เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคืออะไร?

คำว่า "เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน" ใช้เพื่ออธิบายอุปกรณ์ที่อำนวยความสะดวกในการถ่ายเทความร้อนจากของเหลวหนึ่งไปยังอีกของเหลวหนึ่งโดยไม่ต้องผสมทั้งสองอย่าง ประกอบด้วยช่องทางหรือเส้นทางที่แตกต่างกันสองช่อง ช่องหนึ่งสำหรับของไหลร้อนและอีกช่องหนึ่งสำหรับของไหลเย็น ซึ่งยังคงแยกจากกันในขณะที่แลกเปลี่ยนความร้อน หน้าที่หลักของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยการใช้ความร้อนเหลือทิ้ง อนุรักษ์ทรัพยากร และลดต้นทุนการดำเนินงาน

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภททั่วไป
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อ:นี่คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภททั่วไปที่ใช้ในระบบ HVAC เชิงพาณิชย์ ประกอบด้วยท่อหลายชุดที่อยู่ในเปลือก ของไหลร้อนจะไหลผ่านท่อในขณะที่ของไหลเย็นจะไหลเวียนของท่อภายในเปลือก ทำให้สามารถแลกเปลี่ยนความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน:เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นใช้แผ่นโลหะซ้อนกันโดยมีบริเวณยกและกดสลับสลับกัน ของไหลร้อนและเย็นไหลผ่านช่องที่แยกจากกันซึ่งเกิดจากช่องว่างระหว่างแผ่น ส่งผลให้มีการถ่ายเทความร้อนได้สูงสุดเนื่องจากพื้นที่ผิวขนาดใหญ่

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบอากาศสู่อากาศ:หรือที่เรียกว่าหน่วยการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้จะถ่ายเทความร้อนระหว่างสารสกัดและกระแสอากาศที่จ่าย โดยขจัดความร้อนออกจากอากาศเก่าและถ่ายโอนไปยังอากาศบริสุทธิ์ ช่วยลดการใช้พลังงานโดยการปรับสภาพอากาศที่เข้ามาล่วงหน้า

การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อในอุตสาหกรรมคืออะไร?
การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อในอุตสาหกรรมเคมี อาหาร น้ำมันและก๊าซ และสาขาอื่นๆ แพร่หลาย โดยทั่วไปจะใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวสองชนิดโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรง การใช้งานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อในอุตสาหกรรมที่สำคัญบางส่วน ได้แก่:

กระบวนการทำความร้อนและความเย็นในโรงงานเคมี
หน้าที่ควบแน่นและระเหยในโรงกลั่น
ระบบนำความร้อนกลับคืนในโรงงานผลิตไฟฟ้า
ระบบ HVAC ในอาคารพาณิชย์และที่พักอาศัย
ระบบทำความเย็นในโรงงานแปรรูปอาหาร
การจัดการความร้อนในโรงงานผลิตน้ำมันและก๊าซ
โดยรวมแล้ว เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนและรักษาการควบคุมอุณหภูมิตลอดกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อมีกี่ประเภท?
โดยพื้นฐานแล้ว มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อหลักสามประเภทที่ใช้กันทั่วไป:

1. ตัวแลกเปลี่ยนแผ่นท่อแบบคงที่ (ส่วนหัวด้านหลังชนิด L, M และ N)
ในการออกแบบนี้ แผ่นท่อจะถูกเชื่อมเข้ากับเปลือก ส่งผลให้มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและประหยัด แม้ว่ารูท่อสามารถทำความสะอาดด้วยกลไกหรือทางเคมีได้ แต่โดยทั่วไปแล้วพื้นผิวด้านนอกของท่อจะไม่สามารถเข้าถึงได้ ยกเว้นการทำความสะอาดด้วยสารเคมี เครื่องเป่าลมอาจจำเป็นเพื่อรองรับความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างมากระหว่างวัสดุเปลือกและท่อ แต่สิ่งเหล่านี้อาจเป็นสาเหตุของความอ่อนแอและความล้มเหลวได้

2. ตัวแลกเปลี่ยน U-Tube
ในตัวแลกเปลี่ยน U-Tube ประเภทส่วนหัวด้านหน้าอาจแตกต่างกัน และส่วนหัวด้านหลังโดยทั่วไปจะเป็นประเภท M ท่อรูปตัว U ช่วยให้ขยายความร้อนได้ไม่จำกัด และสามารถถอดมัดท่อออกเพื่อทำความสะอาดได้ อย่างไรก็ตาม การทำความสะอาดท่อภายในด้วยวิธีกลเป็นเรื่องยาก ทำให้ประเภทนี้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ของเหลวด้านข้างท่อสะอาดเท่านั้น

3. ตัวแลกเปลี่ยนหัวลอย (ส่วนหัวด้านหลังแบบ P, S, T และ W)
ในเครื่องแลกเปลี่ยนประเภทนี้ แผ่นท่อที่ปลายส่วนหัวด้านหลังไม่ได้ถูกเชื่อมเข้ากับเปลือก แต่อนุญาตให้เคลื่อนย้ายหรือลอยได้ แผ่นท่อที่ปลายส่วนหัวด้านหน้ามีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าเปลือกและปิดผนึกในลักษณะเดียวกับการออกแบบแผ่นท่อแบบตายตัว

สามารถรองรับการขยายความร้อนได้ และสามารถถอดมัดท่อเพื่อทำความสะอาดได้ หัวท้ายแบบ S-Type เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับหัวท้ายด้านหลัง เครื่องแลกเปลี่ยนหัวแบบลอยตัวเหมาะสำหรับอุณหภูมิและความดันสูง แต่โดยทั่วไปจะมีราคาแพงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนแบบแผ่นท่อแบบคงที่

ในฐานะซัพพลายเออร์ท่อมืออาชีพ Hnssd.com สามารถจัดหาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบปรับแต่งได้ หากคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเรา เราขอให้คุณติดต่อเรา:sales@hnssd.com

ส่วนประกอบของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อสามารถแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. เชลล์
เปลือกเป็นส่วนนอกสุดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งยึดมัดท่อ โดยทั่วไปจะเป็นภาชนะทรงกระบอกที่สร้างจากเหล็กหรือสารที่เหมาะสมอื่นๆ

2. หลอดหรือมัดท่อ
กลุ่มของท่อขนานที่วิ่งไปตามความยาวของเปลือกประกอบกันเป็นมัดท่อ ท่อสามารถประกอบด้วยวัสดุที่แตกต่างกัน เช่น สแตนเลส ทองแดง หรือไทเทเนียม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ เส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาของท่อก็เป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญเช่นกัน

3. แผ่นท่อ
แผ่นท่อเป็นแผ่นที่แข็งแรงซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกั้นระหว่างมัดท่อและเปลือก โดยทั่วไปจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้เหล็กและหลอมรวมกับเปลือกเพื่อให้แน่ใจว่าปิดได้แน่นหนาและไม่มีการรั่วไหล ท่อจะถูกสอดผ่านรูในแผ่นท่อและจะขยายหรือเชื่อมในตำแหน่ง

4. แผ่นกั้น
แผ่นกั้นคือแผ่นหรือแท่งที่วางอยู่ภายในเปลือกเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของของไหลรอบมัดท่อ สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นได้ทั้งแนวยาวหรือแนวขวางและมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการถ่ายเทความร้อน

5. หัวฉีดทางเข้าและทางออก
หัวฉีดทางเข้าและทางออกทำหน้าที่เป็นจุดเข้าและทางออกของของเหลวในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การเชื่อมต่อเหล่านี้มักจะอยู่ที่ปลายตรงข้ามของเปลือกและติดกับท่อและเปลือกโดยใช้หน้าแปลนหรือข้อต่อประเภทอื่น

6. ข้อต่อขยาย
ข้อต่อขยายเป็นตัวเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นซึ่งรองรับการขยายและการหดตัวเนื่องจากความร้อนของมัดท่อ โดยปกติจะอยู่ที่ทางเข้าและทางออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ข้อต่อเหล่านี้สร้างโดยใช้ตัวสูบลมโลหะหรือวัสดุยืดหยุ่นอื่นๆ

7. โครงสร้างการสนับสนุน
โครงสร้างรองรับจะยึดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนไว้ในตำแหน่ง ทำให้มั่นใจได้ถึงรากฐานที่มั่นคง โครงสร้างรองรับอาจเป็นแบบชั่วคราวหรือถาวรและอาจทำจากเหล็กหรือวัสดุอื่น ๆ

คำศัพท์ทางเรขาคณิตของเปลือกและท่อ

รูปแบบเส้นผ่านศูนย์กลางท่อและระยะพิทช์
ท่ออาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 12.7 มม. (0.5 นิ้ว) ถึง 50.8 มม. (2 นิ้ว) แต่ 19.05 มม. (0.75 นิ้ว) และ 25.4 มม. (1 นิ้ว) เป็นขนาดที่พบบ่อยที่สุด ท่อจะวางในรูปแบบสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมในแผ่นท่อ

จำเป็นต้องมีรูปแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสเมื่อจำเป็นต้องเข้าถึงพื้นผิวท่อเพื่อทำความสะอาดกลไก การจัดเรียงแบบสามเหลี่ยมทำให้สามารถวางท่อได้มากขึ้นในพื้นที่ที่กำหนด ระยะพิทช์ของท่อคือระยะห่างจากศูนย์กลางถึงกึ่งกลางที่สั้นที่สุดระหว่างท่อ ระยะห่างของท่อกำหนดโดยอัตราส่วนพิทช์ของท่อ/เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ซึ่งปกติคือ 1.25 หรือ 1.33 เนื่องจากมีการใช้รูปแบบสี่เหลี่ยมเพื่อการทำความสะอาด จึงอนุญาตให้มีช่องว่างระหว่างท่ออย่างน้อย 6.35 มม. (0.25 นิ้ว)

ประเภทแผ่นกั้น
มีการติดตั้งแผ่นกั้นที่ด้านข้างของตัวเครื่องเพื่อให้อัตราการถ่ายเทความร้อนสูงขึ้นเนื่องจากความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้น และเพื่อรองรับท่อ จึงช่วยลดโอกาสที่จะเกิดความเสียหายเนื่องจากการสั่นสะเทือน มีแผ่นกั้นหลายประเภทที่รองรับท่อและส่งเสริมการไหลผ่านท่อ

ส่วนเดียว (นี่คือเรื่องธรรมดาที่สุด)

Double Segmental (ใช้เพื่อให้ได้ความเร็วของเปลือกนอกที่ต่ำกว่าและแรงดันตกคร่อม)

ดิสก์และโดนัท

ระยะห่างจากศูนย์กลางถึงกึ่งกลางระหว่างแผ่นกั้นเรียกว่าระยะพิตช์ของแผ่นกั้น และสามารถปรับให้เปลี่ยนแปลงความเร็วของการไหลข้ามได้ ในทางปฏิบัติ ระยะพิทช์ของแผ่นกั้นโดยปกติจะไม่มากกว่าระยะห่างเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของเปลือก หรือใกล้กว่าระยะห่างเท่ากับหนึ่งในห้าของเส้นผ่านศูนย์กลางหรือ 50.8 มม. (2 นิ้ว) แล้วแต่จำนวนใดจะมากกว่า เพื่อให้ของเหลวไหลย้อนกลับและไปข้างหน้าผ่านท่อ ส่วนหนึ่งของแผ่นกั้นจึงถูกตัดออกไป ความสูงของชิ้นส่วนนี้เรียกว่าแผ่นกั้นตัด และวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ของเส้นผ่านศูนย์กลางเปลือก เช่น เปอร์เซ็นต์แผ่นกั้นตัด 25 เปอร์เซ็นต์ จำเป็นต้องพิจารณาขนาดของแผ่นกั้นที่ตัด (หรือหน้าต่างแผ่นกั้น) ควบคู่ไปกับระยะพิทช์ของแผ่นกั้น เป็นเรื่องปกติที่จะปรับขนาดระยะพิตช์ของแผ่นกั้นและระยะพิตช์ของแผ่นกั้นเพื่อให้ความเร็วผ่านหน้าต่างและในการไหลข้ามเท่ากันโดยประมาณ ตามลำดับ

การออกแบบเชิงกลของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับรายการต่างๆ เช่น ความหนาของเปลือก ความหนาของหน้าแปลน ฯลฯ ซึ่งคำนวณโดยใช้รหัสการออกแบบภาชนะรับความดัน เช่น รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดันจาก ASME (American Society of Mechanical Engineers) และมาตรฐาน British Master Pressure Vessel Standard, BS 5500 ASME เป็นรหัสที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและมีอยู่ใน 11 ส่วน ส่วนที่ VIII (ภาชนะรับแรงดันที่จำกัด) ของรหัสนี้ใช้ได้กับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมากที่สุด แต่ส่วนที่ II—วัสดุ และส่วนที่ V—การทดสอบแบบไม่ทำลายก็เกี่ยวข้องเช่นกัน

ทั้ง ASME และ BS5500 มีการใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นที่ยอมรับทั่วโลก แต่บางประเทศยืนยันว่ามีการใช้รหัสประจำชาติของตนเอง เพื่อที่จะพยายามทำให้สิ่งนี้ง่ายขึ้น องค์กรมาตรฐานระหว่างประเทศกำลังพยายามพัฒนารหัสใหม่ที่ได้รับการยอมรับในระดับสากล แต่อาจต้องใช้เวลาสักระยะก่อนที่จะได้รับการยอมรับ