Chương 3. ĐÁNH GIÁ CẢI TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
3.4. Chế tạo và nâng cấp mô hình
Với những tồn tại nêu trên, tác giả đã thiết kế, thay thế, sửa chữa các thiết bị chưa đạt yêu cầu thực nghiệm, đồng thời nâng cấp mô hình, tăng cường quá trình trao đổi nhiệt giữa nước gia nhiệt với dung dịch…bằng những phương án lựa chọn như sau:
3.4.1. Bình hấp thụ
Tại bình hấp thụ, hơi môi chất và dung dịch NH3/H2O nồng độ thấp đưa vào bình từ phía trên, còn dung dịch NH3/H2O nồng độ cao được lấy ra từ phía dưới bình. Quá trình hấp thụ giữa môi chất lạnh và dung dịch NH3/H2O nồng độ thấp phát sinh nhiệt, nhiệt này sẽ được truyền cho nước làm mát đi trong các ống trao đổi nhiệt trong bình hấp thụ.
Bình hấp thụ bị hỏng do bề dày của bình quá mỏng, để đảm bảo hoạt động tác giả đã chế tạo, thay thế mới bình hấp thụ. Theo thiết kế ban đầu vỏ bình có chiều dày là 1,2 [mm], khi thử kín đến áp suất 12 [kG/cm2] vỏ bình không chịu được áp lực.
Chiều dày của vỏ bình hấp thụ được xác định theo [15]
54 δ = 100×D× [( ) ]
Trong đó:
P - Áp suất làm việc của bình hấp thụ, [bar];
D - Chiều sâu của bình hấp thụ, [mm];
S - Ứng suất cho phép khi kéo, [bar];
E - Hệ số bền của mối hàn.
Vật liệu sử dụng làm vỏ bình hấp thụ là inox304 nên chiều dày của vỏ bình là:
δ = 100×95×[(
) ] = 4,3 [mm]
Chiều dày vỏ bình khi tính toán là 4,3 [mm] nhưng để đảm bảo hoạt động ổn định và chịu được áp lực khi thử kín ở áp suất 12 [kG/cm2], chiều dày vỏ bình hấp thụ lấy 6 [mm].
Thông số kỹ thuật bình hấp thụ được thể hiện ở bảng 3.10 và hình 3.16 là hình ảnh chế tạo bình hấp thụ.
Bảng 3.8. Bảng chi tiết thông số cấu tạo bình hấp thụ
STT Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
1 Chiều cao bình H 0,47 [m]
2 Chiều rộng dàn W 0,4 [m]
3 Chiều sâu dàn D 0,095 [m]
4 Chiều dày vỏ bình δ 6 [mm]
5 Tổng chiều dài ống L 14 [m]
6 Tổng số ống n 25 [ống]
7 Số hàng ống so le z 5 [ống]
8 Tổng số ống trên 1 hàng so le M 7 [ống]
9 Đường kính trong của ống d2 20,4 [mm]
10 Đường kính ngoài của ống d1 22 [mm]
11 Chiều dài một ống l 0,4 [m]
12 Bước ống ngang s1 0,023 [m]
55
STT Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
13 Bước ống dọc s2 0,021 [m]
14 Vật liệu ống (inox 304) o 16,2 [W/m2K]
3.4.2. Hệ thống nước giải nhiệt cho bình hấp thụ và thiết bị ngưng tụ
Tại thiết bị ngưng tụ và bình hấp thụ, môi chất và dung dịch nhả nhiệt cho nước làm mát, nên cần phải có lượng nước làm mát lớn để giải nhiệt cho các thiết bị này. Ở ngoài khơi, nước biển có nhiệt độ 23,5 [°C] là môi trường làm mát thích hợp được sử dụng để giải nhiệt cho bình hấp thụ và thiết bị ngưng tụ. Để thực hiện quá trình thực nghiệm thuận lợi, mô hình sử dụng nước lạnh thay thế nước biển và làm lạnh nước xuống bằng nhiệt độ nước biển.
Muốn làm lạnh nước xuống 23,5 [°C] từ nhiệt độ môi trường 30 [°C] nhóm tác giả đã chế tạo hệ thống máy lạnh nén hơi với các thống số kỹ thuật như sau:
- Năng suất lạnh Q0= 5,07 [kW];
- Lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ: Qk = 5,85 [kW];
- Công suất điện lắp đặt Nlđ = 1,3 [KW];
- Diện tích trao đổi nhiệt ở dàn nóng F = 17 [m2];
- Diện tích trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi F = 1,81 [m2];
- Môi chất sử dụng là R22.
470
95
èng Inox D22 èng Inox D22
Mặt bích
470
23
Hình 3.9. Bản vẽ chế tạo và hình ảnh bình hấp thụ
56
Sử dụng bơm nước tuần hoàn để tăng hiệu quả quá trình trao đổi nhiệt cho nước giải nhiệt và dung dịch trong hệ thống.
Theo [9] lưu lượng nước giải nhiệt:
Trong đó: Q0- năng suất lạnh của thiết bị bay hơi của máy lạnh nén hơi, [KW];
C- nhiệt dung riêng của nước, [kJ/kg.K];
ρ- khối lượng riêng của nước, [kg/m3];
∆t = tngn vào- tngn ra = 27 - 23,5 = 3,5 [°C] độ tăng nhiệt độ nước giải nhiệt.
Thay vào ta có :
=0,346.10-3 [m3/s]
Vậy sử dụng bơm Wilo PC của Hàn Quốc có lưu lượng 33[l/phút], công suất 125[W].
Để nhiệt độ nước được duy trì 23,5 [°C] tác giả đã thiết kế, lắp đặt hệ thống điều khiển nhiệt độ nước làm mát đảm bảo yêu cầu vận hành.
3.4.3. Hệ thống nước gia nhiệt
Hệ thống đường ống nước gia nhiệt bị rò rỉ, nên tác giả đã thay mới toàn bộ hệ thống đường ống nước gia nhiệt để đảm bảo quá trình lưu thông của nước.
- Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt giữa nước gia nhiệt và dung dịch trong bình sinh hơi, sử dụng thêm bơm nước tuần hoàn chịu được nhiệt độ cao.
Theo [9] lưu lượng nước gia nhiệt :
Trong đó: QH - phụ tải nhiệt của bình sinh hơi, [kW];
C - nhiệt dung riêng của nước ở 95 [°C], [kJ/kg.K];
ρ - khối lượng riêng của nước 95 [°C], [kg/m3];
∆t = tngn vào- tngn ra = 95 - 92 = 3 [°C] độ tăng nhiệt độ nước giải nhiệt.
Thay vào ta có :
= 0,32.10-3 [m3/s]
Vậy sử dụng bơm Samico của Nhật Bản có lưu lượng 23 [l/phút], công suất 100 [W] nhiệt độ làm việc đến 110 [°C].