Sinh hàn là gì? Phân loại sinh hàn.

Khái niệm Sinh hàn.

Sinh hàn hay còn gọi là sự trao đổi nhiệt (gia nhiệt, giải nhiệt) giữa hai môi chất:

Lỏng - lỏng.
Khí (hơi)- khí (hơi).
Lỏng - khí (hơi)

Thiết bị sinh hàn hoặc bộ sinh hàn cũng có thể gọi là bộ trao đổi nhiệt, hoặc bộ làm mát, bộ gia nhiệt, bộ sấy (tùy theo mục đích sử dụng). Ở đó, các môi chất (lỏng hoặc khí -hơi) trao đổi nhiệt với nhau không tiếp xúc trực tiếp mà qua các ngăn, vách trung gian (được cấu tạo dạng tấm, hoặc dạng ống lồng, dạng ống chùm, dạng ống xoắn,...)

Từ cấu tạo của các ngăn, vách trung gian người ta chia ra các loại sinh hàn tương ứng. Có thể có những loại sinh hàn phổ biến như sau:

Sinh hàn dạng két giải nhiệt gió
Sinh hàn dạng ống xoắn, ống lồng
Sinh hàn dạng ống chùm (lại phân chia tên gọi theo hình dáng, công dụng)
Sinh hàn dạng tấm (hàn kín, loại gioăng lắp ghép, loại bán hàn)
Bộ trao đổi nhiệt khí - khí (sấy khí, thu hồi nhiệt thải,...)

A/ Các phương pháp giải nhiệt - gia nhiệt thông dụng.

Hệ thống sản xuất cần giải nhiệt, gia nhiệt bao gồm:

Dầu thủy lực (cho máy thủy lực, máy CNC, máy công cụ,...), dầu làm mát máy nén khí, dầu IPA (máy tuốt đồng, kéo cáp đồng), dầu làm mát hệ thống (gối đỡ, bánh răng, ổ trục,...).
Giàn nóng điều hòa - Cụm ống trong lòng bình ngưng, bình bay hơi trong chiller.
Hóa chất tẩy rửa, mạ (axit, chất trợ dung, chất xử lý bề mặt, bazo,...) dùng trong công nghiệp mạ, sản xuất giấy, bao bì, sơn.
Dịch nha, bia rượu, nước giải khát trong quá trình lên men.
Sữa, sản xuất thuốc.
Giải nhiệt cho hệ thống máy trong lĩnh vực tàu biển.
Hệ thống nồi hơi cấp nhiệt trực tiếp trong nhà máy.

=> Bài viết này đánh giá tổng quan về các phương pháp gia nhiệt, giải nhiệt thông dụng. Giúp các bạn chuyển đổi, lựa chọn loại sinh hàn tối ưu, cải tiến hệ thống, tiết kiệm năng lượng và mang lại nhiều giá trị cho nhà máy: tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường, sức khỏe công nhân viên, tiết kiệm thời gian, nhân công và giảm thời gian dừng máy => Mang tới sự cạnh tranh tốt hơn cho sản phẩm đầu ra của nhà máy

I/ Các phương pháp giải nhiệt thông dụng. Ưu, nhược điểm

1/ Phương pháp giải nhiệt gió - két sinh hàn giải nhiệt gió

Phương pháp giải nhiệt gió - Két sinh hàn giải nhiệt gió

Ưu điểm:

Hệ thống sinh hàn giải nhiệt dùng gió đơn giản, dễ lắp đặt, chi phí đầu tư thấp

Nhược điểm:

Công suất của sinh hàn giải nhiệt gió thấp hơn giải nhiệt nước ≈ 1.5 lần
Hệ thống đặt gần máy; trong nhà xưởng, thải nhiệt => điều hòa làm việc nhiều hơn => tốn điện
Sinh hàn giải nhiệt gió tiêu thụ điện năng cao:Tổn hao năng lượng điện 2 lần: Một lần cho bơm. Một cho motor quạt

2/ Giải nhiệt bằng nước sử dụng bộ sinh hàn dạng ống xoắn

Giải nhiệt bằng nước sử dụng bộ sinh hàn dạng ống xoắn

Ưu điểm của hệ thống giải nhiệt nước sử dụng bộ sinh hàn dạng ống xoắn:

Sử dụng nước có sẵn từ tháp giải nhiệt.
Không sử dụng thêm motor quạt, tiết kiệm năng lượng điện so với sinh hàn giải nhiệt gió
Giá thành thấp hơn sinh hàn giải nhiệt nhiệt gió

Nhược điểm của sinh hàn dạng ống xoắn:

Dải công suất thấp. Kích thước sẽ tăng nhanh khi tăng công suất
Tuổi thọ của sinh hàn dạng ống xoắn thấp: Nước bẩn vào trong ống có thể gây lắng cặn, kết tủa, tắc ống. Thường dùng cho môi chất gas lạnh
Sinh hàn dạng ống xoắn khó vệ sinh hoặc vệ sinh kém hiệu quả do kết cấu dạng xoắn

==> Bộ sinh hàn dạng xoắn thích hợp khi nguồn lạnh là nước hoặc môi chất sạch

3/ Giải nhiệt bằng nước, sử dụng bộ sinh hàn dạng ống chùm

Giải nhiệt bằng nước, sử dụng bộ sinh hàn dạng ống chùm

Ưu điểm của bộ sinh hàn dạng ống:

Dải công suất trao đổi nhiệt lớn hơn bộ sinh hàn dạng ống xoắn.
Có thể sử dụng nước mát sẵn có từ tháp giải nhiệt.
Tiết kiệm điện so với hệ thống sinh hàn giải nhiệt gió do ko cần motor quạt.
Chịu được áp cao.
Dễ tích hợp với hệ thống điều khiển

=> Tối ưu lợi thế khi nguồn lạnh đầu vào bộ trao đổi nhiệt là nước sạch, qua xử lý, hoặc tận dụng môi chất lạnh, sạch không phải nước (Glycol, gas lạnh,...)

Nhược điểm của bộ sinh hàn dạng ống:

Sử dụng nguồn lạnh đầu vào là nước chưa lọc, chưa qua xử lý sẽ sinh ra lắng cặn, han gỉ. Do kết cấu dạng ống chùm nên cặn bẩn bám vào thành ống rất nhanh.
Vệ sinh khó khăn, khó làm sạch hoàn toàn lắng cặn do kết cấu phức tạp.
Công suất trao đổi nhiệt giảm nhanh khi lượng lắng cặn, han gỉ tăng
Tuổi thọ thấp do vệ sinh không hiệu quả
Chi phí vệ sinh cao (hóa chất, nhân công)
Giá thành cao hơn bộ sinh hàn dạng tấm trong cùng dải công suất

Vệ sinh bộ sinh hàn dạng ống

4/ Giải nhiệt bằng nước sử dụng bộ sinh hàn dạng tấm HISAKA PHE, dạng tấm hàn kín HISAKA BHE

Giải nhiệt bằng nước sử dụng bộ sinh hàn dạng tấm HISAKA PHE, dạng tấm hàn kín HISAKA BHE

Ưu điểm của phương pháp giải nhiệt nước sử dụng bộ sinh hàn dạng tấm HISAKA:

Sử dụng nước có sẵn từ tháp giải nhiệt hoặc bất kỳ môi chất lạnh khác trong hệ thống sản xuất để làm nguồn nhiệt lạnh.
Công suất trao đổi nhiệt có thể thay đổi sau khi thiết kế (bằng cách lắp thêm các tấm trao đổi nhiệt).
Có thể sử dụng bơm và đường ống có sẵn trong hệ thống. Tăng công suất công suất trao đổi nhiệt, có thể giảm công suất bơm hoặc kích thước ống
Nguồn lạnh đầu vào không cần xử lý, không yêu cầu mức độ sạch. Có thể là hóa chất (axit, chất trợ dung, glycol, nước khoáng, nước biển).
Dễ dàng tháo lắp, vệ sinh bộ sinh hàn dạng tấm do kết cấu. Các tấm trao đổi nhiệt có thể sạch như mới sau khi vệ sinh
Tuổi thọ cao (Lên tới 20-30 năm tùy từng điều kiện làm việc)
Giá thành thấp hơn bộ sinh hàn dạng ống chùm, ống xoắn, kích thước nhỏ hơn (với cùng dải công suất)
Dễ dàng thay thế phụ kiện do kết cấu có thể tháo rời
Dễ dàng tích hợp hệ thống

=> Bộ sinh hàn dạng tấm PHE, dạng tấm hàn BHE có nhiều ưu điểm vượt trội. Khi tích hợp hệ thống, sẽ loại bỏ được nhược điểm của hầu hết các bộ sinh hàn dạng ống chùm, ống xoắn

Nhược điểm:

Nhất thiết phải cấp nguồn nhiệt lạnh là chất lỏng, không sử dụng gió để giải nhiệt.
Dải nhiệt độ trao đổi tối đa (ΔTmax: 50-60 độ C).
Nhiệt độ cao nhất chịu được: 180 độ C.
Áp suất cao nhất chịu được khoảng 40 bar (kg/cm2).

Vệ sinh bộ sinh hàn dạng tấm PHE HISAKA

II/ Gia nhiệt

1/ Gia nhiệt sử dụng nồi hơi (steam boiler)

Gia nhiệt sử dụng nồi hơi (steam boiler)

Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia nhiệt dùng nồi hơi:

Nước cấp vào nồi hơi ở nhiệt độ môi trường
Gas, dầu được cấp vào buồng đốt. Khi đốt giải nhiệt, nhiệt độ buồng đốt có thể lên tới 350 độ C. Hơi nóng được lan qua hệ thống ống chùm trong nồi hơi, truyền nhiệt cho nước ngoài ống.
Nước được cấp nhiệt lên tới 150 độ C, bay hơi.
Có van điều chỉnh áp để hơi nước nóng chuyển động qua hệ thống ống dẫn, dẫn tới hệ thống sản xuất hoặc môi chất cần gia nhiệt

Nhược điểm của một số hệ thống nồi hơi:

Tiêu tốn điện, tốn nhiên liệu rất lớn: Vòng hơi nước là vòng hở, luôn cần cấp nước cho nồi hơi, nước đầu vào có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường. Nhiệt lượng cần thiết rất lớn để làm nóng nước từ 32 độ -> 150 độ C.
Phải xử lý nước cấp đầu vào hoặc đảm bảo độ sạch tối thiểu => hơi nước sinh ra không ăn mòn hệ thống đường ống

2/ Ví dụ về gia nhiệt bể dung dịch bằng nồi hơi

a. Hệ thống gia nhiệt sử dụng nồi hơi chưa tích hợp bộ sinh hàn dạng tấm

Hệ thống gia nhiệt sử dụng nồi hơi chưa tích hợp bộ sinh hàn dạng tấm

Mục đích: Gia nhiệt cho bể dung dịch

Hơi nước nóng từ nồi hơi đi qua hệ thống đường ống, được dẫn, sục vào bể dung dịch cần làm nóng

Nhược điểm của hệ thống gia nhiệt sử dụng nồi hơi chưa tích hợp bộ sinh hàn dạng tấm:

Gây ô nhiễm, ảnh hưởng xấu tới sức khỏe công nhân vận hành. Hơi nước nóng là vòng hở, sau khi sục qua bể dung dịch, hóa chất, sẽ bay hơi trong nhà xưởng
Chi phí tăng cao cho nhiên liệu đốt, nước cấp bù. Trong khi hơi nước nóng sau khi sục qua bể không được tái sử dụng
Bể dung dịch có nhiệt độ không đồng đều, tính linh hoạt của các phân tử trong bể không cao
Làm tăng thêm kết tủa, lắng cặn cho bể dung dịch nếu nước cấp bù không sạch