I. LỰA CHỌN KIỂU THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT.
1.2. Phương phỏp tớnh toỏn 1 Cơ sở lý thuyết
1.2.1. Cơ sở lý thuyết
Để giải quyết một vấn đề về nhiệt trước hết ta phải biết được cỏc thụng số cú liờn quan và một số cơ sở lý thuyết về nhiệt. Sau đõy là 6 thụng số quan trọng nhất:
(1) Nhiệt lượng trao đổi (P): Chớnh là lượng nhiệt được cung cấp bởi dũng dầu núng đó qua bộ xử lý nhiệt - điện và đi vào một mặt của cỏc tấm trao đổi nhiệt. Lượng nhiệt này tương dương với lượng nhiệt thu được mở mặt kia bỏ qua lượng nhiệt mất mỏt cho khớ quyển vỡ nú khụng đỏng kể. Nhiệt lượng trao đổi nhiệt được tớnh theo cụng thức:
P = m. Co. δt: (kw hoặc Keal/h) (45)
Ở đõy:
Co - Nhiệt dung riờng của dầu ở nhiệt độ cần tớnh toỏn, (J/kg 0C).
δt - Chờnh lệch nhiệt độ ở mặt đầu núng vào và ra, (0C).
(2). Nhiệt độ dầu vào và ra ở mặt thứ nhất của cỏc tấm trao đổi nhiệt T1,T2. (3). Nhiệt độ dầu vào và ra ở mặt thứ hai của cỏc tấm trao đổi nhiệt T3, T4. (4). Độ giảm ỏp lớn nhất cho phộp ở hai mặt của cỏc tấm trao đổi nhiệt. (5). Nhiệt độ làm việc lớn nhất.
(6). Áp suất làm việc lớn nhất.
Cỏc thụng số khỏc cú liờn quan đến quỏ trỡnh tớnh toỏn:
- Độ chờnh lệnh giữa đầu vào của dũng dầu núng và đầu ra của dũng dầu lạnh (∆T1):
∆T1 = T1 - T4 (46)
- Độ chờnh nhiệt giữa đầu vào của dũng dầu núng và đầu ra của dũng dầu lạnh (∆T2):
∆T2 = T2 - T3 (47)
- Độ chờnh nhiệt giữa đầu vào và đầu ra của dũng dầu núng (δt):
δt = T1 - T2 (48)
- Logarit độ chờnh nhiệt trung bỡnh LMTD (Logarith mic mean temperature difference): Là mức độ truyền nhiệt cú hiệu quả trong bộ trao đổi nhiệt:
LMTD = (49)
- Độ gia nhiệt 0: là mối quan hệ giữa δt và LMTD
0 = (50)
- Độ cản nhiệt cho phộp (R1): Được biểu diễn như phần trăm diễn tớch trao đổi nhiệt được cộng thờm hoặc như một hệ số cản nhiệt được biểu diễn theo cỏc dơn vị m2 0C/W hoặch m2.h.0C/Kcal.
Bộ trao đổi nhiệt gồm cỏc tấm ghộp lại cú hệ số cản nhiệt cho phộp luụn thấp hơn so với trao đổi nhiệt bằng tổ hợp ổng và trao đổi nhiệt qua lớp vỏ. Hệ số này thường là 0.000025m2 0C/W (0.00003 m2h 0C/Kcal) hoặc là bằng 15% nếu tớnh theo số dư diện tớch của bộ trao đổi nhiệt.
- Hệ số truyền nhiệt (K): Là đơn vị do sức đề khỏng đối với dũng nhiệt. Sức đề khỏng này được tạo bởi vật liẹu chế tạo tấm trao đổi nhiệt, hệ số cản nhiệt, tớnh chất của chất lỏng và kiểu trao đổi nhiệt được ỏp dụng. Hệ số truyền nhiệt được xỏc định bằng biểu thức:
(51) Đơn vị tớnh là w/m2 0C hoặc Kcal/h.m20C.
α2: hệ số truyền nhiệt giữa mụi trường ấm và bề mặt trao đổi nhiệt (W/m2 0C).
α2: Hệ số truyền nhiệt giữa bề mặt trao đổi với mụi trường lạnh (W/m2 0C).
δ: Độ dày của tấm trao đổi nhiệt (m) Rf: Hệ số cản nhiệt (W/m2 0C).
λ: Độ dẫn nhiệt của kim loại được dựng để chế tạo tầm trao đổi nhiệt (W/m2 0C). Mỗi thụng số trong phương trỡnh trờn đều cú thể ảnh hưởng tới việc chọn thiết bị trao đổi nhiệt. Việc chọn vật liệu kim loại để chế tạo tầm trao đổi nhiệt khụng ảnh hưởng nhiều lắm đến khả năng trao đổi nhiệt của nú mà chỉ ảnh hưởng đến độ bền và tớnh chịu ăn mún của chi tiết.
Trao đổi nhiệt bằng cỏc tầm kim loại mỏng ghộp lại cú lợi điểm là mức độ chờnh lệch độ giữa 2 mặt của tấm là rất nhỏ vỡ độ dày của tấm chỉ từ 0,5 λ 0,6mm, tiếp diện tiếp xỳc loại lớn do vậy hệ số cản nhiệt Rf rất nhở. Đồng thời thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm rất phự hợp với chất lỏng là dàu nhiều paralin, khả năng trao đổi nhiệt. Cụng việc này khụng thể thực hiện được ở cỏc kiểu thiết bị trao đổi nhiệt khỏc.
Theo [6]: Hệ số K của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm nghộp đạt tới 8000w/m2 0C, trong khi đú kiểu tổ hợp ống chỉ đạt dưới 2500w/m2 0C.
1.2.2. ỏp dụng vào tớnh toỏn để chọn kiểu thiết bị trao đổi nhiệt cho UBN “Chớ Linh”.
- Lập chương trỡnh nhiệt độ theo yờu cầu kỹ thuật:
T1 = 650C T3 = 350C
T2 = 400C T4 = 520C
- Tớnh độ chờnh nhiệt giữa đầu vào của dũng dầu núng và đầu ra của dũng đầu lạnh ∆T1:
∆T1 = T1 - T4 = 65 - 52 = 130C
- Trỡnh độ chờnh nhiệt giữa đầu ra của dũng đầu núng và đầu vào của dũng đầu lạnh ∆T2:
∆T2 = T2 - T3 = 40 - 35 = 50C
- Tớnh độ chờnh lệch giữa đầu vào và đầu ra của dũng đầu núng:
δt = T1 - T2 = 65 - 40 = 250C - Tớnh nhiệt lượng trao đổi P theo cụng thức (45):
P = m. Co. δt. + Tớnh m theo đơn vị kh/s:
Ta biết rằng cụng suất của UBN “Chớ linh” là 10.000 l/ngđ. Như vậy mỗi bộ trao đổi nhiệt chỉ chịu ẵ giỏ trị này là 5000 1/ngđ. Quy đổi đơn vị từ 1/ngđ sang kh/s ta được: m = 57,87 kg/s.
+ Tớnh nhiệt dung của đầu ở 350C theo cụng thức (15): Co = 31,56 (1687.5 + 3.391) lρ20 (1 - P1) + P1. CP] Biết rằng: CP = 2710J/kh0C ρ20 = 860 kg/m3 t = 350C δt = 250C
P1 được xỏc định theo kết quả thực nghiệm của Viện NIPI với khoảng nhiệt độ: 280C < T ≤ 430C, khi đú:
P1 = Vậy: C0 =
Thay giỏ trị của cỏc thụng số vào cụng thức (34) ta tớnh được:
P = 57.87 x 0.066 x 25 = 95.4855 KJ/s = 343747.8 KJ/h = 82197 Kcal/h (vỡ 4.182 KJ = 1 kcal). Hay P = 95,6 KW (vỡ 860 Kcal/h = 1KW). - Tớnh LMTD: LMTD = Tớnh θ: θ = Tớnh φ: φ =
- Tiến hành chọn kiểu thiết bị trao đổi nhiệt theo biểu đồ hỡnh 32: Cỏc bước tiến hành như sau:
Bước 1: Lấy giỏ trị của LMTD: cú thể lấy giỏ trị này theo tớnh toỏn ở trờn hoặch cú thể kẻ nối giỏ trị ∆T1 với ∆T2 để lấy giỏ trị của LMTD trờn biểu đồ. ở đõy ta lấy giỏ trị LMTD = 8.33.
Bước 2: Từ điểm LMTD = 8.33 giúng sang ngang gặp đường δt = 25 tại điểm A.
Bước 3: Từ A dũng thẳng xuống gặp 0 = 3 chứng tỏ phần tớnh toỏn đó chớnh xỏc. Đến đõy cú 2 cỏch giải quyết:
Cỏch 1: gọi là cỏch lựa chọn nhanh. Sử dụng giỏ trị φ đó tỡm được để chọn kiểu thiết bị qua bảng 3 bằng cỏch lấy cận trờn của φ, sau đú giũng xuống hàng dưới ta sẽ được kiểu thiết bị trao đổi nhiệt cần chọn. kiểu thiết bị này cú kớch thước nhỏ nhất cho phộp vừa đảm bảo yờu cầu kỹ thuật vừa đảm bảo tớnh kinh tế. Ở đõy ta cú
φ= 11,5, cận trờn của giỏ trị này trong bảng 3 là φmax = 16, giũng xuống hàng dưới cú kiểu thiết bị tương ứng là CB 26 và M3.
Thể nhưng trờn biển đồ, kiểu CB 26 và kiểu m3 lại khụng nằm trờn đường giũng từ A xuống. Điều này cú nghĩa là hai kiểu này khụng đỏp ứng được lưu lượng dầu theo yờu càu 9m> 50 kg/s). Do đú phải giải quyết theo cỏch thứ hai.
Cỏch 2: Như phần trờn đó tớnh lưu lượng thiết kế của một bộ trao đổi nhiệt là m = 57.87 kg/s.
Chọn trờn cột lưu lượng lấy giỏ trị m = 40ữ 100 giũng sang ngang gặp đường thẳng giũng từ A xuống tại ụ cú mó số M15. Đõy chớnh là mó số của kiểu thiết bị cần chọn.
Cỏc thụng số của bộ trao đổi nhiệt cú mó số M15.
Bảng 35 - Đặc tớnh kỹ thuật bộ trao đổi nhiệt M15.
Lưu lượng cựu đại, m3/h 300
Diện tớch bề mặt cực đại, m2 300
ỏp suất hoạt động cực đại, MPa 25