nhờ tiết kiệm nước tránh làm ướt quạt Bộ 11 o o o o o o chắn nước làm tơn mỏng gập theo đường dích dắc, khơng khí qua chắn va đập vào chắn đồng th ời rẽ dòng liên tục nên hạt nước tính rơi xu ống l ại phía Sau tuần hồn khoảng 2/3 dàn ống trao đổi nhiệt, m ột ph ần l ớn gas hoá lỏng, để nâng cao hiệu trao đổi nhiệt c ần tách lượng lỏng trước, giải phóng bề mặt trao đổi nhi ệt phía sau cho lượng chưa ngưng lại Vì vị trí người ta bố trí ống góp lỏng trung gian, để gom dịch lỏng cho chảy thẳng ống góp lỏng phía trực tiếp bình chứa, phần lại tiếp tục ln chuyển theo 1/3 cụm ống lại Tồn phía ngồi dàn ống cụm dàn phun có v ỏ bao che tơn tráng kẽm Ống góp lỏng trung gian sử dụng làm nơi đặt ống cân b ằng Trước nhiều xí nghiệp đông lạnh nước ta thường hay sử d ụng dàn ngưng tụ bay sử dụng quạt ly tâm đặt phía d ưới Tuy nhiên chúng tơi nhận thấy quạt có cơng suất mơ t l ớn, tốn 1- Ống trao đổi nhiệt; 2- Dàn phun nước; 3- Lồng quạt; 4- Mô t qu ạt; 5- Bộ chắn nước;6-Ống gas vào; 7-Ống góp; 8-Ống cân b ằng; 9-Đ ồng hồ áp suất; 10- Ống lỏng ra; 11- Bơm nước; 12-Máng hứng n ước; 13Xả đáy bể nước; 14- Xả tràn Hình : Thiết bị ngưng tụ bay Năng suất nhiệt riêng dàn ngưng kiểu t ưới không cao l ắm, khoảng 1900÷2300 W/m2, hệ số truyền nhiệt k =450÷600 W/m2.K Trong trình sử dụng cần lưu ý, mũi phun có kích th ước nh ỏ nên dễ bị tắc bẩn Khi số mũi bị tắc số vùng c cụm ống trao đổi nhiệt không làm mát tốt, hiệu trao đổi nhi ệt gi ảm rỏ rệt, áp suất ngưng tụ lớn bất thường Vì ph ải ln ln 12 kiểm tra, vệ sinh thay vòi phun bị hỏng Cũng nh bình ngưng, mặt ngồi cụm ống trao đổi nhiệt sau th ời gian làm việc có tượng bám bẩn, ăn mòn nên phải định kỳ v ệ sinh sửa chữa thay Ưu điểm Do cấu tạo dạng dàn ống nên cơng suất thiết kế đạt lớn mà khơng bị hạn chế lý Hiện nhiều xí nghi ệp chế biến thuỷ sản nước ta sử dụng dàn ngưng tụ bay h cơng su ất đạt từ 600÷1000 kW So với thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ bay h tiêu t ốn nước hơn, nước sử dụng theo kiểu tuần hồn Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an tồn Dễ dàng chế tạo, vận hành sửa chữa • o o o o Nhược điểm • Do suất lạnh riêng bé nên suất tiêu hao vật liệu lớn Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với n ước khơng khí, mơi trường ăn mòn mạnh, nên chóng bị hỏng Do bắt buộc phải nhúng kẽm nóng để chống ăn mòn Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng thay đ ổi theo mùa năm Chỉ thích hợp lắp đặt ngồi trời, q trình làm việc, khu v ực n ền không gian xung quanh thường bị ẩm ướt, c ần l ắp đ ặt v ị trí riêng biệt tách hẳn cơng trình o o o o • • Dàn ngưng kiểu tưới(MÔI CHẤT NH3) Cấu tạo nguyên lý làm việc : + Là thiết bị ngưng tụ mà nhiệt độ môi chất ngưng tụ ống tỏa truyền qua vách ống cho nước làm mát chảy bề mặt ống dạng màng mỏng nhiệt ngưng tụ truyền từ bề mặt ống làm cho nước nóng lên bay phần + Nguyên lý (hình 7.9): 13 Nước từ thiết bị cấp nước chảy xuống thành màng bao quanh ống Phần nước lại rơi xuống máng hứng tháo b ớt Phần nước bay mbh cần bù lượng nước bổ sung mbs Bơm hút nước tuần hồn hòa với nước lạnh đ ược b ơm lên máng phân phối Lượng nước lạnh bổ sung lượng n ước bay h lượng nước chảy tràn o Trên hình 6-8 trình bày cấu tạo dàn ngưng kiểu t ưới Dàn g ồm m ột cụm ống trao đổi nhiệt ống thép nhúng kẽm nóng đ ể tr ần, khơng có vỏ bao che, có nhiều ống góp hai đầu Phía dàn m ột máng phân phối nước dàn ống phun, phun nước xuống Dàn ống thường đặt phía bể chứa nước Nước b ơm bơm từ bể lên máng phân phối nước Máng phân ph ối n ước làm thép có đục nhiều lổ có dạng c ưa Nước chảy tự theo lổ xối lên dàn ống trao đổi nhiệt Nước sau trao đổi nhiệt khơng khí đối lưu tự nhiên gi ải nhiệt tr ực tiếp dàn Để tăng cường giải nhiệt cho nước nắp bể người ta đặt lưới tre đan 14 o o Gas nhiệt vào dàn ống từ phía trên, ngưng tụ dần ch ảy ống góp lỏng phía dưới, sau dẫn bình ch ứa cao áp Ở dàn ngưng có lắp đặt van an tồn, đồng hồ áp suất van xả khí khơng ngưng Dàn ngưng tụ kiểu tưới có ống trích lỏng trung gian đ ể gi ải phóng bề mặt trao đổi nhiệt phía , tăng hiệu trao đổi nhiệt Hình 6-8: Dàn ngưng kiểu tưới 15 o o o o o • o o o • o Trong trình hoạt động cần lưu ý hư hỏng có th ể xảy đối v ới dàn ngưng kiểu tưới sau: Hiện tượng bám bẩn ăn mòn bề mặt Cặn bẩn đọng lại bể hứng nước cần phải xả bỏ vệ sinh b ể thường xuyên Các lỗ phun bị tắc bẩn cần phải kiểm tra vệ sinh Nhiệt độ nước bể tăng cao, ảnh hưởng đến trình trao đổi nhiệt, nên luôn xả bỏ phần bổ sung n ước m ới l ạnh h ơn Ưu điểm Hiệu trao đổi nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt đạt 700 ÷ 900 W/m2.K Mặt khác cấu tạo, dàn ống trao đổi nhiệt ra, thiết bị phụ khác khung đỡ, bao che hầu nh khơng có nên su ất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ Cấu tạo đơn giản, chắn, dễ chế tạo có kh ả s d ụng c ả nguồn nước bẩn dàn ống để trần dễ vệ sinh Vì dàn ngưng kiểu tưới thích hợp khu vực nơng thơn, nơi có nguồn n ước phong phú, chất lượng khơng cao So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước tiêu th ụ không l ớn N ước r t ự dàn ống để trần hoàn tồn nên nhả nhiệt cho khơng khí ph ần lớn, nhiệt độ nước bể tăng khơng đáng kể, lượng n ước bổ sung chiếm khoảng 30% lượng nước tuần hồn Nhược điểm Trong q trình làm việc, nước bắn tung toé xung quanh, nên dàn ch ỉ lắp đặt bên ngồi trời, xa hẳn khu nhà xưởng 16 o o o Cùng với bình ngưng ống vỏ, dàn ngưng kiểu t ưới tiêu th ụ n ước nhiều phải thường xuyên xả bỏ nước Do tiếp xúc thường xuyên với nước khơng khí, mơi trưởng ẩm nên q trình ăn mòn diễn nhanh, dàn ống khơng nhúng kẽm nóng nhanh chóng bị bục, hư hỏng Hiệu giải nhiệt chịu ảnh hưởng mơi trường khí hậu Ứng dụng Làm thiết bị ngưng tụ dàn nóng hay dàn ngưng tụ hệ thống lạnh dân dụng, công nghiệp PHẦN : CƠNG THỨC TÍNH TỐN CHO PHẦN BÀI TẬP THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG TƯỚI NƯỚC * Tổng diện tích ống xác định từ phương trình truyền nhiệt : F= - độ chênh nhiệt độ trung bình; k - hệ số truyền nhiệt,W/m2.o K; Q - nhiệt trao đổi W * Tổng số ống n (đoạn ống thẳng nằm ngang có chiều dài l), ta có: n= dtb = 0,5 (d1 + d2 ), đường kính trung bình ống * Số cụm ống N, số ống (đoạn ống thẳng) cụm ống m, ta có: n = N.m; m = n/N 17 * Gọi s2 bước ống dọc (khoảng cách ống thẳng cụm ống) s1 bước ống ngang (khoảng cách hai cụm ống), chiều cao cụm ống H chiều rộng cụm ống b bằng: Hs1 m; b s2 N * Độ chênh nhiệt độ trung bình tính sau: = t k – tn tk nhiệt độ ngưng tụ áp suất ngưng tụ; tn nhiệt độ trung bình nước làm mát * Hệ số truyền nhiệt k đường kính ống thỏa mãn d2/d1 1,4 tính theo vách phẳng: k= - hệ số tỏa nhiệt ngưng ống nằm ngang - chiều dài vách ống, = 0,5(d2 – d1) - hệ số dẫn nhiệt vách ống,W/m2.o K - chiều dài lớp cặn bẩn bám vào bề mặt ống, m - hệ số dẫn nhiệt lớp cặn bẩn, W/m2.o K hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước làm mát * Để xác định ta sủ dụng cơng thức thực nghiệm cho bình tưới : bước ống s1 = (2 +1,7).d2 ; [kg/m.h] bước ống s1 = 1,3.d2 [kg/m.h] *Chú ý: Các công thức sử dụng Hw = 820 960 kg/m.h Đổi đơn vị Hw thành kg/m.s Mật độ tưới bề mặt xác định : 18 Hw = l – chiều dài đoạn ống nằm ngang, m G – lưu lượng nước tưới, kg/s N - số cụm ống tưới đồng thời PHẦN : ÁP DỤNG GIẢI TỐN ĐỀ BÀI 2.4a[trang 69] Bình ngưng amơniac kiểu tưới: nhiệt độ h ngưng bên ống tỏa Qk=50.000 kcal/h nhiệt độ ngưng tk= 30oC Các ống thép, đường kính d2/d1 = 57/50 mm, hệ số dẫn nhiệt λ=50 W/m oK, bước ống s1 = s2 = s = 2.d2, chiều dài đoạn ống thẳng nằm ngang l = 2m Nước làm mát tưới bề mặt ống với mật độ tưới H w = 900 kg/m.h, có nhiệt độ vào thiết bị t’ n = 23,5o C Xác định tổng diện tích ống F, tổng số ống n, số ống cụm ống m ch ọn s ố cụm ống N= TĨM TẮT: • Qk=50.000 kcal/h nhiệt độ ngưng tk= 30 C ống thép : d2/d1 = 57/50 mm; λ=50 W/m.oK *m=? •bước ống s1 = s2 = s = 2.d2 •l = 2m ; Hw = 900 kg/m.h ; t’n =23,5o C; N=4 * F=? o * n=? BÀI LÀM: Giả thiết toàn nhiệt ngưng tỏa để đốt nóng nước ta có: Δtn = Từ biểu thức : 19 Hw = Khi biết Hw ta tìm lưu lượng nước tưới sau: Gn= Hw.2.l.N = 90x2x2x4 = 14,400 kg/h = kg/s Khi lấy nhiệt dung riêng nước Cn =4,18 kJ/kg.độ Qk = 50.000 kcal/h 58,06 kW, ta có : Δtn =3,5o C = t”n - t’n t”n =t’n + Δtn = 23,5 + 3,5 = 27oC • Nhiệt độ trung bình nước : tn = 5,0( t’n - t”n)=5,0.(23,5 +27) = 25,25oC • Độ chênh nhiệt độ Δt: Δt = tk - tn = 30 – 25,25 = 4,75oC • Ở s= 2.d2 theo công thức hệ số tỏa nhiệt nước tưới mặt ống với Hw = 900 kg/m.h = 0,25 kg/m.s : = 3704.(0,25)0,4 = 2148 W/m2.o K hệ số tỏa nhiệt ngưng amôniac ống tr ơn nằm ngang tính theo cơng thức = 1820.Δt1-0,167.d1-0,25 Đầu tiên để chọn Δt1 = Δtk – Δtw1, ta nhận thấy toàn độ chênh nhiệt Δt = 4,75oC = Δt1 + Δtw độ : + Δt2 • Khi khơng kể đến lớp cặn bẩn : Δtw = Δtw1 - Δtw2 có giá trị nhỏ , Δt2 = Δtw2 - tn có giá trị lớn Δt1 hệ số tỏa nhiệt nước bé amơniac ngưng •Vậy thử chọn Δt1 = 1oC ta có : = 1820x1x0,050-0,25 = 3849 kcal/m2.h.oK = 4469 W/m2.oK 20 Ở d2/d1 = 57/50 = 1,14 < 1,4 nên hệ số truyền nhiệt đ ươc tính theo vách phẳng với = 0,5(d2 - d1 ) = 0,5(57 - 50 ) = 3,5 mm • bỏ qua bám bẩn ta có : k === 1316 W/m2.oK q = k.Δt =1316x 4,75 = 6251 W/m2 Δt1= q/ = 6251/ 4469 = 1,4oC   Chúng ta nhận thấy giá trị chọn lần đầu Δt1= 1oC khác so với giá trị tính Δt1= 1,4oC Vậy ta chọn lại Δt1= 1,5oC Từ ta tính = 4716 W/m2.oK k = 1287 W/m2.oK, q = 6113 W/m2 Δt1= 1,46oC Lúc ta nhận thấy giá trị chọn Δt1= 1,5oC so với giá trị tính phù hợp, ta khơng phải tính lại Kết k = 1287 W/m2.oK, = 4716 W/m2.oK Tổng diện tích bề mặt ống: F== = 9,5 m2  Tổng số ống theo công thức: n==  = 28,3 29 ống Khi chọn số cụm ống N = 4, số đoạn ống nằm ngang cụm ống : m == = 7,25 Ở ta giả thiết bỏ qua lớp c ặn b ẩn bám vào b ề m ặt ống giả thiết nhiệt ngưng tụ để đốt nóng nước nêm thực tế hệ số truyền nhiệt k có giá trị nhỏ độ chênh nhiệt độ có giá tri nhỏ Để bù vào bỏ qua này, ta chọn m = ống số ống thực tế n = m.N = 8x4= 32 21 PHẦN : KẾT LUẬN Theo đề gồm có mơi chất tham gia vào q trình trao đổi nhiệt : amơniac (NH3), nước o o o o o o o o o Chọn mơi chất ống, ngồi ống: NH3 ống, nước bên ống bởi: áp suất ngưng tụ môi chất NH3 cao, nhiệt độ bay môi chất thấp so với nước so với nước NH3 có tính ăn mòn mạnh, cần ống đảm bảo hạn chế hư hại cho vỏ thiết bị αNH3 < αnước => NH3 bên ống, nước bên ống Đối với dàn ngưng kiểu tưới ống bố trí ống song song, tạo vòng nhằm: thiết bị gọn hơn, mơi chất ống có thời gian trao đổi nhiệt với nước => tăng hiệu trao đổi nhiệt thiết bị Trong tốn nên chọn trao đổi nhiệt ngược chiều trao đổi nhiệt ngược chiều mơi chất có hiệu nhiệt độ đầu đầu vào lớn so với trao đổi nhiệt chiều (Δt lớn) => trao đổi nhiệt ổn định so với trao đổi nhiệt chiều Để dòng mơi chất làm mát (nước) chảy cắt ngang ống, hệ số trao đổi nhiệt chảy cắt ngang (αn) lớn hệ số tỏa nhiệt nước chảy dọc ống (αd) : αn> αd Trong nước chảy bên ngồi khơng cần phải có áp suất cao , chủ yếu để làm mát NH3 xuống thành NH3 lỏng nên trở kháng thủy lực mà nước tác dụng lên ống đạt yêu cầu Vậy số ống thực tế cần chọn cho thiết bị ngưng tụ : n= 32 ống Tổng diện tích ống F = 9,5 m2 Trên làm em, em biết nhiều điểm thiếu sót, mong thầy góp ý kiến sửa lỗi cho em để hoàn thiện em xin chân thành cảm ơn!!! Tài liệu tham khảo: Giáo trình thiết bị trao đổi nhiệt Giáo trình kỹ thuật lạnh 22 23 ... hiệu trao đổi nhiệt thiết bị Trong tốn nên chọn trao đổi nhiệt ngược chiều trao đổi nhiệt ngược chiều mơi chất có hiệu nhiệt độ đầu đầu vào lớn so với trao đổi nhiệt chiều (Δt lớn) => trao đổi nhiệt. .. thép CT 3, bên ống trao đổi nhiệt thép áp lực C 20 Các ống trao đổi nhiệt hàn kín núc lên hai mặt sàng hai đầu Để có th ể hàn núc ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, phải có đ ộ dày lớn từ 20÷30mm Hai... bình từ nhánh đầu bao ph ủ lên không gian ống trao đổi nhiệt thân bình Bên bình gas nhiệt trao đổi nhiệt với nước lạnh chuyển động bên ống trao đổi nhiệt ngưng tụ lại thành lỏng Lỏng ngưng tụ chảy