เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องทำความเย็น: วิธีเลือกอุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนทางอุตสาหกรรมที่เหมาะสม

เมื่อเร็วๆ นี้ วิศวกรฝ่ายปฏิบัติการได้สอบถามว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหรือเครื่องทำความเย็นเป็นตัวเลือกที่ถูกต้องสำหรับแพ็คเกจคอมเพรสเซอร์หรือไม่ คำตอบสั้นๆ ก็คือ ตัวทำความเย็นเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพิเศษ แต่ความแตกต่างมีความสำคัญเมื่อปรับขนาด เลือกวัสดุ และวางแผนการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ หากสิ่งสำคัญคือการขจัดความร้อนที่ไม่พึงประสงค์และรักษากระแสกระบวนการให้อยู่ภายในขีดจำกัด เครื่องทำความเย็นที่ออกแบบมาเพื่อหน้าที่นั้นคือตัวเลือกที่ตรงไปตรงมา หากสิ่งสำคัญคือการดักจับความร้อนที่อาจสูญเสียไป เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เช่น เครื่องประหยัดหรือหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งจะเหมาะสมกว่า การได้รับความแตกต่างอย่างถูกต้องจะช่วยป้องกันข้อผิดพลาดที่มีราคาแพง และมักจะเผยให้เห็นถึงโอกาสในการประหยัดเชื้อเพลิงที่เครื่องทำความเย็นแบบธรรมดาจะพลาดไป

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคืออะไร?

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคืออุปกรณ์ใดๆ ก็ตามที่ถ่ายเทพลังงานความร้อนจากของเหลวหนึ่งไปยังอีกของเหลวหนึ่งโดยไม่ปล่อยให้พวกมันผสมกัน โดยปกติแล้วของเหลวจะถูกแยกออกจากกันด้วยผนังโลหะที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และพื้นที่ผิว การจัดเรียงการไหล และคุณสมบัติของของไหลจะควบคุมความเร็วของความร้อนที่เคลื่อนที่ผ่านผนังนั้น รูปแบบทางอุตสาหกรรมที่พบมากที่สุดคือตัวแลกเปลี่ยนแบบเปลือกและท่อ แผ่นและท่อแบบครีบ

หน่วยเชลล์และท่อบรรจุหลอดขนาดเล็กจำนวนมากภายในตัวเครื่องที่ใหญ่ขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับบริการที่มีแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง เครื่องแลกเปลี่ยนเพลทใช้แผ่นลูกฟูกเพื่อสร้างพื้นที่ถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ในขนาดที่กะทัดรัด ซึ่งมีประโยชน์สำหรับของเหลวที่สะอาด ตัวแลกเปลี่ยนแบบท่อครีบเพิ่มพื้นผิวที่ขยายออกไปทางด้านก๊าซเพื่อชดเชยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของอากาศหรือก๊าซไอเสียที่ไม่ดี การออกแบบเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องประหยัดหม้อไอน้ำและเครื่องทำความเย็นแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ

ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเมื่อคุณต้องการให้ความร้อน เย็น ควบแน่น หรือทำให้กระแสกระบวนการกลายเป็นไอ หน้าที่ทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับหลักการพื้นฐานเดียวกัน ความแตกต่างอยู่ที่วิธีการกำหนดค่าอุปกรณ์และวัสดุใดที่ถูกเลือกสำหรับอุณหภูมิ ความดัน และความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนที่คาดหวัง

คูลเลอร์คืออะไร?

เครื่องทำความเย็นคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีภารกิจแคบ โดยจะนำของเหลวลงจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการโดยการปฏิเสธความร้อนไปยังตัวกลางที่เย็นกว่า ซึ่งโดยทั่วไปคืออากาศหรือน้ำ คุณจะพบคูลเลอร์ในระบบหล่อลื่น ชุดไฮดรอลิก อินเตอร์คูลเลอร์ของคอมเพรสเซอร์ และลูปควบคุมอุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์เคมี ในกรณีเหล่านี้ทั้งหมด เป้าหมายคือความเสถียรทางความร้อนมากกว่าการนำความร้อนกลับคืนมา

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบระบายความร้อนด้วยอากาศเป็นที่นิยมในโรงกลั่นและโรงงานปิโตรเคมี เนื่องจากหลีกเลี่ยงงานโยธาและการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้องกับน้ำหล่อเย็น เครื่องทำความเย็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำจะใช้ในบริเวณที่มีน้ำเพียงพอและพื้นที่สำหรับคอยล์ครีบขนาดใหญ่มีจำกัด โดยปกติความร้อนที่ถูกปฏิเสธจะไปสู่สิ่งแวดล้อมและไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งเป็นที่ยอมรับได้อย่างสมบูรณ์เมื่อความร้อนไม่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจ

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องทำความเย็น

ในระดับข้อกำหนด ความแตกต่างจะเป็นประโยชน์มากกว่าเชิงวิชาการ ตารางด้านล่างสรุปความแตกต่างระหว่างทั้งสองหมวดหมู่

ฮาร์ดแวร์หลักเดียวกันสามารถรองรับบทบาทใดบทบาทหนึ่งได้ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบระบายความร้อนด้วยอากาศสามารถเรียกได้ว่าเป็นเครื่องทำความเย็นเมื่อมีวัตถุประสงค์เพียงเพื่อลดอุณหภูมิ กำหนดค่าหน้าที่ใหม่ และเป็นส่วนหนึ่งของวงจรนำความร้อนกลับคืน การทำความเข้าใจความสัมพันธ์นี้เป็นกุญแจสำคัญในการตัดสินใจว่าคุณต้องการอะไรจริงๆ

วิธีเลือกระหว่างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องทำความเย็นสำหรับกระบวนการของคุณ

เริ่มต้นกระบวนการคัดเลือกโดยการกำหนดวัตถุประสงค์ของกระบวนการ หากปั๊ม ซีล หรือเครื่องปฏิกรณ์ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ อุปกรณ์ประเภทนั้นจะเป็นตัวทำความเย็น หากคุณต้องการอุ่นน้ำป้อนหรือเพิ่มไอน้ำด้วยความร้อนเหลือทิ้ง คลาสอุปกรณ์คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ หลังจากการตัดสินใจครั้งแรก ให้ประเมินปัจจัยเหล่านี้:

1. หน้าที่ความร้อน คำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการเป็นกิโลวัตต์หรือ kBtu/h ตัวเลขนี้จะกำหนดพื้นที่ผิวและขนาดทางกายภาพ ดังนั้นจึงต้องแม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และรวมระยะขอบที่โอเวอร์โหลดด้วย
2. ช่วงอุณหภูมิ อุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุดเป็นตัวกำหนดวัสดุก่อสร้าง การตรวจสอบการขยายตัวเนื่องจากความร้อน และประเภทของปะเก็นหรือรอยเชื่อมที่ต้องการ
3. ความเข้ากันได้ของของไหลและความเปรอะเปื้อน ของเหลวที่สกปรก มีฤทธิ์กัดกร่อน หรือหนืด บังคับให้ผู้ออกแบบเลือกระยะห่างของท่อที่ใหญ่ขึ้น โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อน และรูปทรงที่ทำความสะอาดได้
4. สาธารณูปโภคที่มีอยู่ หากน้ำหล่อเย็นขาดแคลนหรือมีราคาแพง เครื่องทำความเย็นแบบระบายความร้อนด้วยอากาศก็เหมาะสม หากมีตัวระบายความร้อนคุณภาพต่ำอยู่แล้ว ตัวทำความเย็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำอาจมีขนาดกะทัดรัดกว่า
5. ความดันตก. ขีดจำกัดแรงดันตกคร่อมที่เข้มงวดมักต้องใช้พื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใหญ่ขึ้น ดังนั้นโปรดยืนยันการตกที่ยอมรับได้กับวิศวกรกระบวนการก่อนที่จะสรุปการออกแบบ

ปัจจัยเหล่านี้ไม่ค่อยทำหน้าที่อย่างเป็นอิสระ ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิของก๊าซที่สูงซึ่งมีแรงดันตกคร่อมต่ำที่ยอมให้ จะผลักดันคุณไปยังอุปกรณ์ท่อครีบที่มีพื้นที่ผิวมากขึ้น หน้าที่ของของเหลวที่สะอาดอาจทำให้มีตัวแลกเปลี่ยนเพลทขนาดกะทัดรัด การออกแบบที่ใช้งานได้จริงคือการออกแบบที่สร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการระบายความร้อน ต้นทุนการติดตั้ง และการบำรุงรักษาระยะยาว

เหตุใดท่อแบบครีบจึงมีความสำคัญในการแลกเปลี่ยนความร้อนและการทำความเย็น

เมื่อด้านหนึ่งของตัวแลกเปลี่ยนเป็นแก๊ส ท่อเปลือยจะไม่ค่อยมีประสิทธิภาพเพียงพอ อากาศ ก๊าซหุงต้ม และไอน้ำมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำเมื่อเทียบกับน้ำหรือน้ำมัน ดังนั้นจึงต้องขยายพื้นผิวท่อให้ใหญ่ขึ้นเพื่อชดเชย ท่อครีบช่วยขยายขนาดดังกล่าวโดยการเพิ่มพื้นผิวรองที่ด้านนอกของท่อ ครีบที่ขยายออกจะเพิ่มพื้นที่การถ่ายเทความร้อนได้หลายเท่า ซึ่งช่วยลดจำนวนท่อที่ต้องการและขนาดพื้นที่โดยรวมได้โดยตรง

ท่อครีบเกลียวเป็นอุปกรณ์สำคัญในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบระบายความร้อนด้วยอากาศและเครื่องประหยัดหม้อไอน้ำ ท่อครีบชนิด H ให้ประโยชน์ที่คล้ายคลึงกันในบริการที่มีอุณหภูมิสูงและเปรอะเปื้อนสูง ระยะพิทช์ ความสูง และวัสดุของครีบที่แน่นอนจะถูกเลือกโดยอิงจากอุณหภูมิของก๊าซ ศักยภาพในการกัดกร่อน และข้อกำหนดในการทำความสะอาด ตัวอย่างเช่น หม้อต้มที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงหนักอาจต้องมีระยะห่างระหว่างครีบที่กว้างขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการเปรอะเปื้อนของเถ้า ในขณะที่ไอเสียจากก๊าซธรรมชาติที่สะอาดสามารถใช้ครีบที่แน่นกว่าเพื่อให้มีพื้นที่ผิวสูงสุด

ท่อครีบเกลียวเพื่อการถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้นในหม้อไอน้ำและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ผลิตภัณฑ์นี้เพิ่มพื้นที่การถ่ายเทความร้อนด้วยครีบเกลียวบนท่อฐาน รองรับการประหยัดและหน้าที่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยอากาศ รูปทรงครีบและตัวเลือกวัสดุช่วยให้สอดคล้องกับสภาพก๊าซไอเสียและความต้องการในการทำความสะอาด ดูผลิตภัณฑ์ →

การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่: ที่ซึ่งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนกลายมาเป็นเครื่องประหยัด

เครื่องประหยัดคือตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีบทบาทในการกู้คืน มันจะอยู่ในกระแสก๊าซไอเสียและถ่ายเทความร้อนที่เหลือไปยังน้ำป้อนของหม้อไอน้ำก่อนที่น้ำจะเข้าสู่ส่วนการระเหย ทุกๆ 35 ถึง 55 °C คุณลดอุณหภูมิไอเสีย ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำอาจเพิ่มขึ้นประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ การลดลงนี้แปลโดยตรงเป็นการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ลดลงและการปล่อยมลพิษน้อยลง

ท่อแบบครีบถูกนำมาใช้ในเครื่องประหยัดหม้อไอน้ำส่วนใหญ่ เนื่องจากก๊าซไอเสียอยู่ด้านก๊าซ วัสดุครีบและระยะห่างจะต้องตรงกับเชื้อเพลิงและปริมาณกำมะถันในก๊าซเพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนที่อุณหภูมิต่ำ เครื่องประหยัดก๊าซไอเสียหางหม้อไอน้ำของเราได้รับการออกแบบมาเพื่อหน้าที่เฉพาะนี้ โดยผสมผสานรูปทรงครีบที่ถูกต้องและเส้นทางการไหลด้านไอน้ำเพื่อให้ได้อุณหภูมิทางออกของก๊าซเป้าหมาย

เครื่องประหยัดก๊าซไอเสียหางของหม้อไอน้ำสำหรับการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ เครื่องประหยัดนี้นำความร้อนกลับมาจากไอเสียของหม้อไอน้ำ เพิ่มอุณหภูมิของน้ำป้อนและปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อน ได้รับการออกแบบมาสำหรับก๊าซไอเสียที่มีอุณหภูมิระหว่าง 120–400°C และปรับให้เข้ากับประเภทของเชื้อเพลิงและความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน ดูผลิตภัณฑ์ →

หากต้องการทำความเข้าใจการไหลเต็มรูปแบบของตัวประหยัดในระบบหม้อไอน้ำ คุณสามารถปรึกษาเรา คู่มือวิศวกรเพื่อประหยัดหม้อไอน้ำ .

การทำความเย็นในโรงงานไฟฟ้าและอุตสาหกรรม: หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง

บางครั้งวิธีที่ประหยัดที่สุดในการระบายความร้อนให้กับก๊าซที่ร้อนมากก็คือการบำบัดความร้อนนั้นเสมือนเป็นทรัพยากร แทนที่จะเป็นของเสีย หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งหรือที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดไอน้ำนำความร้อนกลับคืน (HRSG) นำก๊าซไอเสียจากกังหันแก๊ส เตาเผา หรือกระบวนการที่อุณหภูมิสูงอื่นๆ แล้วใช้เพื่อเพิ่มไอน้ำ ไอน้ำสามารถขับเคลื่อนกังหัน ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ของกระบวนการ หรือจ่ายความร้อนได้ ด้วยวิธีนี้ อุปกรณ์จะทำหน้าที่ทำความเย็นในขณะที่ผลิตพลังงานที่มีประโยชน์

หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งทางอุตสาหกรรมมีโครงสร้างขนาดกะทัดรัดแต่ได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถัน พร้อมด้วยผนังน้ำแบบครีบ ฝั่งท่อ และถังอบไอน้ำ เนื่องจากสภาวะของก๊าซทางเข้าอาจแตกต่างกันไปในระหว่างการทำงานปกติ การออกแบบทางกลจึงต้องทนต่อการหมุนเวียนของความร้อนและการเปรอะเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นได้ หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งทางอุตสาหกรรมของเราได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ทำให้สามารถทดแทนการปฏิเสธความร้อนแบบธรรมดาได้ในทางปฏิบัติซึ่งสามารถสร้างรายได้จากไอน้ำได้

หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งทางอุตสาหกรรมสำหรับการสร้างไอน้ำจากก๊าซในกระบวนการผลิต หม้อไอน้ำนี้จะนำความร้อนจากกระแสไอเสียทางอุตสาหกรรมมาผลิตไอน้ำ โดยจัดการกับอุณหภูมิของก๊าซที่แตกต่างกันและความเปรอะเปื้อน เหมาะกับงานเหล็ก เคมี และซีเมนต์ ซึ่งความร้อนเหลือทิ้งสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานที่มีประโยชน์ได้ ดูผลิตภัณฑ์ →

บทเรียนสำคัญจากตัวอย่างเหล่านี้คือการกำหนดวัตถุประสงค์ด้านความร้อนของคุณก่อนที่จะเลือกหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์ หากความร้อนมีประโยชน์ ให้ใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่รองรับการนำความร้อนกลับคืนมา หากความร้อนเป็นปัญหา ให้ใช้เครื่องทำความเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ ในทั้งสองกรณี การจัดเรียงท่อครีบและวัสดุที่คุณเลือกจะมีผลกระทบมากเท่ากับฉลากอุปกรณ์ พูดคุยกับอัน ทีมวิศวกรที่มีประสบการณ์ ที่สามารถตรวจสอบข้อมูลกระบวนการของคุณและช่วยคุณแปลสภาพการทำงานให้เป็นข้อกำหนดที่เชื่อถือได้ ขั้นตอนการปฏิบัติดังกล่าวช่วยประหยัดเวลา ป้องกันปัญหาในการทำงาน และลดต้นทุนรวมของระบบถ่ายเทความร้อน