Tiểu luận Thiết bị trao đổi nhiệt

Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp lọc hóa dầu đang ngày càng phát triển và đóng vai trò hết
sức quan trọng trong cơ cấu kinh tế của một đất nước. Các sản phẩm của lọc hóa
dầu rất đa dạng và đáp ứng những nhu cầu bức thiết về năng lượng, vật liệu… mà
hiện nay chưa có ngành nào thay thế được. Các sản phẩm phổ biến trong lọc hóa
dầu thường là LPG, xăng, diesel, nhiên liệu phản lực, dầu nhờn… Nhà máy lọc hóa
dầu luôn đòi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng, vấn đề trao đổi nhiệt trong nhà máy lọc
hóa dầu đương nhiên đóng một vai trò hết sức quan trọng. Trong môn học này, dưới
sự hướng dẫn của TS.Đào Quốc Tùy, nhóm sinh viên chúng em đã hoàn thành Tiểu
luận “Các thiết bị trao đổi nhiệt trong nhà máy lọc hóa dầu”.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của TS.Đào Quốc Tùy, chúng em đã cố gắng trình
bày một cách trọn vẹn và chi tiết nhất có thể các thiết bị trao đổi nhiệt trong nhà
máy. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do lượng kiến thức hạn hẹp và thời gian hạn
chế nên chắc chắn tiểu luận của chúng em còn nhiều sai sót. Rất mong được thầy và
các bạn góp ý bổ sung để chúng em hoàn thiện hơn bài tiểu luận của mình.
Chúng em xin trân trọng cảm ơn.

Nhóm sinh viên thực hiện

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 1


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

MỤC LỤC
Phần 1. Tổng quan các thiết bị trao đổi nhiệt
1.
2.

Giới thiệu………………………………………………………………….4
Vai trò các thiết bị trao đổi nhiệt…………………………………………5

Phần 2. Trao đổi nhiệt ở nhiệt độ cao – lò đốt
1. Sơ lược về lò đốt..........................................................................................9
1.1 Cấu tạo của lò gia nhiệt……………………………………………………………9
1.2 Phân loại lò gia nhiệt………………………………………………..…………….10
2.Các loại đầu đốt……………………………………………………….……..11
2.1 Đầu đốt khí…………………………………………………………………………..11
2.2 Đầu đốt dầu……………………………………………………………………...….12
2.3 Đầu đốt kết hợp………………………………………………………………….…13
2.4 Đầu đốt nhiên liệu hai giai đoạn……………………………………………….13
2.5 Van ống khói………………………………………………………………………..14
2.6 Lượng oxy dư……………………………………………………………………….15
2.7 Điều khiển áp suất trong lò………………………………………………….…..15
3. Hệ thống nhiên liệu………………………………………………….…...…16
3.1 Hệ thống nhiên liệu khí…………………………………………………….………16
3.2 Hệ thống nhiên liệu dầu…………………………………………………….……..17
4. Hệ thống sưởi nóng không khí nạp………………………………….…….18
5. Các phương pháp điều khiển trong lò gia nhiệt…………………...……..18
6. Quy trình khởi động, ngừng hoạt động của lò gia nhiệt…………...…….19
6.1 Quy trình khởi động………………………………………………………………..19
6.2 Quy trình dừng hoạt động…………………………………………………..……20
Phần 3. Các thiết bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ trung bình

1.
Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ruột gà…………………………21
1.1 Cấu tạo……………………………………………………………………………21
1.2 Ưu nhược điểm……………………………………………………………….….22
2.
Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống………………………..…….23
2.1 Cấu tạo…………………………………………………………………….………23
2.2 Ưu nhược điểm………………………………………………………………...…24
3.
Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm………………………..…….…..26
3.1 giới thiệu…………………………………………………………………….……26
3.2 Nguyên lý hoạt động……………………………………………………………26
3.3 Cấu tạo thiết bị ống chùm……………………………………………………..28
3.3.1 Ống trao đổi nhiệt…………………………………………………………..…..28
3.3.2 Mặt sàng ống…………………………………………………………………….29
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 2


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.3.6
3.3.7
3.3.8
3.4
3.4.1
3.4.2

3.4.3
3.5
3.5.1
3.5.2

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Vỏ và cửa lưu chất vào/ra………………………………………..…………30
Khoang dầu và đầu đưa chất lỏng vào ra……………………….……..31
Nắp…………………………………………………………………………..…32
Tấm chia ngăn……………………………………………………………..…32
Vách ngăn………………………………………………………………..……33
Bù giãn nở nhiệt………………………………………………………….…..35
Một số loại thiết bị trao đổi nhiệt…………………………………..……..36
Thiết bị trao đổi nhiệt đầu cố định……………………………………..…36
Thiết bị trao đổi nhiệt có đầu di động……………………………………38
Thiết bị trao đổi nhiệt chữ U……………………………………………....38
Hoạt động và một số vấn đề thường gặp………………………….……..40
Hoạt động của một số thiết bị ……………………………………………...40
Một số vấn đề thường gặp của thiết bị trao đổi nhiệt………..……….41

Phần 4. Thiết bị làm mát
1. Tổng quan về thiết bị làm mát……………………………………..…….43
2. Phân loại…………………………………………………………………..45
2.1 Thiết bị làm mát bằng không khí………………………………………….……45
2.2 Thiết bị làm mát bằng chất lỏng…………………………………………..…..50

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 3

Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

PHẦN I: TỔNG QUAN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
1. Giới thiệu
Từ khi được phát hiện đến nay , dầu mỏ và khí tự nhiên đã và đang là
nguồn nguyên liệu quý giá , đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của con
người ,ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động kinh tế của mỗi cuốc gia . Trên thế giới
các quốc gia có dầu và ngay cả các quốc gia không có dầu đã xây dựng cho mình
nền công nghiệp dầu mỏ và hóa dầu làm tăng hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng
dầu mỏ . Ngành công nghiệp này có tầm quan trọng đặc biệt trong nền kinh tế
quốc dân và quốc phòng các nước . Các sản phẩm dầu mỏ đã và đang góp phần
quan trọng vào cán cân năng lượng thế giới , là nguồn nguyên liệu phong phú , trụ
cột cho các ngành công nghiệp khác .
Việt nam là một trong những quốc gia trên thế giới có tiềm năng về dầu khí
, nước ta đã và đang có những bước tiến quan trọng trong việc chế biến dầu mỏ
trở thành những sản phẩm có giá trị kinh tế cao . Việc chế biến và sản xuất các sản
phẩm thương mại có nguồn gốc từ dầu thô đòi hỏi nhiều quá trình phức tạp và tiêu
tốn nhiều năng lượng .Đây là vấn để hàng đầu quyết định đến giá trị kinh tế của
nhà máy.
Trong nhà máy lọc dầu , các phân xưởng phân tách như phân xưởng chưng
cất hay trích ly thì nguồn năng lượng luôn đóng vai trò cần thiết do mối quan hệ
chặt chẽ giữa nhiệt độ và các sản phẩm tách.Cũng như vậy , các phân xưởng
chuyển hóa hóa học như cracking ,reforming .. đòi hỏi cần cung cấp một lượng
nhiệt lớn để đạt tới ngưỡng nhiệt độ cần thiết mà ở đó các phản ứng hóa học có
thể xảy ra.Để cung cấp một nhiệt lượng lớn cần thiết cho các phân xương hoạt
động có hiệu quả thì cần sử dụng các lò cấp nhiệt để đun nóng dòng nguyên liệu

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 4


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

lên đến nhiệt độ cần thiết.Tuy nhiên việc sử dụng việc sử dụng các lò cấp nhiệt sẽ
gây tốn kém nhiều chi phí trong khi các sản phẩm đi ra từ các phân xưởng sản
xuất đều mang theo một nhiệt lượng đáng kể , nên cần có các thiết bị làm mát
chúng trước khi đem lưu trữ.Do vậy vấn đề đặt ra cần sử dụng các thiết bị trao đổi
nhiệt để có thể tận dụng một cách có hiệu quả các nguồn nhiệt kể trên với mục
đích nâng cao nhiệt độ dòng nạp liệu lên đến một nhiệt độ thích hợp và làm giảm
nhiệt độ của sản phẩm trước khi cho vào các bồn lưu trữ đồng thời giảm đáng kể
chi phí cho lò cấp nhiệt và nâng cao tính kinh tế của nhà máy. Ngoài việc sủ dụng
các lưu chất có nguồn gốc từ dầu thô thì nước , hơi nước , không khí cũng được sử
dụng để đun nóng hay làm sạch các sản phẩm đến một nhiệt độ thích hợp cho việc
sản xuất hay lưu trữ.
Các thiết bị trao đổi nhiệt luôn được thiết kể sao cho có hiệu quả cao.Nhìn
chung, người ta phân biệt ra làm 3 loại thiết bị với các chức năng khác nhau:
 Thiết bị trao đổi nhiệt và làm lạnh : Trong trường hợp này không có
sản phẩm nào thay đổi pha.Loại thiết bị này thường áp dụng trong các
trường hợp thu hổi nhiệt ở các dòng chất lỏng nóng cũng như để làm
lạnh các dòng chất lỏng khác.
 Thiết bị ngưng tụ : Thiết bị này cho phép ngưng tụ và làm lạnh hơi
đỉnh tháp chưng cất bằng một sản phẩm lạnh hoặc một chất làm lạnh
khác như : nước , không khí , nước muối …
 Thiết bị đun sôi lại : thiết bị này đảm bảo cho sự bay hoi của các sản

phẩm ở đáy tháp với sự tuần hoàn của chất lỏng nóng hay hơi nước.
2.

Vai trò của thiết bị trao đổi nhiệt
Trong các quá trình lọc hóa dầu , tất cả các thiết bị trao đổi nhiệt là cách
hiểu quả nhất để tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải . Đó là cách thức chính

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 5


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

để giảm thiểu tác động đến môi trường nhiều quá trình trong nhà máy lọc dầu
.
Tiết kiệm năng lượng : chìa khóa để giảm chi phí vẫn hành .
Năng lượng là yếu tố cần thiết đối với bất kỳ nhà máy lọc dầu nào . Nó
chiếm khoảng 50% tổng chi phí vận hành . Việc tiêu tốn năng lương k chỉ gây
tốn kém , mà việc sản xuất nó gây tác động tới môi trường một cách đáng kể .
Việc chi phí tăng vọt cũng như môi trường toàn cầu đang là mối quan
tâm ví dụ như khí nhà kính , cùng với việc thị trường cạnh tranh về cả nguyên
liệu cũng như sản phẩm . Tất cả chúng đều gây áp lực lên nhà máy lọc dầu để
có thể hoạt động đảm bảo về mặt hiệu quả và kinh tế .
Do đó việc tái sủ dụng năng lượng là chìa khóa để tối ưu hóa hoát động
của nhà máy .
 Việc sủ dụng và chọn lựa các thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp là hết sức
cần thiết cho các quá trình lọc hóa dầu .

Một số ví dụ về việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt trong nhà máy lọc hóa dầu :
Phân xưởng FCC:

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 6


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Thiết bị trao đổi nhiệt làm tăng nhiệt độ dòng nguyên liệu lên 200 o C
 Tận dụng năng lượng của dòng xúc tác để nâng nhiệt độ của dòng
nguyên liệu .
Ở đỉnh tháp xăng và các khí nhẹ ở T =120 oC được dẫn qua thiết bị làm mát , đi
qua thiết bị trao đổi nhiệt .
 Khí từ C1-C4 , H2S được nén lại tạo áp suất rồi được phân tách riêng để
sử dụng cho các mục đích khác nhau . Xăng một phần được đưa trở lại
cột phân đoạn , phần còn lại được lấy ra làm nhiện liệu oto .
Phần giữa tháp thu được các sản phẩm như LCO , HCO , nhưng sản phẩm này
được đưa qua các tripper và qua các thiết bị trao đổi nhiệt trước khi thu sản
phẩm
 Tân dụng nhiệt của sản phẩm để đun nóng tùy theo mục đích sử dụng
Phần đáy tháp với T = 330 oC ta thu được phần dầu cặn đã được làm sạch khỏi
bùn xúc tác qua thiết bị trao đổi nhiệt trở lại tháp , phần sản phẩm thu được
dùng để làm nguyên liệu đốt lò , nguyên liệu để sản xuất bồ hóng , hoặc quay
trở lại quá trình cracking xúc tác.
 Làm sạch và tận dụng nhiệt .

Thiết bị trao đổi nhiệt ở dáy tháp ( spiral heat exchanger )
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 7


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Phân xưởng CCR :

Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ dòng khí H2 lên 481 oC
Dòng sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng cuối cùng được đưa quá thiết bị
trao đổi nhiệt
 Cung cấp nhiệt để gia nhiệt cho dòng nguyên liệu vào
 Giảm nhiệt độ trước khi đi vào thiết bị phân tách lỏng hơi
Sản phẩm đỉnh của tháp tách chủ yếu là C3-C4 được làm mát , trao đổi nhiệt trước
khi đưa vào thiết bị tách pha .
Sản phẩm lỏng của tháp tách trước khi đi ra ngoài cũng được đưa quá thiết bị trao
đổi nhiệt để tận dụng nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 8


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

PHẦN II. GIA NHIỆT Ở NHIỆT ĐỘ CAO : LÒ ĐỐT
1.
1.1

Giới thiệu về lò gia nhiệt
Cấu tạo của lò gia nhiệt

Lò gia nhiệt gồm các bộ phận sau:
1. Thân lò
2. Đầu đốt (đốt nguyên liệu)
3. Đầu đốt mồi
4. Không gian buồng đốt
5. Cửa gió vào
6. Cửa xả
7. Đường ống trao đổi nhiệt
8. Lớp cách nhiệt giảm sự thất thoát nhiệt ra bên ngoài

- Ngoài ra với các loại lò gia nhiệt lớn còn có các bộ phận khác như máy nén
không khí, lọc không khí, van điều khiển nhiên liệu, cảm biến nhiệt độ, đồng hồ
đo nhiệt độ.
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 9


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

- Nguồn nhiệt được đặt bên trong đáy lò, nhiệt được sinh ra bởi ngọn lửa, diện tích
lam ra của ngọn lửa được gọi là buồng đốt.
- Các đường ống có dòng lưu chất chảy qua nằm theo tường của buồng đốt nó
nhận nhiệt từ ngọn lửa cháy. Khí cháy di chuyển lên trên lò đi ngang qua các
đường ống và sau cùng đi ra ngoài theo ống khói.
- Tường của lò nhiệt, sàn (đáy) và trần được làm bằng loại vật liệu cách nhiệt
nhằm tránh mất nhiệt và nó có khả năng phản xạ trở lại các đường ống.
- Bên trong ống khói có bướm điều chỉnh nhằm mục đích điều chỉnh quá trình
thoát ra khỏi khí cháy. Sự điều chỉnh này sẽ đảm bảo lượng nhiệt không bị thất
thoát ra ngoài cũng như đảm bảo cho quá trình cháy.
- Các đường ống đặt bên trong lò gia nhiệt cho chất lỏng chuyển động qua nó, chất
lỏng đến lò gia nhiệt với nhiệt độ thấp sau khi trao đổi nhiệt sẽ rời khỏi lò với
nhiệt độ cao.
- Kim loại làm đường ống phải có tính hấp thụ bức xạ nhiệt, tính dẫn nhiệt.
1.2

Phân loại lò gia nhiệt

a. Phân loại theo hình dáng của lò gia nhiệt
Lò gia nhiệt có nhiều hính dáng khác nhau: hình chữ nhật, lò gia nhiệt hình trụ…
Lò gia nhiệt hình trụ bên ngoài có cấu trúc hình trụ. Các đường ống trao đổi nhiệt
bên trong lò được lắp theo phương thẳng đứng. Lò gia nhiệt hình trụ được dùng rất phổ
biến hiện nay.
Lò gia nhiệt hình chữ nhật: lò có dạng hình chữ nhật, các đường ống bên trong lò
được bố trí nằm ngang xuyên qua ngọn lửa. Cách bố trí như vậy gọi là các đường ống
nằm ngang.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 10

Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

Lò gia nhiệt hình trụ

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Lò gia nhiệt hình chữ nhật

b. Phân loại theo đường ống vào
Theo kiểu dáng của đường ống vào, nếu đường ống bào có 1 dòng chảy đi vào thì
ta gọi lò gia nhiệt đó có dòng chảy đơn. Nếu đường ống đi vào theo 2 đường ống riêng
biệt hoặc nhiều hơn thì ta gọi lò gia nhiệt đó có nhiều dòng chảy.

2. Các loại đầu đốt
2.1

Đầu đốt khí

- Nhiên liệu (gas) được dẫn trong đường ống cung cấp đến đầu đốt chính và đầu
đốt mồi
- Không khí đi vào buồng đốt thông qua cửa nạp khí. Lượng không khí đi vào có
thể điều chỉnh được bằng cách đóng hoặc mở cần điều chỉnh
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 11


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

- Khí nhiên liệu (gas) và không khí vào trong buồn đốt chúng được hòa trộn với
nhau ở đầu đốt và cháy, ngọn lửa cháy tạo ra nhiệt và truyền qua đường ống
gia nhiệt.
- Đối với loại đầu đốt khí thì cần có đầu đốt mồi. Nó có nhiệm vụ tạo lửa mồi
cho đầu đốt chính. Khi đầu đốt chính đã cháy thì pilot không hoạt động nữa.

Ngoài ra còn có kiểu đầu đốt mà nhiên liệu và không khí được trộn từ bên ngoài
cửa nạp đầu đốt và sau đó theo đường ống vào trong buồng đốt. Loại đầu đốt kiểu này
còn có khiểu nạp không khí thứ hai đưa vào buồng đốt nhằm mục đích làm cho tỷ lệ hòa
trộn giữa nhiên liệu và không khí triệt để hơn. Cửa không khí thứ hai này có thể điều
chỉnh được để khống chế lưu lượng không khí vào lò.
Ưu điểm của phương pháp này là ta có thể điều chỉnh được tỷ lệ không khí/nhiên
liệu vào buồng đốt để khí đốt tạo ra lượng nhiệt lớn nhất có thể.
2.2Đầu đốt dầu
Bao gồm:
- Đường đầu chính: cung cấp dầu vào buồng đốt
- Súng phun dầu áp suất cao: tạo áp suất cao để tán sương dòng dầu, đồng thời
gia nhiệt cho dòng dầu

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 12


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Hơi gặp dầu ở cửa của mỏ đốt dầu dưới một áp lực lớn làm cho dầu bị tán nhỏ
thành các hạt sương mù, dòng dầu tán sương này đi ra khỏi cửa của mỏ đốt dầu hòa trộn
với không khí và tạo thành sự cháy.

Đầu đốt dầu
2.3 Đầu đốt kết hợp
Ở phần đầu đốt khí có cửa sổ sơ cấp vì thế nó hoạt động như đầu đốt được hòa
trộn trước khi đi vào buồng đốt. Đầu đốt được đặt ở giữa. Đầu đốt dầu có thể di chuyển
ra phía sau hoặc về phía trước cạnh đường ống và nó có thể rút ra được. Khi sử dụng
duy nhất một đầu đốt khí thì đầu đốt dầu có thể tháo ra khỏi khu vực buồng đốt.

Đầu đốt kết hợp
2.4 Đầu đốt nhiên liệu hai giai đoạn
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 13


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Trong quá trình cháy nhiệt độ của buồng đốt lên cao làm xuất hiện Nox, lượng khí
này gây ô nhiễm môi trường. Để giảm lượng Nox thì ta dùng đầu đốt hai gia đoạn. Với
kiểu này sự cháy trong lò diễn ra theo từng khu vực khác nhau:
- ở giai đoạn cháy chính nhiên liệu và không khí được phun vào trong buồng đốt
với một lượng ban đầu giàu oxy, sự giàu oxy làm sản sinh Nox
- ở giai đoạn cháy thứ hai nhiên liệu được phun vào xung quanh buồng đốt nhiên
liệu này sẽ cháy với lượng oxy dư làm giảm thiểu lượng Nox sinh ra.

Đầu đốt nhiên liệu hai giai đoạn
2.5 Van ống khói
Van ống khói làm nhiệm vụ đóng mở cho dòng khí cháy đi ra từ lò gia nhiệt.
- Nếu van ống khói mở hoàn toàn thì dòng khí cháy đi ra lớn, quá trình cháy
thừa oxy làm mất nhiệt lò gia nhiệt.
- Nếu van ống khói đóng hoàn toàn thì dòng khí cháy sẽ không ra khỏi lò được,
quá trình cháy trong lò sẽ không còn hoặc sẽ sinh ra cháy ngược rất nguy hiểm.
Như vậy cần phải điều khiển dòng khí cháy ra khỏi lò sao cho sự trao đổi nhiệt
cao đến mức có thể cũng như duy trì sự cháy trong lò diễn ra liên tục.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 14


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

2.6 Lượng oxy dư
Lượng oxy dư là lượng oxy lớn hơn trong tính toán phương trình cháy. Trong
thực tế tỷ lệ giữa oxy và nhiên liệu không thể đạt mức độ hoàn hảo. Thông thường trong
lò đốt thì cần khống chế lượng oxy dư khoảng từ 1-5%. Vì nếu lượng oxy dư lớn sẽ làm
mất nhiệt lò đốt, ngược lại nếu thiếu oxy thì nhiên liệu cháy không hết gay ô nhiễm môi
trường. Để kiểm tra lượng oxy dư người ta dùng thiết bị đo lượng oxy thoát ra khỏi lò từ
đó để điều chỉnh cửa nạp không khí.
2.7 Điều khiển áp suất trong lò
Khi quá trình cháy xảy ra thì áp suất trong lò phải nhỏ hơn áp suất khí quyển.
Điều này được điều chỉnh bởi van ống khói.

Với những lò cung cấp khí không phải bằng áp suất ẩm trong lò thì ta phải dùng
quạt để điều chỉnh.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 15


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

3. Hệ thống nhiên liệu
Có hai hệ thống nhiên liệu được sử dụng trong lò gia nhiệt là:
- Hệ thống nhiên liệu khí (gas)
- Hệ thống nhiên liệu dầu (oil)
3.1 Hệ thống nhiên liệu khí (gas)
- Nhiên liệu khí cung cấp cho lò gia nhiệt trước tiên được đưa qua thiết bị để xử
lý lưu huỳnh, sau đó đưa đến bình tách để tách nước trước khi đưa vào buồng
đốt chính và buồng đốt mồi
- Ngoài ra trong quá trình giảm áp để cung cấp nhiên liệu nhiệt độ của gas rất
thấp rất khó cháy. Lúc này người ta đưa qua hệ thống gia nhiệt để tăng nhiệt
cho gas.
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 16


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

3.2

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Hệ thống nhiên liệu dầu

Nhiên liệu được đưa từ thúng chứa qua bơm dầu vào trong hệ thống cung cấp
nhiên liệu. Trước khi đưa đến buồng đốt dầu được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt làm cho
dầu nóng lên nhằm tăng khả năng của dòng chảy cũng như tăng khả năng cháy.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 17


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

4. Hệ thống sưởi nóng không khí nạp
Để cho quá trình cháy diễn ra dễ dàng người ta dùng hệ thống gia nhiệt để gia
nhiệt cho không khí trước khi đi vào buồng đốt.

5. Các phương pháp điều khiển trong lò gia nhiệt
Dòng chất lỏng cần nung nóng sau khi qua lò gia nhiệt nhiệt độ sẽ tăng lên. Vấn
đề ở đây là nhiệt độ đầu ra phải ổn định và đạt nhiệt độ yêu cầu. Để đạt được điều này
người ta dùng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ đầu ra. Nhiệt độ đo được sẽ được truyền
về hệ thống điều khiển qua thiết bị TRC( temperature recording controller). Hệ thống
điều khiển này sẽ so sánh giá trị đo được với giá trị setpoint để từ đó xuất ra tín hiệu
đóng/mở van cung cấp nhiên liệu vào lò.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 18


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Ngoài phương pháp điều khiển van cung cấp lượng nhiên liệu vào lò đốt để đạt
được nhiệt độ mong muốn thì người ta còn dùng hệ thống điều khiển để đóng/mở van
cung cấp dòng trao đổi nhiệt để đạt nhiệt độ yêu cầu.
6. Qui trình khởi động, ngừng hoạt động lò gia nhiệt
Trước khi khởi động hệ thống lò gia nhiệt cần phải cung cấp lưu lượng chất cần
trao đổi nhiệt vào cho hệ thống để tránh quá nhiệt cho đường ống bên trong lò gia nhiệt
6.1 Quy trình khởi động
- Cấp nguồn điện cho control panel
- Chuyển chế độ cháy của burner sang chế độ cháy nhỏ “Force to low fire for
burner light off”. Cho phép heater khởi động ở chế độ cháy nhỏ nhất, an toàn
cho thiết bị.
- Thực hiện quá trình purge cho heater
- Reset tất cả các lỗi trên panel và cho phép khởi động heater
- Đuổi các hỗn hợp khí cháy còn lại trong lò ra ngoài
- Mở van cung cấp gas cho đầu đốt mồi
- Mở van cấp fuel gas cho đầu đốt chính
- Tăng khí fuel gas cho các đầu đốt chính, nâng nhiệt cho dầu.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 19


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

- Chuyển các cụm điều khiển: van điều chỉnh cung cấp nhiên liệu, van điều chỉnh
dòng hot oil vào lò, hệ thống nạp không khí, stack damper về chế độ auto để đảm
bảo các thông số yêu cầu.
6.2 Quy trình dừng hoạt động
- Chuyển các van cung cấp sang chế độ manual, đóng từ từ từng 1% độ mở van
cho đến về 0%
- Nhấn nút dừng hoạt động lò gia nhiệt
- Dừng bơm cung cấp dòng cần trao đổi nhiệt
- Đóng các van dầu nóng vào lò
- Đóng các van dầu nóng đầu ra của lò
- Đóng các van cấp gas cho các đầu đốt

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 20


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

PHẦN III. CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Ở NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
1. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ruột gà

1.1 Cấu tạo
Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống xoắn ruột gà là một trong những loại thiết bị
đơn giản nhất, nó gồm các ống uốn cong theo hình ren ốc gọi là ống xoắn ruột gà.
Khi làm việc, một chất tải nhiệt đi trong ống, còn một chất tải nhiệt khác đi ngoài
ống.
Khi muốn tăng vận tốc của chất đi ngoài ống ta lắp một ống 5 để hạn chế
dung tích phía ngoài ống xoắn. Khi đó chất tải nhiệt phía ngoài chảy dọc theo
thiết bị có tiết diện hình vành khan giới hạn bởi thiết bị 1 và ống 5. Hệ số cấp
nhiệt phía trong ống xoắn thường lớn hơn ống thẳng một ít. Khi đun nóng bằng
hơi nước bão hòa, nếu chiều dài ống xoắn quá lớn thì phần cuối ống sẽ chứa đầy
nước ngưng làm giảm hệ số truyền nhiệt, đồng thời áp suất hơi ở phần cuối cùng
bị giảm và khó tháo khí không ngưng. Vì vậy, khi yêu cầu bề mặt truyền nhiệt
lớn, ta phải bố trí thành nhiều ống xoắn làm việc song song xếp nối tiếp nhau hoặc
xếp thành những vòng tròn đồng tâm.

Hình 1.a. Thiết bị truyền nhiệt ống xoắn ruột gà:
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 21


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

1 - thiết bị; 2- ống xoắn; 3 - giá đỡ; 4 - nẹp giữ ống; 5 - ống.

Hình1.b . Ống xoắn kiểu vòng tròn đồng tâm
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 22


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

1.2 Ưu – Nhược điểm
 Ưu điểm:
 Thiết kế đơn giản.
 Có thể làm bằng những vật liệu chống ăn mòn.
 Dễ kiểm tra và sửa chữa.
 Nhược điểm:
 Thiết bị cồng kềnh.
 Hệ số truyền nhiệt nhỏ do hệ số cấp nhiệt phía ngoài bé.
 Khó làm sạch phía trong ống.
 Trở lực thủy lực lớn hơn ống thẳng.
 Chất lỏng cho vào từ dưới lên để ống xoắn luôn chứa đầy còn hơi thì cho từ
trên xuống để tránh va đập thủy lực.
Vận tốc của chất lỏng trong ống xoắn thường từ 0.5 – 1 m/s; đối với chất khí
ở áp suất thường từ 5 – 12 m/s. Đường kính ống không quá 100 mm vì lớn
quá khó gia công. Đối với ống xoắn gấp khúc chiều dài mỗi đoạn L phụ
thuộc vào vật liệu.
Đối với ống xoắn ruuotj gà D > 8d (D – đường kính của vòng xoắn, d –
đường kính ống xoắn, m).
2. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống
2.1 Cấu tạo
Thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, mỗi
đoạn có hai ống lồng vào nhau, ống trong 1 của đoạn này nối với ống trong của
đoạn khác và ống ngoài 2 của đoạn này nối thông với ống ngoài của đoạn khác.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 23


Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

Để dễ thay thế và rửa ống người ta nối bằng khuỷu 3 và ống nối 4 có mặt bích.
Ống 2 được hàn kín với ống 1 bằng mối hàn 5.
Chất tải nhiệt II đi trong ống trong từ dưới lên còn chất tải nhiệt I đi trong
ống ngoài từ trên xuống, khi năng suất lớn ta đặt nhiều dãy làm việc song song.

Hình 2a. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống:
1 - ống trong; 2 - ống ngoài; 3 - khuỷu ống;
4 - ống nối; 5 - mối hàn.
2.2 Ưu – Nhược điểm
 Ưu điểm:
 Cấu tạo đơn giản.
 Hệ số truyền nhiệt lớn vì ta có thể tạo ra vận tốc lớn cho cả hai
chất tải nhiệt.
 Nhược điểm:
 Thiết bị cồng kềnh.
 Giá thành cao vì tốn nhiều kim loại.
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 24

Tiểu luận: Thiết bị trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Đào Quốc Tùy

 Khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống.
Tuy nhiên, các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống hiện nay chủ yếu là
các ống trơn có hiệu quả thấp, ít nhiều còn bị hạn chế, đặc biệt trong trường
hợp ngưng tụ môi chất, ống trơn sẽ hạn chế khả năng ngưng tụ của môi
chất. Mặc khác, khi màng ngưng hình thành nó sẽ hạn chế quá trình trao đổi
nhiệt giữa dòng hơi và bề mặt vật rắn. Trong các hệ thống Freon, hệ số tỏa
nhiệt khi ngưng khá thấp, vì vậy cũng rất cần thiết phải có các biện pháp để
nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt. Khi đó, có thể sử dụng loại ống trong có
cánh dọc theo chiều dài ống để tăng cường khả năng truyền nhiệt về phía
môi chất.đối với thiết bị này.

Hình 2.b. Các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng trong thực tế
Thiết bị trao đổi nhiệt

Page 25