Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm- Cấu trúc, phân loại và cách lựa chọn sản phẩm chất lượng.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là một phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp và hệ thống làm lạnh hiện đại. Với khả năng truyền nhiệt hiệu quả và thiết kế nhỏ gọn, đã trở thành một giải pháp đáng tin cậy và lựa chọn hàng đầu cho việc chuyển đổi nhiệt giữa các lưu chất. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá sâu hơn về cấu trúc, phân loại và cách lựa chọn và bảo trì thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là gì?

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là thiết bị dùng để thực hiện nhiệm vụ trao đổi nhiệt giữa 2 lưu chất có nhiệt độ khác nhau (nóng và lạnh), được thiết kế bằng các tấm trao đổi nhiệt kim loại cán mỏng dập vân. Các tấm này sẽ được gắn với nhau tạo thành một khối hoàn chỉnh bằng các gioăng cao su hoặc các mối hàn chân không.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Cấu tạo và hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Cấu tạo:

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có cấu tạo từ các tấm trao đổi nhiệt được gắn với nhau bằng gioăng cao su hoặc các mối hàn, có khung đỡ cố định xung quanh.

Tấm trao đổi nhiệt: là những tấm kim loại được cán mỏng và dập vân theo mẫu đã được kế. Vật liệu, độ dày và vân (Pattern) làm tấm trao đổi nhiệt phụ thuộc vào môi trường làm việc, công suất và thông số đầu ra của lưu chất cần giải hay gia nhiệt.

Gioăng cao su: Là vật liệu đệm chèn giữa các tấm trao đổi nhiệt có nhiệm vụ làm kín thiết bị, đảm bảo không phát sinh rò rỉ lưu chất trong quá trình vận hành. Vật liệu gioăng khá đa dạng nhưng thường là các loại cao su tổng hợp nhằm chống lại sự ăn mòn của lưu chất.

Khung đỡ cố định: được hàn xung quanh khối các tấm trao đổi nhiệt, tao thành một khung hoàn chỉnh.

Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Hoạt động:

Hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm về cơ bản là hoạt động giúp trao đổi nhiệt giữa 2 lưu chất nóng và lưu chất lạnh được diễn ra liên tục nhưng không có sự trộn lẫn 2 lưu chất nhờ sự can thiệp của thiết bị. Trong quá trình trao đổi nhiệt, lưu chất lạnh sẽ tăng dần nhiệt độ lên và lưu chất nóng sẽ giảm dần nhiệt độ, dựa trên nhu cầu sử dụng, sản xuất mà nhiệt độ được tính toán nâng lên hoặc giảm xuống để đạt đến chính xác nhiệt độ cần ở đầu ra của lưu chất cần giải/gia nhiệt.

Các loại thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm phổ biến

Bộ trao đội nhiệt dạng tấm có đệm

Trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có vòng đệm, các tấm trao đổi nhiệt được gắn lại với nhau trong một khung và một miếng đệm mỏng (thường là polyme tổng hợp) bịt kín từng tấm xung quanh mép. Các bu lông được lắp giữa các tấm được sử dụng để cố định các tấm trao đổi nhiệt này thành một khối có khung đỡ cố định xung quanh. Thiết kế này cho phép dễ dàng tháo dỡ thiết bị để làm sạch và cho phép thay đổi công suất của thiết bị bằng cách thêm hoặc tháo các tấm truyền nhiệt.

Việc sử dụng các miếng đệm mang lại một mức độ linh hoạt cho bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, cung cấp một số khả năng chống quá nhiệt và thay đổi áp suất đột ngột. Điều này làm cho một số loại thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có đệm trở thành lựa chọn lý tưởng làm thiết bị gia nhiệt hơi nước để cung cấp nước nóng tức thời, trong đó các tấm sẽ tiếp xúc với một chu trình nhiệt nhất định.

Hạn chế trong việc sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có đệm nằm ở phạm vi nhiệt độ hoạt động của các miếng đệm, điều này đặt ra hạn chế đối với áp suất hơi có thể được sử dụng trên các thiết bị này. Nhiệt độ hoạt động tối đa của miếng đệm là 180^oC.

Thiết bị trao đổi nhiệt tấm có đệm

Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm hàn

Trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm hàn, tất cả các tấm được hàn vảy cứng với nhau (thường sử dụng đồng hoặc niken) trong lò chân không với nhiệt độ trên 1100^oC. Đây là sự phát triển của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có đệm, và được phát triển để cung cấp khả năng chống lại áp suất và nhiệt độ cao hơn với chi phí tương đối thấp.

Tuy nhiên, không giống như bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có đệm, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm hàn không thể tháo rời. Nếu cần làm sạch, nó phải được rửa ngược hoặc làm sạch bằng hóa chất. Vì vậy, loại này thường có thiết kế nhỏ gọn, chắc chắn và nhẹ.

Mặc dù bộ trao đổi nhiệt tấm hàn có thiết kế chắc chắn hơn loại có đệm, nhưng nó cũng dễ mất nhiệt hơn do kết cấu cứng hơn. Do đó, nên tránh mọi thay đổi đột ngột hoặc thường xuyên về nhiệt độ và tải trọng, đồng thời cần chú ý nhiều hơn đến việc kiểm soát phía hơi nước để tránh mất nhiệt.

Bộ trao đổi nhiệt tấm dạng hàn phù hợp hơn (và được sử dụng chủ yếu) cho các ứng dụng mà sự thay đổi nhiệt độ chậm, chẳng hạn như trong sưởi ấm không gian. Chúng cũng có thể được sử dụng để trao đổi nhiệt rất tốt với môi chất là gas, dầu tải nhiệt.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm hàn

Bộ trao đổi nhiệt tấm dạng bán hàn

Trong một bộ trao đổi nhiệt tấm dạng bán hàn, các cặp tấm truyền nhiệt được gắn với nhau bằng các đường hàn laser và các cặp này ghép với nhau bằng gioăng kín. Việc sử dụng các kỹ thuật hàn laser cho phép các tấm truyền nhiệt linh hoạt hơn so với bộ trao đổi nhiệt tấm hàn, cho phép bộ phận hàn có khả năng chống xung áp suất và trao đổi nhiệt tốt hơn. Các giới hạn vận hành ở nhiệt độ và áp suất cao của thiết bị hàn có nghĩa là các bộ trao đổi nhiệt này thường có thông số kỹ thuật cao hơn và phù hợp hơn với các ứng dụng công nghiệp chế biến nặng. Chúng thường được sử dụng khi yêu cầu hiệu suất áp suất hoặc nhiệt độ cao, hoặc khi môi trường nhớt như dầu và các hydrocacbon khác phải được làm nóng.

Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm lồng ống

Là thiết bị có kiểu trao đổi nhiệt giống ống chùm, cấu tạo bao gồm những tấm kim loại mỏng được hàn Tig/Mig với nhau tạo thành một khối và lồng trong ống hình trụ. Giữa các khe của tấm kim loại sẽ chứa khí gas hoặc hóa chất và lưu chất còn lại sẽ chảy phong phần trống của vỏ hình trụ.

Dạng lồng ống này có hai kiểu chính là hàn kín hoàn toàn và nắp có thể tháo lắp để vệ sinh dễ dàng. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm lồng ống có lẽ là phương pháp phổ biến nhất để trao đổi nhiệt gián tiếp trong các ứng dụng quy trình công nghiệp.

Đặc điểm cơ bản của tấm trao đổi nhiệt

Tấm trao đổi nhiệt là thành phần quan trọng nhất của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm. Hiệu suất là việc của thiết bị này phụ thuốc rất nhiều vào đặc điểm của tấm, dưới đây là các đặc điểm cơ bản của tấm trao đổi nhiệt:

Độ dày: Độ dày của tấm trao đổi nhiệt đa dạng từ 0,1- 1mm, nhưng phổ biến nhất là từ 0,5- 0,6mm. Tấm càng mỏng thì khả năng trao đổi nhiệt càng tốt, nhưng nó sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị. Do đó, độ dày của tấm thường được thiết kế theo nhu cầu của khách hàng và theo loại lưu chất hoạt động.

Vật liệu chế tạo: vật liệu thường dùng cho tấm trao đổi nhiệt sẽ là Inox 316L (SS316L). Trong một số trường hợp ít gặp có thể là Titan hoặc C276 Alloy.

Đặc điểm vân của tấm: Đây là yếu tố vô cùng quan trọng kèm theo sự phức tạp tính toán khả năng trao đổi nhiệt. Vân của tấm có rất nhiều yếu tố như kích thước rãnh, góc của rãnh, sự phân bổ và đường đi của rãnh. Tổ hợp này có thể tạo ra hàng trăm tấm loại vân khác nhau.

Một số lưu ý khi lựa chọn và sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Khi lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, người sử dụng nên lưu ý một số vấn đề sau để lựa chọn được sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu của mình.

Lựa chọn theo loại lưu chất muốn truyền nhiệt để thiết kế độ dày tấm cũng như kích thước phù hợp để đảm bảo tuổi thọ thiết bị được lâu dài và đảm bảo hiệu suất làm việc.

Lưu chất di chuyển trong các kênh có thể là cùng chiều, nghịch chiều hoặc dạng kết hợp. Tuỳ theo thiết kế của nhà sản xuất để đạt được nhiệt độ cần thiết dự trên đặc tính sử dụng của khách hàng.

Lưu lượng và nhiệt độ đầu vào là yếu tố cần được kiểm soát. Bởi vì nhiệt độ đầu ra chỉ được đảm bảo khi các thông số đầu vào trong hệ được kiểm soát ổn định. Nếu xuất hiện sự biến động thông số vào thì kết quả đầu ra sẽ không được đảm bảo.

Trên đây là những thông tin bổ ích mà chúng tôi đã cung cấp tới bạn về thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm. Hãy liên hệ với Lò hơi Bách Khoa để được tư vấn, thiết kế thiết bị chất lượng phù hợp với quý khách khi có nhu cầu về thiết bị này.