BÀI GIẢNG THIẾT bị TRAO đổi NHIỆT

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TÀU THỦY
•Chươ ng 1: Giới thiệu chung
•Chươ ng 2: Thiết bị ngưng tụ
•Chươ ng 3: Bầu hâm và bầu sinh hàn
•Chươ ng 4: Thiết bị chưng cất nướ c.

1


Chương1: Giới thiệu chung
1.1 Khái niệm về thiết bị trao đổi nhiệt

–

Khái niệm: TBTĐN dùng để truyền nhiệt từ chất
mang nhiệt có To cao cho chất mang nhiệt có To
thấp.

–

Phân loại:

•

TBTĐN dạng vách ngăn

•

TBTĐN kiểu hồi nhiệt

•

TBTĐN kiểu ống nhiệt

•

TBTĐN kiểu tiếp xúc

•

TBTĐN hỗn hợp
2


3

3


Thiết bị trao đổi nhiệt hỗn hợp

4


– Mục đích:
•

Hâm dầu FO phục vụ ME, GE, nồi hơi….

•

Làm mát dầu nhờn động cơ ME, GE, TB

•

Hâm nước cấp vào nồi hơi.

•

Làm nước ngọt ME, GE

•

Làm mát kkhí tăng áp động cơ ME, GE

•

Hâm nhiên liệu và dầu nhờn trước khi vào máy lọc

5


- Yêu cầu cơ bản đối với TBTĐN:

• Hệ số truyền nhiệt có giá trị càng lớn càng tốt.
• Trở kháng thủy lực càng nhỏ càng tốt.
• Bề mặt TĐN của thiết bị ít bị bám bẩn, dễ dàng làm
sạch, dễ dàng sửa chữa.
• Bảo đảm ngăn cách các dòng môi chất nóng và
lạnh tốt để tránh hiện tượng hai dòng môi chất hòa
trộn vào nhau.

• Thiết bị phải đảm bảo an toàn khi vận hành, có tuổi
thọ cao, có kết cấu đơn giản để dễ dàng lắp đặt, vận
hành và bảo dưỡng.
6


1.2. Các loại thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng trên tàu thủy

•Bầu làm mát
•Bầu ngưng tụ
•Thiết bị chưng cất nướ c ngọt

7


1.2.1. Bầu làm mát nước ngọt
2

3

4 5 6

7

8

1
9

14

10

13

11

12

1. Nắp trước

5. Tấm ngăn

10. Mặt sàng cố định

2. Đường nước ngọt vào

6. Ống TĐN

11. Nước biển vào

3. Vỏ bầu

7. Nước ngọt ra

12. Cửa xả cặn

4. Thanh chằng

8. Nước biển ra

13. Mặt sàng di động

9. Nắp sau

14. Kẽm chống mòn

8


1.2.2. Bầu ngưng hơi nước
3

9

4
5

2

10

1
6

8

1.Đường nước biển vào
2.Đường nước biển ra
3. Hơi nước vào

7

4. Ống nước làm mát
5. mặt sàng
6. nắp bầu

7. Bơm nước ngưng
8. Bơm nước biển
9. bơm chân không
10. Bộ làm mát không khí
9


1.2.3 Thiết bị chưng cất nước
4

3

2
1

5
7
8
6

1.Nguồn gia nhiệt
Khoang bay hơi
Bình ngưng

Bơm hút chân không
Nước làm mát
Bơm nước ngưng
Nước biển vào
Bơm hút nước muối
10


Nguyên lý chưng cất nước ngọt
•Để chưng cất nước biển người ta sử dụng thiết bị bay hơi chân không.
• Trên các tàu Diesel sử dụng nhiệt của nướ c ngọt làm mát độ ng cơ chính để làm bay hơi nướ c
• Trên các tàu tua bin sử dụng nhiệt của hơi trích từ tua bin chính

11


•Nướ c ngọt từ hệ thống làm mát của độ ng cơ diesel theo đườ ng ống dẫn vào bề mặt hâm nóng với nhiệt độ 60-75 oC.
•Trong thiết bị bay hơi cần giữ độ CK, khi đó nhiệt độ sôi của nướ c biển 40-55oC,
•Độ CK tương ứng được tạo thành bằng sự tác động của TB ngưng tụ: nước ngưng tụ, bơm CK, bơm nước ngưng.
•Nướ c biển ngoài mạn cấp vào, một phần bay hơi đi vào bộ phận ngưng tụ thành nướ c chưng cất, phần còn lại ngậm mu ối
được rút ra ngoài.

12

và


Chương 2:
Thiết bị ngưng tụ

13


2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1 Độ chân không và áp lực trong bầu ngưng:

– Sự hạ áp trong bầu ngưng gọi là độ
chân không (CK)
– Đo độ CK bằng CK kế thủy ngân (h)
– Áp suất khí quyển đo bằng barômét (b)
– Áp suất tuyệt đối trong bầu ngưng (p):
p = b - h (mmHg)

14


hoặc P = (b – h)/7,5 (kPa);
vì 1kPa = 7.5 mmHg
hoặc P = (b – h)/735,6 (kg/cm2);
vì 1kg/cm2 = 735,6mmHg
Áp suất tuyệt đối trong bình ngưng được đo bằng thiết bị như sau:

b-h
b

h

Bộ phận thu gom
nước ngưng

Bầu ngưng
15


2.1.2 Lượ ng không khí trong bầu ngưng

–Không khí lọt vào bầu ngưng qua ống nối, chỗ lắp
ráp thiết bị không được kín.
–Hàm lượng không khí tương đối:

Gkk
ε =
,%
Gh

–Gkk được dùng để tính toán thiết bị hút không khí ra
ngoài

kg
Gkk = 0.08.Gh .10 + 11.(Gh > 70.10
)
h
−3
3 kg
Gkk = 0.18.Gh .10 + 5.(Gh < 70.10
)
h
−3

3

16


2.1.3 Hỗn hợp hơi nướ c-không khí và nhiệt độ trong bầu ng ưng

–Theo ĐL Đanton: P=P’h +P’kk
–PT trạng thái: P’kk.Vkk= Gkk.Rkk.Tkk
P’h.Vh = Gh.Rh.Th
–Chia hai vế pt và chú ý Vkk=Vh;Tkk=Th
'
p kk
= 0.622.ε
'
Ph

p
p =
1 + 0.622.ε
'
h

17


Gh + Gkk
P

t;ε

P≈ Ph

th

ε

P’= Ph’+ Pkk’

Ph ’

Pkk’

P”= Ph”+ Pkk”
Ph ”
Gh”+ Gkk

ε””

Pkk”
P”

th’

tk= th”

∆tk

∆
P
h

18


2.1.4 Nướ c ngưng quá lạnh:
o
Độ chênh giữa T của hơi bão hòa ở áp suất bằng áp suất của hỗn h ợp hơi n ướ c v à không
khí khi đi vào bầu ngưng và nhiệt độ ngưng tụ gọi là độ quá lạnh của nướ c ngưng.
o
∆ tk = th-tk ( C).
Độ quá lạnh của nước ngưng là do sự giảm áp suất riêng phần và nhiệt độ của hơi bão
hòa bởi vì sự có mặt của không khí và sức cản của hơi nướ c bầu ngưng

19


Độ quá lạnh phụ thuộc :

 Kết cấu, tải trọng BN,
Nhiệt độ nướ c làm mát,
Sự hoạt độ ng của của hệ thống hút không khí, HT tuần hoàn, hệ thống nướ c
ngưng,

Sự bảo quản BN.
Độ quá lạnh lớn dẫn tới mất mát năng lượng nhiệt, tăng lượng ôxi hòa tan gây ăn
mòn thiết bị.

20

2.1.5 Độ hòa tan ôxi và các khí khác trong nướ c:
Định luật Genpi:

B = ψ k . p 'k
B (mg/l): lượ ng kk hay chất khí khác hòa tan trong nướ c đế n mức bão hòa

ψk

: hệ số hòa tan của khí

p’k: áp suất riêng phần của khí

 mg / l 


o
Khi nhi
t độ của nướ c tăng, hệ số hòa tan giảm đi, khi tiếp tục tăng lên trên 120 C thì hệ số hòa
 ệkpa

tan lại tăng đáng kể

21


bkk,, by, bO2
35mg/l

ψ
mg / l

mg / l
......
kpa
kG / cm 2

30

0.5
0.4
0.3

1

25

0.7
0.6

60

Pkk

20
15

40

0.2

20

0.1

10

10

ôxi
kk

5

nitơ

20 40 60 80 100 110120 140 160

Quan hệ độ hòa tan của ôxi, kk, nitơ

toC

0.9
Ph 0.7
60

bO2

0.5

PO

0.3

40
20

2

by
20

100
80

bkk

50

30

Pkk,, Py, PO2
kG/cm2
kPa

0.1
40

60

80 100
toC

Quan hệ lượng hòa tan của ôxi, kk,
nitơ, axit cacbonic vào to nước và P
khí quyển

22


2.1.6 Khối lượ ng hỗn hợp hơi nướ c-kk đượ c thải ra khỏi bầu ngưng:
Ghh= Gkk+Gh


ph 
.Gkk
Ghh = 1 + 0.622.
pkk 

Rkk .Tkk .Gkk 0.827(273 + t kk ).Gkk
Vhh = Vkk = Vh ' =
=
Pkk
Pkk
Vhh
Gh =
vh
Hỗn hợp hơi nướ c-kk không ngưng tụ đượ c thải ra khỏi bầu ngưng ở bộ l àm lạnh không khí
có thể tích giảm khi nhiệt độ giảm nên năng suất và chi phí năng l ượ ng của thi ết b ị hút khí gi ảm.

23

2.2 Phân loại bầu ngưng

Theo công chất ngưng tụ: bầu ngưng hơi
nước; bầu ngưng công chất lạnh.
–Theo công dụng: BN chính, BN phụ, BN ở
các thiết bị chưng cất nước
–Theo quá trình trao đổi nhiệt: BN hỗn hợp,
BN gián tiếp
–Theo áp suất BN: BN áp suất, BN chân
không

24


–Theo hệ thỗng xả KK và khí ko ngưng tụ:
BN ko có hệ thống xả khí, BN có hệ thống xả
khí
–Theo chiều chuyển động của nước làm
mát: BN loại 1 chiều; BN đổi chiều 1 lần; BN
đổi chiều nhiều lần
–Theo dòng hơi đi: BN dòng hơi đi xuống,
đi lên, đi sang 2 bên và dòng hơi đi vào tâm

25