Giới thiệu chung

Trong công nghiệp hiện đại, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm (Shell & Tube Heat Exchanger) là một trong những giải pháp truyền nhiệt phổ biến nhất. Với ưu điểm kết cấu bền vững, hiệu suất cao, chịu được áp suất và nhiệt độ khắc nghiệt, bộ trao đổi nhiệt này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: dầu khí, hóa chất, năng lượng, thực phẩm, HVAC và xử lý nước.

Để khai thác hiệu quả, việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm là yếu tố quan trọng giúp kỹ sư thiết kế, vận hành và bảo dưỡng hệ thống một cách tối ưu.

Cấu tạo cơ bản của bộ trao đổi nhiệt ống chùm

Một thiết bị ống chùm tiêu chuẩn thường bao gồm các bộ phận chính:

Vỏ (Shell): Thân hình trụ, bao quanh toàn bộ chùm ống, là nơi dòng chất lỏng thứ nhất lưu thông.

Ống trao đổi nhiệt (Tube bundle): Nhiều ống kim loại nhỏ xếp song song, dẫn dòng chất lỏng thứ hai đi bên trong.

Tấm ống (Tube sheet): Dùng để cố định hai đầu ống và ngăn cách hai môi chất.

Tấm chắn (Baffle): Các tấm đặt bên trong vỏ, buộc dòng chất lỏng đổi hướng liên tục nhằm tăng cường khả năng truyền nhiệt.

Nắp chụp (Channel/Head): Đầu vào và đầu ra của dòng chảy trong ống.

👉 Chính nhờ cấu tạo này, bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp phức tạp.

Nguyên lý hoạt động của bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Quá trình truyền nhiệt diễn ra theo cơ chế truyền nhiệt gián tiếp giữa hai dòng chất lỏng nóng – lạnh có nhiệt độ chênh lệch nhau.

Dòng chất lỏng trong ống (Tube side):

Chất lỏng (nước, dầu, khí…) đi vào các ống nhỏ.

Tùy yêu cầu, dòng chảy có thể thiết kế 1 pass hoặc nhiều pass để tăng thời gian tiếp xúc.

Dòng chất lỏng ngoài ống, trong vỏ (Shell side):

Lưu chất đi trong khoảng trống giữa vỏ và chùm ống.

Hệ thống tấm chắn (baffle) buộc dòng chảy đổi hướng liên tục, tạo ra dòng rối, nhờ đó nâng cao hệ số truyền nhiệt.

Quá trình truyền nhiệt:

Khi hai dòng có sự chênh lệch nhiệt độ (ΔT), nhiệt lượng sẽ truyền qua thành ống kim loại.

Dòng nóng truyền nhiệt cho dòng lạnh mà không hề tiếp xúc trực tiếp, đảm bảo an toàn, tránh pha trộn.

Kiểu dòng chảy:

Song song (Parallel flow): Cả hai dòng chảy cùng chiều.

Ngược dòng (Counter flow): Hai dòng chảy ngược chiều, hiệu quả truyền nhiệt cao nhất.

Chéo dòng (Cross flow): Dòng chảy vuông góc, thường dùng khi cần thiết kế đặc biệt.

👉 Nhờ thiết kế linh hoạt, bộ trao đổi nhiệt ống chùm có thể đáp ứng nhiều yêu cầu truyền nhiệt khác nhau trong công nghiệp.

Ví dụ ứng dụng thực tế

Ngành dầu khí: Làm mát dầu bôi trơn, dầu thủy lực, khí nén.

Ngành hóa chất: Gia nhiệt dung môi, làm lạnh dung dịch phản ứng.

Ngành năng lượng: Thu hồi nhiệt thải từ tuabin để gia nhiệt nước cấp lò hơi.

Thực phẩm & dược phẩm: Làm lạnh sữa, nước giải khát, dung dịch dược phẩm.

Hệ thống HVAC: Làm lạnh nước giải nhiệt cho chiller và điều hòa công nghiệp.

Ưu điểm nổi bật của bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Hiệu suất cao: Nhờ dòng chảy rối và diện tích trao đổi nhiệt lớn.

Chịu được điều kiện khắc nghiệt: Nhiệt độ cao, áp suất lớn, môi trường ăn mòn.

Dễ bảo dưỡng, vệ sinh: Có thể tháo rời, vệ sinh ống thuận tiện.

Tuổi thọ lâu dài: Kết cấu bền vững, phù hợp với vận hành liên tục.

Đa dạng ứng dụng: Dùng cho nước ngọt, nước biển, dầu, khí, hóa chất…

Kết luận

Nguyên lý hoạt động của bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm trong công nghiệp dựa trên sự truyền nhiệt gián tiếp qua thành ống, giữa hai dòng lưu chất nóng và lạnh. Nhờ khả năng làm việc bền bỉ, hiệu quả và linh hoạt, thiết bị này trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều hệ thống sản xuất và xử lý công nghiệp.

CÔNG TY TNHH CÔNG NGHIỆP TRUNG ANH

Hotline: 0909 967 658 – 0706 749 284

Email: congnghieptrunganh@gmail.com

Địa chỉ: 151 đường số 14, Khu Định Cư Phong Phú 4, huyện Bình Chánh, TP.HCM