Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống vỏ - Cấu tạo - Hoạt động – Ưu điểm

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống vỏ là dụng cụ gia nhiệt, giải nhiệt giữa các môi chất và lưu chất. Nhờ ống vỏ mà quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất diễn ra nhanh chóng và hiệu quả. Ống vỏ có ưu điểm như thế nào? Nguyên lý hoạt động ra sao? Xin mời bạn đọc tìm hiểu ở bài viết dưới đây.

Cấu trúc của ống vỏ

Thiết bị kiểu ống lồng vỏ (shell and tube heat exchanger) được cấu tạo từ hai thành phần chính: ống và vỏ.

Ống: Đây là các ống tròn có đường kính nhỏ được đặt bên trong vỏ. Lưu chất nóng hoặc lạnh sẽ chảy qua các ống này để truyền nhiệt.

Vỏ: Vỏ là một hộp hình trụ có đường kính lớn hơn so với các ống. Vỏ bao quanh các ống và tạo ra một không gian rộng hơn gọi là khoảng không giữa vỏ và chùm ống.

Cấu trúc chung của thiết bị kiểu ống lồng vỏ thường bao gồm các thành phần sau:

Chùm ống: Là nhóm các ống được định vị và gắn chặt lại với nhau. Cấu trúc của chùm ống có thể thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu của quá trình truyền nhiệt cụ thể và số lượng lưu chất được sử dụng. Việc bố trí chùm ống có thể theo nhiều cách khác nhau như ống thẳng, ống U, hay ống helix (xoắn ốc).

Ống tubesheet: Là các đĩa kim loại chịu áp lực ở hai đầu của chùm ống, giữ các ống ở vị trí cố định và tạo ra kín nước giữa các ống.

Ống inlet và outlet: Là các điểm vào và ra của lưu chất nóng và lạnh từ ống lồng vỏ.

Vành đai và đầu nối: Dùng để gắn chặt vỏ vào các đầu ống, tạo thành thiết bị hoàn chỉnh.

Tấm baffle (tấm ngăn): Là các tấm kim loại đặt trong vỏ để tăng hiệu suất truyền nhiệt bằng cách hướng dòng chảy của lưu chất, tạo ra dạng chảy rối để tăng diện tích tiếp xúc giữa lưu chất nóng và lạnh.

Kết cấu và bố trí của các thành phần này sẽ tạo ra nhiều dạng chảy rối khác nhau như 1 dòng (1 pass), 2 dòng (2 pass), 3 dòng (3 pass), 4 dòng (4 pass), và nhiều hình dáng loại trao đổi nhiệt khác nhau như dạng thẳng, dạng chữ U, v.v. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền nhiệt và đáp ứng được các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

 Nguyên  lý làm việc của ống vỏ

Nguyên lý làm việc của ống lồng vỏ là dựa trên việc trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất khác nhau thông qua bề mặt tiếp xúc của các ống và vỏ. Với mục đích làm giảm nhiệt độ của lưu chất nóng và tăng nhiệt độ của lưu chất lạnh, hoặc ngược lại, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể.

Cấu trúc cơ bản của ống lồng vỏ bao gồm một bộ ống đặt bên trong một vỏ lớn hơn, tạo ra một không gian giữa các ống. Lưu chất nóng chảy qua bên trong các ống trong khi lưu chất lạnh chảy qua không gian bên ngoài các ống trong lòng vỏ.

Quá trình truyền nhiệt xảy ra thông qua bề mặt tiếp xúc giữa các ống và lưu chất. Khi lưu chất nóng chảy qua các ống, nhiệt độ của nó sẽ truyền sang bề mặt của ống và sau đó được truyền sang lưu chất lạnh chảy qua lòng vỏ bên ngoài các ống. Điều này dẫn đến sự trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất và giúp điều chỉnh nhiệt độ của chúng.

Ưu điểm của ống lồng vỏ bao gồm khả năng chịu áp suất cao, hiệu suất truyền nhiệt cao, và khả năng làm việc với các loại lưu chất khác nhau. Đây là một trong những thiết bị truyền nhiệt phổ biến và đa dạng được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau, từ lĩnh vực dầu khí, hóa chất đến năng lượng.

Ưu điểm của ống vỏ trao đổi nhiệt

Ống vỏ trao đổi nhiệt là một thiết bị truyền nhiệt phổ biến và đa dạng, được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau nhờ vào các ưu điểm sau:

Hiệu suất truyền nhiệt cao:

Thiết kế của ống vỏ tối ưu hóa diện tích tiếp xúc giữa lưu chất nóng và lạnh, từ đó tăng cường khả năng truyền nhiệt. Cấu trúc chùm ống và vỏ có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu suất truyền nhiệt tối ưu cho mọi ứng dụng cụ thể.

Độ bền cao:

Vỏ và các ống thường được làm từ kim loại chất lượng cao như thép không gỉ, đồng hoặc titan, cung cấp độ bền và tuổi thọ cao cho thiết bị. Điều này giúp giảm thiểu việc hỏng hóc và sửa chữa.

Đa dạng ứng dụng:

Ống vỏ có thể được sử dụng trong nhiều loại ứng dụng khác nhau như làm mát, làm nóng, trao đổi nhiệt quá trình, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau. Chúng thích hợp cho các môi trường có điều kiện khắc nghiệt như áp suất cao, nhiệt độ cao, và các chất lỏng có tính ăn mòn cao.

Thích hợp cho lưu chất nhớt:

Thiết bị ống vỏ có thể xử lý các loại lưu chất nhớt cao, có hạt và xơ một cách hiệu quả. Cấu trúc của chùm ống và vỏ cho phép dễ dàng làm sạch và bảo trì, giảm thiểu nguy cơ bị tắc nghẽn.

 Dễ bảo trì:

Thiết kế modul của ống vỏ cho phép việc bảo trì dễ dàng. Việc tháo lắp và làm sạch các thành phần có thể được thực hiện một cách tiện lợi, giảm thiểu thời gian dừng máy và tăng khả năng hoạt động liên tục của thiết bị.

Tiết kiệm không gian:

 Thiết kế của ống vỏ cho phép truyền nhiệt hiệu quả trong không gian hạn chế. Đồng thời, các loại thiết bị ống vỏ nhỏ gọn hơn cũng có sẵn để tiết kiệm không gian.

Tóm lại, ống vỏ trao đổi nhiệt là một giải pháp hiệu quả và linh hoạt cho việc truyền nhiệt trong các ứng dụng công nghiệp và được ưa chuộng với nhiều ưu điểm vượt trội.

Trên đây là những thông tin cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu điểm của ống vỏ. Quý vị có nhu cầu tìm hiểu và cần tư vấn hãy liên hệ với Lò hơi Bách Khoa theo địa chỉ: HeX Boiler - CÔNG TY TNHH NĂNG LƯỢNG NHIỆT BÁCH KHOA. Số 268B, Quốc Lộ 2, Khu 2, Xã Phù Lỗ, Huyện Sóc Sơn, Tp Hà Nội. Hotline: 0917 754 059. Email: info@hexboiler.com