LƯU Ý KHI TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIA NHIỆT, GIẢI NHIỆT SỬ DỤNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG NHÀ MÁY

Giả sử quá trình truyền nhiệt đạt hiệu suất 100% (bỏ qua tổn thất của bộ trao đổi nhiệt) ta luôn có công thức:

Qhot side = Qcold side  (Bảo toàn năng lượng)

Trong đó, công suất toả nhiệt hay thu nhiệt của 1 trong 2 hoặc cả 2 nguồn (nóng, lạnh) đều có thể dễ dàng tính toán hoặc có thể được hỗ trợ tính toán của hãng cung cấp thiết bị trao đổi nhiệt để có thể lựa chọn bộ trao đổi nhiệt phù hợp.

Bài viết này cung cấp tới tới bạn những thông tin cần có và một số lưu ý trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt.

Để được tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt, các bạn có thể liên hệ SDT: 087 6635798 - Email: [email protected] - CÔNG TY TNHH PHÚC VINH ENGINEERING SOLUTIONS. 

I/ Tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt

Một số hệ thống gia nhiệt điển hình trong nhà máy hoặc dân dụng bao gồm

• Hệ thống sấy dầu

• Hệ thống gia nhiệt cho nước (dùng cho quá trình tẩy rửa, pha trộn, phục vụ sản xuất…) - Hệ thống gia nhiệt nước tắm

• Hệ thống gia nhiệt trong thanh trùng

• Gia nhiệt nước bể bơi

• Gia nhiệt hoá chất.

• Gia nhiệt khí (sấy khí)

Một số hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt sử dụng trong nhà máy

Theo thống kê, 70% nguồn nhiệt nóng được sử dụng trong các nhà máy tới từ hơi nước (steam) (do chi phí thấp), phần còn lại được cấp qua hệ thống khí nóng sau khi đốt gas, dầu hoặc sử dụng điện trở nhiệt (heater).

Hơi nước nóng (steam) với áp suất và nhiệt độ cao được cấp từ boiler tới bộ trao đổi nhiệt, tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, gia nhiệt môi chất lạnh từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao theo yêu cầu của quá trình sản xuất

Dưới đây là bảng tra nhiệt độ và áp suất của hơi nước (hơi bão hoà) có thể tham khảo trong quá trình tính toán, thiết kế

Bảng tra nhiệt độ và áp suất của hơi bão hoà

1. Gia nhiệt môi chất lỏng sử dụng hơi nước (steam)

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt

Qhot side = Qhot side 

Qcold side  = [L * D * C * (T2-T1)]/(H*1000)       (KW) 

Nguồn nóng (hot side): 

• Công suất nồi hơi (áp suất hơi maximum có thể cung cấp cho hệ thống, lưu lượng hơi,…)

• Áp suất hơi khi cấp vào trao đổi nhiệt

• Kích thước đường ống cấp hơi

• Loại van hơi định sử dụng (van cơ, van điện từ,..)

Nguồn lạnh (cold side): 

• Tên môi chất (dầu (loại dầu, mã dầu), nước, hoá chất (loại hoá chất), sữa, dịch nha,…)

• Nồng độ % nếu có

• Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt,…(nếu có)

• Lưu lượng chất lỏng (m3/h, l/min) (trường hợp chưa có lưu lượng, cần nêu rõ yêu cầu làm nóng thể tích bao nhiêu m3 (lít) chất lỏng trong thời gian bao lâu?)

• Nhiệt độ vào ban đầu – ra mong muốn ( ℃ )

• Yêu cầu gia nhiệt tuần hoàn tới khi đạt nhiệt độ mong muốn trong thời gian bao lâu? Hoặc yêu cầu chất lỏng cần đạt nhiệt độ yêu cầu ngay sau khi vào – ra bộ trao đổi nhiệt.

• Tổn thất áp yêu cầu (thường không yêu cầu mà sẽ tính toán bù lại bằng việc chọn bơm. Tuy nhiên với hệ thống bơm có sẵn trước đó thì tổn thất áp lại cần ra yêu cầu với đơn vị thiết kế bộ trao đổi nhiệt)

• Áp suất làm việc lớn nhất

Hệ thống gia nhiệt nước nóng dùng hơi nước (steam)

Để được tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt, các bạn có thể liên hệ SDT: 087 6635798 - Email: [email protected] - CÔNG TY TNHH PHÚC VINH ENGINEERING SOLUTIONS. 

2. Gia nhiệt khí (sấy khí) sử dụng hơi nước (steam)

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt (sấy khí dùng hơi nước)

Nguồn nóng (hot side): 

• Công suất nồi hơi (áp suất hơi maximum có thể cung cấp cho hệ thống, lưu lượng hơi,…)

• Áp suất hơi khi cấp vào trao đổi nhiệt

• Kích thước đường ống cấp hơi

• Loại van hơi định sử dụng (van cơ, van điện từ,..)

Nguồn lạnh (cold side): 

• Không khí hay loại khí nào khác.

• Nếu không phải không khí thì thành phần hoá học bao gồm những gì? có tính ăn mòn kim loại ko?

• Kích thước hạt tối đa (hạt bụi) (nếu có – để tránh gây tắc thiết bị và điều chỉnh thiết kế)

• Vận tốc khí m/s hoặc lưu lượng khí (m3/min, m3/h)

• Nhiệt độ khí vào bộ trao đổi nhiệt – nhiệt độ ra yêu cầu (℃)

• Áp suất khí khi vào bộ sấy khí (Nếu không có thì tham khảo 3 thông tin bên dưới)

• Thông số quạt hút hoặc đẩy (tham khảo - thường có trên name plate motor). Khoảng cách từ quạt hút – đẩy tới bộ sấy khí (bộ gia nhiệt). 

• Cách thức đi đường ống từ quạt hút – đẩy tới bộ sấy khí (đi thẳng hay nhiều khúc cua)

• Tổn thất áp yêu cầu cho bộ sấy khí, bộ gia nhiệt khí. Thông số này rất quan trọng và thường bị lãng quên khi tính toán, thiết kế. Nó quyết định tới kết cấu bộ sấy khí và kết quả đầu ra của quá trình gia nhiệt. Áp suất khí cấp vào càng cao, tổn thất áp càng giảm mức độ quan trọng và kết cấu bộ sấy khí càng cho phép phức tạp, từ đó kéo dài đường đi của khí nóng và hiệu quả trao đổi nhiệt càng lớn. Ngược lại, với thông số quạt hút-đẩy cố định sẵn, áp suất gió nhỏ, nếu kết cấu bộ gia nhiệt quá phức tạp, có thể dẫn tới kết quả không thấy khí đầu ra, tức là khí cấp vào bị tổn thất, bị cản trở trong lòng bộ trao đổi  nhiệt. Lưu lượng, áp suất khí đầu ra bị giảm mạnh so với đầu vào, không đáp ứng được quá trình sản xuất. Trường hợp áp suất khí cấp vào quá nhỏ, cần thay đổi hoặc tăng công suất quạt hút – đẩy hoặc lắp bổ sung quạt đẩy – hút (ngược lại với hút – đẩy) ở phía đối diện so với bộ sấy khí (1 bên hút, 1 bên đẩy, hoặc ngược lại)

Hệ thống gia nhiệt khí (sấy khí) sử dụng hơi nước nóng

Để được tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt, các bạn có thể liên hệ SDT: 087 6635798 - Email: [email protected] - CÔNG TY TNHH PHÚC VINH ENGINEERING SOLUTIONS. 

3. Gia nhiệt môi chất lỏng, gia nhiệt khí (sấy khí) sử dụng điện trở nhiệt (heater)

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt

Nguồn lạnh (cold side): 

• Tên môi chất (dầu (loại dầu, mã dầu), nước, hoá chất (loại hoá chất), sữa, dịch nha,…) – loại có ăn mòn kim loại không, có dễ gây cháy khi quá nhiệt không, nếu có thì nhiệt độ chớp cháy là bao nhiêu độ?

• Nồng độ % nếu có

• Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt,…(nếu có)

• Thể tích chất lỏng cần gia nhiệt (bài toán này thường là chất lỏng tĩnh, nếu là bài toán động thì cần có lưu lượng chất lỏng (m3/h, l/min))

• Nhiệt độ vào ban đầu – sau quá trình gia nhiệt mong muốn ( ℃ )

• Khoảng thời gian gia nhiệt cho phép đạt nhiệt độ mong muốn (Phút, giờ)

Nguồn nóng (hot side): 

Do hiệu quả gia nhiệt của heater là tức thì, liên tục và tốc độ rất nhanh trong khi việc tính toán công suất nguồn nóng luôn không có sự chính xác tuyệt đối nên thường quá trình tính toán sẽ chọn công suất heater dư so với yêu cầu. Dẫn tới quá trình làm việc thực tế có thể gây quá nhiệt nên khi sử dụng heater bắt buộc cần có hệ thống cảnh báo quá nhiệt và hệ thống an toàn (ngắt khi nhiệt độ đạt yêu cầu và khởi động lại hệ thống khi nhiệt dưới mức cảnh báo)

• Vật liệu sử dụng làm điện trở nhiệt, heater. (có cần chống ăn mòn, mạ phủ không,…)

• Kích thước, hình dáng, kết cấu của heater (phụ thuộc vào kết cấu bình, bồn cần gia nhiệt)

• Điện trở sấy bao gồm 1 hay được chia làm nhiều cụm thiết bị?

• Kết cấu nắp của điện trở sấy (có yêu cầu gì đặc biệt không? Nếu không, một phần kết cấu bồn chứa sẽ được quyết định bởi kết cấu của phần đầu heater)

Một số kiểu kết cấu của hệ thống điện trở sấy thông dụng

II/ Tính toán, thiết kế hệ thống giải nhiệt sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt

1. Giải nhiệt môi chất lỏng sử dụng nước tuần hoàn (nước lạnh từ chiller hoặc  tháp giải nhiệt)

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống giải nhiệt

Qhot side = Qhot side 

Q  = [L * D * C * (T2-T1)]/(H*1000)       (KW) 

Nguồn nóng (hot side): 

• Tên môi chất cần làm mát (giải nhiệt), thành phần hoá học, nồng độ % nếu có (dầu truyền nhiệt, dầu thuỷ lực iso VG32,…nước nóng, axit H2SO4 25%, dịch nha, dung dịch trợ dung NH4Cl 10%,…)

• Lưu lượng chất lỏng (m3/h, l/min) hoặc thể tích bồn, bể chứa yêu cầu làm mát (với bài toán chưa chọn được bơm)

• Nhiệt độ đầu vào của môi chất – nhiệt độ ra yêu cầu (℃). Yêu cầu đạt nhiệt độ đầu ra ngay sau khi qua trao đổi nhiệt hay cho phép chạy tuần hoàn và nhiệt độ cả bồn, bể chứa đạt yêu cầu trong thời gian bao lâu?

• Áp suất làm việc lớn nhất (bar)

• Có yêu cầu hoặc thông tin nào khác đặc biệt không? (Ví dụ: 1 ca sản xuất 8 tiếng, chỉ hoạt động 1 -2 lần, khoảng cách mỗi lần nghỉ giữa ca 45p,…) Những thông tin này thường giúp tối ưu hoá thiết kế từ đó giảm chi phí, giá thành của cả hệ thống trao đổi nhiệt

• Tổn thất áp yêu cầu với bộ làm mát, bộ trao đổi nhiệt (nếu ko có yêu cầu, sau khi hãng thiết kế bộ trao đổi nhiệt sẽ có thông số này. Tổn thất áp dùng để tính chọn bơm)

Nguồn lạnh (cold side): 

• Nước chiller hay nước từ tháp giải nhiệt? là nước hay ethylen glycol 20%, 25% 30%

• Nhiệt độ vào – ra tiêu chuẩn của nước chiller thường là: vào 7 – ra 12 ℃ ( tuy nhiên trong thực tế sản xuất, có thể tận dụng lại nước lạnh này sau khi đã qua một lần làm mát ở khâu nào đó, nên có thể là 15 - 20, 13 – 18,…

• Nhiệt độ vào – ra tiêu chuẩn của nước tháp giải nhiệt là 35-30, 36-31, 37-32,….43-38,…Sai khác thường là 5 ℃, Nếu lớn hơn ngưỡng này thường phải chọn tháp công suất lớn hơn hoặc bơm by pass. Nếu không quá trình giải nhiệt sẽ bị thiếu công suất. Tức là nguồn lạnh nóng dần lên và làm giảm khả năng giải nhiệt

• Lưu lượng nước lạnh cấp vào trao đổi nhiệt (m3/h, l/min)

• Áp suất làm việc tối đa (bar)

Để được tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt, các bạn có thể liên hệ SDT: 087 6635798 - Email: [email protected] - CÔNG TY TNHH PHÚC VINH ENGINEERING SOLUTIONS. 

2. Giải nhiệt môi chất lỏng sử dụng nước không tuần hoàn (nước biển, nước sông hồ)

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống giải nhiệt

Qhot side = Qhot side 

Q  = [L * D * C * (T2-T1)]/(H*1000)       (KW) 

Nguồn nóng (hot side): tương tự mục 1

Nguồn lạnh (cold side): 

• Nước sông, ao hồ hay nước biển

• Nhiệt độ nước biển cấp vào trao đổi nhiệt thường 25-28 độ C. Nước sông, ao hồ thường 28-30 độ C. Nhiệt độ nước ra khỏi trao đổi nhiệt thường không cần tính tới do nước này không tuần hoàn về hệ thống

• Lưu lượng nước tối đa có thể cung cấp cho hệ thống (m3/h, l/min). Từ lưu lượng này có thể tính toán tối ưu cho bộ trao đổi nhiệt. Lưu lượng giảm thì nhiệt độ nước đầu ra sẽ tăng lên và ngược lại. Sao cho kết cấu bộ trao đổi nhiệt tối ưu nhất có thể

• Áp suất làm việc tối đa (bar) (thường 3-4 bar)

3. Giải nhiệt môi chất lỏng sử dụng gas lạnh

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống giải nhiệt

Nguồn lạnh (cold side): 

• Thường được thiết kế sẵn và có đầy đủ thông tin theo máy nén lạnh. Chỉ cần cung cấp name plate máy nén lại hoặc thông số nguồn lạnh cho hãng thiết kế.

Nguồn nóng (hot side): 

• Như mục 1

• Lưu ý thêm: Với nguồn lạnh là gas lạnh, thường nguồn nóng phải có độ sạch nhất định và có pha chất chống đông vì khả năng làm lạnh của gas lạnh rất nhanh và sâu. Không phù hợp với nguồn nóng là các môi chất thông thường do nhiệt độ quá thấp có thể chưa hẳn tốt cho quá trình sản xuất.

Bộ trao đổi nhiệt sử dụng cho gas lạnh thường là loại bộ trao đổi nhiệt dạng ống không gioăng hoặc dạng tấm hàn kín do có khả năng chịu áp suất cao.

4. Giải nhiệt môi chất lỏng sử dụng gió (không khí)

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống giải nhiệt

Nguồn nóng (hot side): 

• Tên môi chất cần làm mát (thường là dầu thuỷ lực, dầu bôi trơn động cơ, nước,…)

• Với yêu cầu này, thường sử dụng két làm mát dùng gió, két tản nhiệt gió. Chất lỏng chạy trong đường ống, gió mát được thổi qua vỏ ngoài đường ống

• Lưu lượng chất lỏng (m3/h, l/min) hoặc thể tích bồn, bể chứa yêu cầu làm mát (với bài toán chưa chọn được bơm)

• Nhiệt độ đầu vào của môi chất – nhiệt độ ra yêu cầu (℃). Yêu cầu đạt nhiệt độ đầu ra ngay sau khi qua trao đổi nhiệt hay cho phép chạy tuần hoàn và nhiệt độ cả bồn, bể chứa đạt yêu cầu trong thời gian bao lâu?

• Áp suất làm việc lớn nhất (bar) (quan trọng với kết cấu của thiết bị trao đổi nhiệt do hầu hết các dòng sản phẩm có xuất xứ Trung Quốc chỉ chịu được áp lực tối đa 7-10 bar. Trong khi két làm mát, két tản nhiệt có xuất xứ Châu Âu có thể chịu áp lực tối đa khoảng 30 bar)

Nguồn lạnh (cold side): 

• Khí, gió tự nhiên được thổi cưỡng bức bằng motor quạt.

• Công suất motor hoặc lưu lượng khí thường được hãng sản xuất két làm mát, két tản nhiệt tính toán sẵn trong dải nên dựa vào công suất toả nhiệt của nguồn nóng để chọn bộ trao đổi nhiệt phù hợp. 

• Trường hợp thiết kế bộ trao đổi nhiệt, két tản nhiệt gió phi tiêu chuẩn, yêu cầu đặc biệt, hãng sản xuất sẽ chọn thông số động cơ, motor quạt theo công suất toả nhiệt của nguồn nóng

Hệ thống giải nhiệt chất lỏng dùng khí

5. Trao đổi nhiệt khí - khí

Một số thông tin cần có trong quá trình tính toán, thiết kế hệ thống giải nhiệt

Nguồn nóng (hot side) và nguồn lạnh (cold side): 

• Đều là khí – khí nên yêu cầu tương tự 

• Thông số quan trọng nhất là tổn thất áp yêu cầu với bộ trao đổi nhiệt khí – khí (air – air heat exchanger). Nếu không có thông tin này thì cần xem lại thông số quạt hút – đẩy và khoảng cách đường ống từ quạt hút – đẩy tới bộ trao đổi nhiệt (bao xa, đi thẳng hay uốn lượn,…)

• Nhiệt độ vào – ra của nguồn nóng và nguồn lạnh

Nguyên lý hoạt động của hệ thống trao đổi nhiệt khí - khí

Để được tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật cho quá trình tính toán, thiết kế hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt, các bạn có thể liên hệ SDT: 087 6635798 - Email: [email protected] - CÔNG TY TNHH PHÚC VINH ENGINEERING SOLUTIONS. 

Với kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực tư vấn thiết kế, lắp đặt, bảo trì vệ sinh thiết bị trao đổi nhiệt, chúng tôi sẽ khảo sát, tư vấn và hỗ trợ Quý khách hàng trong thời gian nhanh nhất. 

CÔNG TY TNHH PHÚC VINH ENGINEERING SOLUTIONS 

• Đại lý HFM tại Việt Nam

• Tư vấn, thiết kế, lắp đặt hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt (trao đổi nhiệt) công nghiệp

• Tư vấn, cung cấp dịch vụ bảo trì, vệ sinh bộ trao đổi nhiệt dạng tấm và dạng ống

• Cung cấp phụ kiện thay thế chính hãng cho bộ trao đổi nhiệt 

Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn, khảo sát miễn phí. Chúng tôi sẽ có mặt tại nhà máy của bạn trong vòng 24 tiếng kể từ khi nhận được đề nghị.