rong công nghiệp đặc biệt công nghiệp hóa chất dầu khí, thiết bị trao đổi nhiệt có ý nghĩa vơ quan trọng việc tăng, giảmhoặc trì nhiệt độ dịng cơng nghệ giá trị thích hợp Bởi cơng nghiệp hóa học nhiều trình cần tiến hành điều kiện nhiệt độ xác định hiệu trình chất lượng sản phẩm đảm bảo Và thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ thực q trình đun nóng, làm nguội làm lạnh Ngồi ra, thiết bị trao đổi nhiệt cịn góp phần trực tiếp gián tiếp giảm chi phí vận hành nhà máy nhờ khả tận dụng nhiệt thừa từ q trình cơng nghệ, từ giảm tiêu hao lượng chung toàn nhà máy Thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trị lớn nên để tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ dây chuyền đạt hiệu cao cần thiết Vì vậy, sở kiến thức học chương trình đào tạo kỹ sư máy hóa, em thực đề tài tốt nghiệp: nghiên cứu, ứng dụng tiêu chuẩn TEMA phần mềm aspen để cải tiến phương pháp tính tốn, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết bị phổ biến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊTRAO ĐỔI NHIỆT
Giới thiệu
Thiết bị trao đổi nhiệt là công cụ thiết yếu để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất tải nhiệt có nhiệt độ khác nhau Trong lĩnh vực kỹ thuật, thiết bị này được sử dụng phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong các quy trình công nghệ Cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt rất đa dạng, tùy thuộc vào công nghệ sản xuất Dựa vào nguyên lý hoạt động, các thiết bị trao đổi nhiệt có thể được phân loại thành nhiều dạng chính.
Thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp là một loại thiết bị chuyên dụng để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa hai lưu thể có khả năng trộn lẫn với nhau, nhằm tạo ra một hỗn hợp đồng nhất.
Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp hoạt động bằng cách trao đổi nhiệt giữa hai lưu thể thông qua một bề mặt trung gian, khác với thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp Trong thiết bị này, các lưu thể có nhiệt độ khác nhau di chuyển trong các không gian riêng biệt, được ngăn cách bởi bề mặt truyền nhiệt.
Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt sử dụng chất đệm, có thể là kim loại hoặc phi kim loại, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này là chất tải nhiệt có nhiệt độ cao sẽ đi qua và làm nóng chất đệm, sau đó chất tải nhiệt có nhiệt độ thấp sẽ được làm nóng nhờ vào chất đệm đã được đốt nóng trước đó Nhóm thiết bị này chủ yếu được sử dụng để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất khí.
Trong các thiết bị trao đổi nhiệt, mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng, vì vậy việc lựa chọn loại thiết bị phù hợp phụ thuộc vào công nghệ sản xuất Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp là loại phổ biến nhất, với đa dạng chủng loại và khả năng đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa hai chất, giúp duy trì độ tinh khiết và an toàn cho các chất Chính vì vậy, thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều công nghệ khác nhau.
Tổng quan về thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp
1.2.1 Giới thiệu Ở thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp, dòng lưu thể nóng truyền nhiệt cho dòng lưu thể lạnh qua bề mặt vách ngăn Tùy theo hình dạng của vách ngăn mà ta có thể chia thiết bị trao đổi nhiệt ra thành các loại:
- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm: bề mặt truyền nhiệt là những tấm phẳng.
- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống: bề mặt truyền nhiệt là các ống trơn Trên thực thế ta thường gặp loại này.
- Thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt mở rộng: bề mặt truyền nhiệtlà các tấm hoặc ống có các gân, cánh để tăng cường bề mặt truyền nhiệt.
Sau đây, ta sẽ đi tìm hiểu một số thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp điển hình nhất.
1.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống
Thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống bao gồm nhiều đoạn ống nối tiếp, mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau Ống trong của đoạn này kết nối với ống trong của đoạn khác, trong khi ống ngoài được nối thông với ống ngoài của đoạn kế tiếp Để thuận tiện cho việc thay thế và vệ sinh, các ống được kết nối bằng khửu 3 và ống nối 4 có mặt bích Ống 2 được hàn kín với ống 1 thông qua mối hàn.
Hình 1.1.Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống.
1- ống ngoài; 2- ống trong; 3- cút ống trong; 4- mặt bích
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là chất tải nhiệt II di chuyển từ dưới lên trong ống ngoài, trong khi chất tải nhiệt I di chuyển từ trên xuống trong ống trong Để đạt năng suất lớn, nhiều dãy ống được lắp đặt song song Hệ thống này có ưu điểm là hệ số truyền nhiệt cao nhờ vào khả năng tạo ra vận tốc lớn cho cả hai chất tải nhiệt, đồng thời có cấu tạo đơn giản.
Nhược Điểm: Cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều kim loại, khó làm sạch giữa 2 ống.
1.2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ruột gà Đây là thiết bị truyền nhiệt được ứng dụng sớm nhất trong công nghiệp Cấu tạo của thiết bị gồm hai phần chính là ống xoắn và thân thiết bị (Hình 1.2) Lưu thểG1 đi trong ống từ trên xuống, còn lưu thể G2 đi ngoài ống.
Hình 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà
Thành ống xoắn cần có vật liệu dẫn nhiệt tốt như đồng, nhôm hoặc thép để tối ưu hóa hiệu suất truyền nhiệt Thân thiết bị thường có dạng hình trụ, được làm từ thép, với kích thước thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu Đối với thiết bị nhỏ, thân có thể là một đoạn ống thép với đường kính và chiều dày phù hợp, trong khi thiết bị lớn thường sử dụng thép tấm cuộn lại Ống xoắn ruột gà được chế tạo từ các loại ống đồng, nhôm hoặc thép có kích thước tiêu chuẩn hóa.
Hình 1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn thường gặp
1- cửa vào dung dịch; 2- nắp; 3- thân; 4- ống xoắn ruột gà
5,8- cửa vào, ra chất tải nhiệt; 6- cửa ra dung dịch; 7- đáy; 9- giá treo
Trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm, thiết bị ống xoắn thường được sử dụng trong các nồi nấu và thiết bị lên men, với hình dạng chủ yếu là hình trụ thẳng đứng Khi thiết bị được sử dụng để đun nóng dung dịch, hơi nước nóng sẽ đi vào qua cửa 8, trong khi nước ngưng sẽ thoát ra qua cửa 5 Quá trình hoạt động của thiết bị này có thể diễn ra theo cả hai hình thức gián đoạn và liên tục Để làm nguội dung dịch, nước lạnh sẽ được cho vào trong ống xoắn Ống xoắn được tạo hình từ ống thẳng bằng máy chuyên dụng, với hai đầu vào và ra được lắp vào đáy 7 trước khi uốn cong và hàn bích nối Nếu số vòng xoắn nhiều, cần có giá đỡ để chống đỡ đáy Sau khi định vị chính xác, đáy sẽ được lắp vào vị trí và hàn lại Ưu điểm nổi bật của thiết bị này là có bề mặt trao đổi nhiệt lớn.
Ống chế tạo phức tạp với trở lực lớn hơn và khó khăn trong việc làm sạch so với ống thẳng Hệ số truyền nhiệt thấp do hệ số cấp nhiệt bên ngoài cũng nhỏ.
1.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới Đây cũng là loại thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp qua bề mặt truyền nhiệt. Chúng được dùng để thực hiện việc trao đổi nhiệt giữa hai pha: lỏng-khí, lỏng-lỏng, lỏng-hơi ngưng tụ, lỏng-lỏng bay hơi Có thể sử dụng dàn ống trơn hoặc dàn ống có cánh Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới được ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí Dàn ống được chế tạo từ một ống liền nối lại thành hình rắn hoặc từ nhiều ống mà hai đầu hàn vào hai ống góp (Hình 1.4)
Hình 1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt ống tưới với dàn ống trơn a)Dàn ống đơn; b) Dàn ống kép
Dàn ống hình rắn đơn giản nhất là dàn ống đơn, trong khi dàn ống kép phức tạp hơn Quá trình trao đổi nhiệt trong ống có thể xảy ra ở trạng thái chuyển pha hoặc không, với lưu thể bên ngoài có thể là không khí hoặc chất lỏng, thường là nước Nước chảy từ ống trên xuống ống dưới rồi vào máng, trong khi chất tải nhiệt đi bên trong ống Các dàn ống này thường được sử dụng trong kỹ thuật lạnh để làm lạnh không khí trong phòng lạnh bằng tác nhân bay hơi hoặc dung dịch muối đã được làm lạnh Ưu điểm của hệ thống này là lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ quan sát và làm sạch bên ngoài, và nếu nối ống bằng mặt bích, bề mặt trong ống cũng dễ dàng làm sạch.
Nhược điểm: Thiết bị cồng kềnh, khó tưới đều lượng nước trên bề mặt ống.
1.2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có cấu trúc đặc biệt, cho phép tạo ra diện tích trao đổi nhiệt lớn lên đến hàng nghìn mét vuông và hệ số truyền nhiệt cao Chính vì vậy, loại thiết bị này được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm.
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là một trong những thiết bị phổ biến nhất trong ngành công nghiệp, chiếm khoảng 60% tổng số thiết bị trao đổi nhiệt toàn cầu Với khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau, từ chân không đến siêu cao áp, và từ nhiệt độ rất thấp đến rất cao, thiết bị này phù hợp cho tất cả các dạng lưu thể Vật liệu chế tạo thiết bị này linh hoạt, cho phép thiết kế đáp ứng các yêu cầu đặc thù như độ rung, tính chất của lưu thể, và khả năng chống ăn mòn Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m² đến 100.000m² Tuy nhiên, nhược điểm của thiết bị này là bề mặt trao đổi nhiệt trên một đơn vị thể tích thấp hơn so với các thiết bị kiểu mới, dẫn đến kích thước lớn hơn khi so sánh cùng một bề mặt trao đổi nhiệt.
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm bao gồm chùm ống được lắp vào vỉ ống và được bọc ngoài bằng vỏ hình trụ với hai đầu có nắp đậy Thiết bị này có hai không gian riêng biệt: không gian giữa các ống và không gian trong ống Không gian giữa các ống là khoảng trống bên trong vỏ không bị chiếm chỗ, trong khi không gian trong ống bao gồm các phần rỗng bên trong các ống và không gian giới hạn giữa vỉ ống với nắp Mỗi không gian này chứa một lưu thể chuyển động, và chúng trao đổi nhiệt với nhau qua thành của các ống truyền nhiệt.
Hình 1.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống cố định
1- nắp; 2- vỉ ống; 3- ống truyền nhiệt; 4,10- cửa thông với không gian giữa các ống; 5- giá; 6- vỏ; 7- nắp; 8,11- cửa thông với không gian trong ống;9- vóng đệm bịt kín
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có nhiều dạng khác nhau, được phân loại dựa vào cấu tạo và dòng chảy Phân loại phổ biến nhất là dựa vào ba phần chính: phần đầu, thân và phần sau theo tiêu chuẩn TEMA Mặc dù có nhiều kiểu dáng, nhưng các bộ phận chính của thiết bị trao đổi nhiệt này lại có ít sự khác biệt Các bộ phận chính sẽ được mô tả chi tiết trong các mục sau.
Hình 1.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống di động a) Vỏ
Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm là bộ phận bao quanh lưu chất bên ngoài ống trao đổi nhiệt, thường có tiết diện tròn và được chế tạo từ thép carbon hoặc thép hợp kim Thiết kế của vỏ bao gồm phần đầu và phần sau, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị.
Phần đầu và phần sau của thiết bị trao đổi nhiệt được phân chia thành nhiều loại khác nhau theo tiêu chuẩn TEMA, và được kết nối với thân bằng phương pháp hàn hoặc sử dụng bích Phần đầu có chức năng lưu thể trong ống và có thể chia ngăn cho thiết bị chia lối lưu thể Ống trao đổi nhiệt là thành phần cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, với bề mặt truyền nhiệt giữa lưu thể bên trong và bên ngoài ống Các ống này thường được gắn vào vỉ ống bằng phương pháp hàn hoặc nong ống, và thường được làm từ thép carbon, đồng hoặc thép hợp kim, trong một số trường hợp đặc biệt có thể sử dụng hợp kim Niken, titanium hoặc hợp kim nhôm.
Các phương pháp tính toán thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp
1.3.1 Tính toán theo hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ∆T tb
Phương trình tổng quát biểu thị lượng nhiệt truyền qua một bề mặt: [6,387]
Q : Lượng nhiệt trao đổi trong một đơn vị thời gian, W
K : Hệ số truyền nhiệt tổng thể, W/m 2 ˚C F:Bề mặt rao đổi nhiệt, m 2
∆Ttb: Hiệu số nhiệt độ trung bình, ˚C.
Do đó, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit đối với trường hợp lưu thể xuôi hoặc ngược chiều được tính như sau: [6,391]
Đồ thị nhiệt độ của hai dòng chảy xuôi chiều và ngược chiều cho thấy sự khác biệt trong lưu thể chảy chéo dòng Để tính toán chính xác, cần nhân với hệ số hiệu chỉnh ε Chi tiết về vấn đề này sẽ được trình bày trong chương 3.
Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt được xác định như sau: [6,399]
Q : Nhiệtlưu thể nóng truyền cho lưu thể lạnh trong thiết bị ở điều kiện thực thế.
Qmax là nhiệt độ tối đa mà một lưu thể nóng có thể chuyển giao cho lưu thể lạnh trong điều kiện lý tưởng Điều kiện lý tưởng này đề cập đến các lưu thể khi chúng đạt trạng thái cân bằng nhiệt.
T chuyển động ngược chiều và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt vô cùng lớn, F → ∞.
Giá trị Q có thể được tính từ phương trình cân bằng nhiệt: [6,400]
Q : Nhiệt lưu thể nóng truyền cho lưu thể lạnh,W
G1,G2 : Lưu lượng của lưu thể nóng và lạnh, kg/s
Nhiệt dung riêng của lưu thể nóng và lạnh được ký hiệu là Cp1 và Cp2 (J/kg.K) Nhiệt độ vào và ra của lưu thể nóng lần lượt là t1 và t1’, trong khi nhiệt độ vào và ra của lưu thể lạnh là t2 và t2’ Nếu đặt C = G.Cp (W/K), thì có thể thiết lập phương trình cân bằng nhiệt.
Để xác định nhiệt cực đại Qmax trong trường hợp hai lưu thể chảy song song ngược chiều và với diện tích F tiến đến vô cùng, ta có thể sử dụng công thức C1.Δt1 = C2.Δt2 hoặc tính theo hiệu số nhiệt độ trung bình với Q = K.F.∆Ttb.
Lưu thể có C nhỏ hơn sẽ trải qua sự biến thiên nhiệt độ lớn hơn, dẫn đến nhiệt độ ra của lưu thể lạnh (2) bằng với nhiệt độ vào của lưu thể nóng (1), tức là t2’ = t1.
Lưu thể có C nhỏ hơn sẽ trải qua sự biến thiên nhiệt độ lớn hơn Khi đó, nhiệt độ ra của lưu thể nóng (1) sẽ bằng nhiệt độ vào của lưu thể lạnh (2), tức là t2 = t1’.
Do đó nhiệt cực đại
C 2 (t 2 ' t 2 ) C 2 (t 1 t 2 ) khi C 1 C 2 Tức là Qmax = Cmin (t1 – t2), với Cmin = min(C1, C2)
Khi đó hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt được tính như sau:
K.F gọi là số đơn vị truyền nhiệt (Number of transfer unit) tb
Hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt được xác định bởi NTU và tỷ số C = C min Sự phụ thuộc này có thể thay đổi dựa trên sơ đồ chuyển động của lưu thể.
C max có thể xây dựng được mối quan hệ = f (NTU, C ):[6,404]
- Hai lưu thể song song cùng chiều:
- Hai lưu thể song song ngược chiều:
- Hai lưu thể trong thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với 1,2,4, lối:
- Hai lưu thể chảy cắt nhau:
+ Hai lưu thể không bị xáo trộn:
+ Cmax xáo trộn, Cmin không xáo trộn:
C + Cmin xáo trộn, Cmax không xáo trộn:
Một số đồ thị thể hiện hiệu suất của các dạng thiết bị trao đổi nhiệt:
Hình 1.10 Đồ thị hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt với 2 lưu thể song song a) cùng chiều; b) ngược chiều
Hình 1.11 Đồ thị hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với 2,4,6 lối
Hình 1.12 Đồ thị hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt với 2 lưu thể chéo dòng a) 2 lưu thể không xáo trộn; b) 1 lưu thể bị xáo trộn
Mộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống được mô tả với nước chảy trong ống có lưu lượng G2 = 1,2 kg/s, nhiệt độ đầu vào t’ = 20°C và nhiệt độ đầu ra t’’ = 80°C Nhiệt dung riêng của nước là Cp2 = 4,18 kJ/kg°C Phần vỏ bọc bên ngoài chứa nước khoáng chảy ngược chiều với lưu lượng G1 = 2 kg/s, có nhiệt độ đầu vào t’ = 160°C và nhiệt dung riêng Cp1 = 4,31 kJ/kg°C Ống trong có đường kính D = 1,5 cm và hệ số truyền nhiệt K = 640 W/m²°C Mục tiêu là xác định diện tích truyền nhiệt của thiết bị, kết quả tính toán cho thấy diện tích này là 6,409 m².
1.3.3.2 Sử dụng phương pháp hiệu số nhiệt độ trung bình
Giả định rằng thiết bị trao đổi nhiệt được cách nhiệt hiệu quả, toàn bộ nhiệt lượng từ chất lỏng nóng sẽ được chất lỏng lạnh hấp thụ hoàn toàn.
Nhiệt độ ra t ’’ của chất lỏng nóng được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt:
t t t 160 80 80 o C Hiệu số nhiệt độ trung bình:
t tb t max t min ln t max
92 o C ln 105,1 80 Diện tích truyền nhiệt:
Tính đương lượng khống khí của hai chất lỏng để xác định Cmin vàCmax:
Q max C min (t 1 t 2 ) 5, 02.(160 20) 702,8kW Đây là giá trị cực đại theo lí thuyết mà thiết bị có thể truyền, thực tế thiết bị truyền là:
Q 2 G 2 C p 2 (t 2 t 2 ) 1, 2.4,18.(80 20) 310kW Hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt:
Giá trị ɛ và NTU của thiết bị trao đổi nhiệt song song ngược chiều có thể được xác định từ công thức CT(1.9) hoặc bằng cách tham khảo đồ thị đã biết về ɛ và C, như thể hiện trong hình 1.8.
Giá trị NTU đã biết sẽ xác định được diện tích truyền nhiệt F:
Kết quả của hai phương pháp tính toán nhiệt độ trong trường hợp này là tương đương, mặc dù có thể có sự khác biệt nhỏ trong nhiều trường hợp Phương pháp tính theo hiệu số nhiệt độ trung bình logarit rất thuận tiện khi đã biết nhiệt độ vào và ra của chất lỏng, hoặc khi có ba giá trị nhiệt độ và giá trị còn lại được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt Do đó, phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm trong thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt mới Ngược lại, nếu đã có sẵn thiết bị trao đổi nhiệt với nhiệt độ vào, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt và hệ số truyền nhiệt k, chúng ta cần xác định nhiệt độ ra của chất lỏng và dòng nhiệt.
Phương pháp hiệu số nhiệt độ trung bình logarit vẫn có thể áp dụng cho bài toán ngược, tuy nhiên cần lặp lại nhiều lần để chọn giá trị phù hợp Để giải quyết bài toán này một cách đơn giản và thuận tiện hơn, phương pháp tính toán theo hiệu suất ε-NTU đã được phát triển.
Định hướng nghiên cứu của đồ án
Hiện nay, tài liệu tính toán và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt bằng tiếng Việt chủ yếu dựa vào nguồn gốc từ tiếng Nga và không được cập nhật, dẫn đến việc thiếu phương pháp tính toán và số liệu tra cứu, không theo kịp sự phát triển công nghệ thông tin Các tài liệu cũ thiếu công cụ kiểm chứng, trong khi thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm đã được quy chuẩn hóa theo tiêu chuẩn TEMA và ASME/ANSI Để khắc phục vấn đề này, đồ án tốt nghiệp sẽ tập trung vào việc cải tiến phương pháp tính toán và áp dụng phần mềm hỗ trợ như AspenONE và PVelite để so sánh và đánh giá kết quả Nội dung chính của đồ án sẽ bao gồm các phương pháp tính toán mới và ứng dụng phần mềm trong thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt.
- Tìm hiểu một số thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp.
- Tìm hiểu các tiêu chuẩn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.
- Xây dựng phương pháp tính toán, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.
- Tính toán một số thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.
GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN VÀ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Giới thiệu tiêu chuẩn TEMA
TEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt) là tiêu chuẩn quan trọng giúp hướng dẫn người dùng trong việc thiết kế và lắp đặt thiết bị trao đổi nhiệt hình ống Tiêu chuẩn này được xây dựng dựa trên các nguyên tắc kỹ thuật, nghiên cứu và kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất, thiết kế, lắp đặt và sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt.
Tiêu chuẩn TEMA hiện đang được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu và được các nhà thiết kế yêu thích Nhiều công ty thiết kế phần mềm chuyên về thiết bị cũng chọn TEMA làm nền tảng cho các chương trình thiết kế của họ Tiêu chuẩn này không chỉ đảm bảo kiến thức lý thuyết vững chắc mà còn được xây dựng dựa trên nhiều năm kinh nghiệm trong ngành thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống.
Thành phần của TEMA bao gồm thiết kế vỏ, ống, tấm chắn và khe hở, với tiêu chuẩn TEMA mô tả chi tiết các thiết bị và chia thành ba phần chính: phần đầu, phần thân và phần sau Mỗi phần được đánh tên bằng các chữ cái A, B, C, giúp người dùng có nhiều lựa chọn cho thiết bị tùy theo mục đích và yêu cầu cụ thể.
Phần đầu được ký hiệu bởi: A,B,C,N,D
Phần thân vỏ được ký hiệu bởi: E,F,G,H,J,K,X
Phần sau được ký hiệu bởi: L, M, N, P, S, T, U,W
Hình 2.1 Ký hiệu các phần của thiết bị theo chuẩn TEMA
Một số thiết bị được thiết kế trên tiêu chuẩn TEMA:
Hình 2.2 Một số thiết bị theo tiêu chuẩn TEMA
Ngoài ra TEMA cũng xếp các thiết bị thành 3 nhóm chính B,C và R:
Nhóm R là nhóm thiết bị thiết yếu trong ngành công nghiệp dầu khí, nổi bật với kích thước lớn và năng suất cao, phù hợp với những môi trường làm việc khắc nghiệt.
Do đó tiêu chuẩn và yêu cầu về độ bền cao nên giá thành cũng đắt.
- Nhóm C: là nhóm thiết bị sử dụng nhiều và phổ biến trong các ngành công nghiệp nói chung.
- Nhóm B: là nhóm sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất Do đó có nhiều tiêu chuẩn khắt khe hơn nhóm C nhưng chưa bằng nhóm R.
Để tính toán và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, chúng ta có thể tham khảo các tiêu chuẩn do TEMA quy định Những tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn quan trọng cho quá trình thiết kế và đảm bảo hiệu suất tối ưu của thiết bị trao đổi nhiệt.
TEMA đưa ra bề dầy tối thiểu cho thân thiết bị:
Bảng 2.1.Bề dầy tối thiểu của thân thiết bị loại R theo TEMA Đường kính in (mm)
Bề dầy tối thiểu, in (mm)
Hợp kim Ống Tấm cuộn
Bảng 2.2 Bề dầy tối thiểu của thân thiết bị loại C - B theo TEMA Đường kính in (mm)
Bề dầy tối thiểu, in (mm)
Hợp kim Ống Tấm cuộn
2.1.2 Phần đầu và phần sau
Bề dầy của phần đầu và phần sau tối thiểu phải tương đương với bề dầy của thân thiết bị Chiều dài của phần đầu và phần sau cần được đảm bảo đủ để lưu thể có thể lưu thông trong ống đổi chiều, với diện tích mặt cắt của dòng lưu thể đổi chiều ít nhất bằng 1-1,3 lần diện tích mặt cắt ngang của các ống trong một lối.
Phần sau tự do S sử dụng bích 2 nửa có thể chọn 1 trong 4 kiểu liên kết bích
2 nửa với phần phao tự do sau:
Hình 2.3.Các kiểu liên kết bích 2 nửa của phần sau S
Phần sau tự do P có thể sử dụng với lưu thể có nhiệt độ cao nhất 316 o C
(600 o F) và áp suất 2068kPa (300PSI) với liên kết sau:
Hình 2.4 Liên kết phần sau S
Phần sau W sử dụng cho lưu thể có nhiệt độ nhỏ hơn 191 o C (375 o F) và giới hạn áp suất như sau:
Bảng 2.3 Áp suất tối đa cho phép của phần sau W Đường kính trong thiết bị, in(mm) Áp suất tối đa, PSI (kPA)
2.1.3 Ống Ống trao đổi nhiệt được thường chọn theo kích thước tiêu chuẩn theo bề dầy BWG (phụ lục 2) và chiều dài 8ft(2438mm), 10ft(3048), 12ft(3658), 16ft(4877), 20ft(6096mm),…
Bề dầy tối thiểu của vỉ ống:
Bảng 2.4 Bề dầy tối thiểu của vỉ ống Đường kính ống, in (mm) Bề dầy vỉ ống tối thiểu, in (mm)
Khoảng cách tối thiểu giữa hai vách ngăn là 1/5 đường kính trong của vỏ hoặc 2 inch (51mm) Bảng dưới đây cung cấp chiều dài lớn nhất của ống thẳng mà không cần bố trí vách ngăn.
Bảng 2.5 Chiều dài lớn nhất của ống không cần cố định bằng vách ngăn Đường kính ngoài ống
Vật liệu và nhiệt độ tới hạn o F ( o C) Thép carbon; thép hợp kim có độ bền cao, 750(399); thép hợp kim độ bền thấp,850(454); Ni, 850
Bề dầy tối thiểu của vách ngăn phụ thuộc vào khoảng cách vách ngăn:
Bảng 2.6 Bề dầy tối thiểu vách ngăn của thiết bị loại R Đường kính thân, in
Bảng 2.7 Bề dầy tối thiểu vách ngăn của thiết bị loại C - B Đường kính thân, in (mm)
2.1.6 Thanh giữ vách ngăn Để giữ cố định các vách ngăn cần sử dụng ít nhất 4 thanh có đường kính nhỏ nhất là 3/8in (9,5mm) Cụ thể được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 2.8 Kích thước tối thiểu thanh giữ vách ngăn của thiết bị loại R Đường kính thân, in(mm) Đường kính thanh, in(mm) Số lượng
Bảng 2.9 Kích thước tối thiểu thanh giữ vách ngăn của thiết bị loại C -B Đường kính thân, in(mm) Đường kính thanh, in(mm) Số lượng
2.1.7 Tấm ngăn giữa thân vỏ
Tấm ngăn giữa thân vỏ đối với các loại thân kiểu F, G, H phải dầy hơn 1/4in (6,4mm) với thép carbon và 1/8in (3,2mm) đối với thép hợp kim.
2.1.8 Tấm ngăn chia lối ở phần đầu và phần sau
Bề dầy tấm ngăn chia lối được cho trong bảng:
Bảng 2.10 Bề dầy tấm ngăn chia lối Đường kính thân, in(mm) Bề dầy, in(mm)
Thép carbon Thép hợp kim
2.1.9 Đệm bịt kín Đệm bịt kín thường sử dụng là đệm composite, flexible graphite, ceramic, đệm kim loại rỗng hoặc đặc Đối với các thiết bị hoạt động với áp suất dưới 2068kPa(300psi) thì thường sử dụng đệm composite, còn đối với các thiết bị trên 2068kPa(300psi) hoặc với đầu phao tự do nằm trong thiết bị thì sử dụng đệm kim loại.
Bề rộng của đệm tối thiểu là 3/8 inch (9,5mm) cho đường kính nhỏ hơn 23 inch (584mm) và 1/2 inch (12,7mm) cho đường kính lớn hơn Đối với phần liên kết với tấm ngăn chia lối, bề rộng không được nhỏ hơn 1/4 inch (6,4mm) cho đường kính nhỏ hơn 23 inch (584mm) và 3/8 inch (9,5mm) cho đường kính lớn hơn.
2.1.10Rung động trong thiết bị
Khi thiết kế và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, cần chú ý đến yếu tố rung động trong quá trình hoạt động Những yếu tố gây ra rung động phổ biến cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Ống quá dài và thiếu vách ngăn hỗ trợ sẽ gây ra biên độ dao động lớn, trong khi ống quá mỏng cũng dẫn đến sự rung động mạnh.
- Do yêu cầu lắp đặt, lỗ vách ngăn phải lớn hơn đường kính ngoài của ống.
Khe hở quá lớn giữa các ống có thể gây ra rung động trong thiết bị, làm ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động Ngoài ra, sự va chạm kéo dài giữa bề mặt ngoài của ống và lỗ vách ngăn có thể dẫn đến hiện tượng mài mòn và thủng ống.
- Vách ngăn phải được lựa chọn phù hợp và cần được cố định chắc chắn với nhau, tránh va đập với thân thiết bị.
- Lỗ trên vỉ ống cũng cần phải lưu ý Cần giảm thiểu tối đa khe hở giữa đường kính ngoài ống với lỗ trên vỉ ống.
Bố trí ống vào và ra của thiết bị cần được thực hiện hợp lý, tránh để vận tốc quá lớn và đảm bảo khoảng cách giữa ống lưu thể vào và bó ống không quá nhỏ Trong một số trường hợp, tại bề mặt lưu thể vào, có thể giảm số lượng ống hoặc sử dụng các tấm chắn trước bó ống để cải thiện hiệu suất Đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn của TS Vũ Đình Tiến.
SV : Hoàng Anh Dũng – Máy hóa K56 32
Giới thiệu phần mềm Aspen Exchanger Design and Rating và Pvelite32
Ngày nay, nhiều vấn đề phức tạp trong công nghiệp không còn được giải quyết bằng tay do sai sót của con người và áp lực thời gian Các chương trình mô phỏng đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết những vấn đề này, với sự đa dạng ứng dụng tùy theo lĩnh vực và sản phẩm Trong số đó, Aspen và PVelite là hai công cụ hiệu quả cho kỹ sư kỹ thuật hóa học, có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành như sản xuất xăng dầu, lọc dầu, quy trình hóa học, cũng như nghiên cứu về môi trường và năng lượng.
2.2.1 Aspen Exhanger Design and Rating
Phần mềm Aspen Exhanger Design and Rating nằm trong gói phần mềm aspen one được xây dựng bởi công ty AspenTech AspenTech là một công ty của
Mỹ được thành lập vào năm 1981 dưới sự chỉ đạo của Bộ Năng lượng Mỹ, bắt nguồn từ một nhóm kỹ sư của MIT nhằm nghiên cứu công nghệ mới để đối phó với khủng hoảng dầu mỏ những năm 1970 Năm 1982, công ty ra mắt phần mềm đầu tiên về công nghệ hóa học mang tên Aspen Plus Trong suốt hơn 30 năm phát triển, công ty đã mở rộng đội ngũ lên hơn 400 chuyên gia, trong đó nửa số đó là tiến sĩ, cùng với hơn 370 nhân viên hỗ trợ và phát triển phần mềm.
The Aspen Exchanger Design and Rating (EDR) module is recognized as one of the most powerful software tools globally for the design and evaluation of heat exchangers.
- Thiết kế được phần lớn các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm trong ngành công nghiệp hóa chất theo tiêu chuẩn TEMA.
- Phần mềm giúp chúng ta tối ưu giá thành của thiết bị, thông thường chi phí sẽ được tối ưu khoảng 10-30% cho mỗi thiết bị trao đổi nhiệt.
Việc xác định, giám sát và điều chỉnh các thông số của lưu thể như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và tổn thất trở nên dễ dàng hơn, giúp tối ưu hóa hoạt động của thiết bị.
Phần mềm không chỉ tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt mà còn cải thiện các yếu tố cơ khí Nó cung cấp bản vẽ sơ bộ cùng các thông số chính của thiết bị, đồng thời tính toán ứng suất và độ bền cơ khí của các bộ phận theo tiêu chuẩn quốc tế như ASME/ANSI Nhờ đó, người dùng có thể giảm độ dày các chi tiết, từ đó hạ giá thành sản phẩm mà vẫn đảm bảo sự ổn định và hiệu suất của thiết bị.
PVelite là phần mềm chuyên dụng cho kỹ sư thiết kế và chế tạo, cung cấp giải pháp tối ưu cho việc thiết kế bồn áp lực và thiết bị trao đổi nhiệt Phần mềm thực hiện phân tích tính toán cơ khí cho các thiết bị như trụ tháp, bình chịu áp và thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, bao gồm kiểm tra khả năng chịu áp, bề dày và phân tích ứng suất PVelite tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như ASME, PD5500, UBC, API-579, TEMA, giúp người dùng kiểm tra độ bền của thiết bị trao đổi nhiệt về khả năng chịu áp lực và nhiệt độ, cùng với các thành phần như thân vỏ, vỉ ống, chân đế và các bích.
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG CHÙM
Mục đích
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm là một trong những thiết bị phổ biến nhất trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm, với sự đa dạng về chủng loại và hình thức Việc tính toán và thiết kế thiết bị này để đáp ứng đầy đủ yêu cầu của dây chuyền sản xuất là rất quan trọng Chương này sẽ giới thiệu một phương pháp tính toán và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, có thể áp dụng cho hầu hết các loại thiết bị tương tự.
Trình tự tính toán
3.2.1 Giới thiệu sơ đồ tính toán
Khi thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt cho việc đun nóng hoặc làm nguội sản phẩm trong dây chuyền công nghệ, chúng ta cần tuân thủ các bước theo trình tự nhất định.
3.2.2 Bước 1: Lựa chọn kiểu thiết bị
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm rất đa dạng về chủng loại, và khi tính toán, thiết kế, cần tuân thủ tiêu chuẩn TEMA, nền tảng cho các nhà thiết kế và sản xuất Tiêu chuẩn TEMA cung cấp bảng cấu tạo thiết bị, bao gồm ba phần: phần đầu, phần thân vỏ và phần sau Việc lựa chọn kiểu thiết bị phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của bài toán.
Xác định yêu cầu bài toán
Thỏa mãn ọn chế độ thủy động
B3 ngoài ống ; chiều lưu thể,….)
Kiểm tra tổn thất cho phép
B6 u số nhiệt độ trung bình
B7 ử hệ số truyền nhiệt K' Không thỏa mãn
K B16 ện tích bề mặt truyền
Hình 3.1 Trình tự các bước tính toán
Tính toán hệ số cấp nhiệt đối lưu trong ống Lựa chọn vách ngăn
Tính toán hệ số cấp nhiệt đối lưu ngoài ống
Tính hệ số truyền nhiệt K B9 ại ống, kích thước ống vàcách sắp xếp
Tính toán tổn thất áp suất Thông số vật lý các lưu thể
Tính toán cơ khíB1 chọn kiểu thiết bị
Phần đầu thiết bị được ký hiệu bởi các chữ cái: A,B,C,N,D
Hình 3.2 Các phần đầu thiết bị theo TEMA
- Phần đầu A: là phần đầu được sử dụng phổ biến nhất, có nắp bích mù có thể tháo rời để vệ sinh dễ dàng.
Phần đầu B là một thiết kế hàn kín, mang lại sự đơn giản và dễ chế tạo Loại đầu này không có mặt bích, giúp tiết kiệm chi phí và tăng tính kín đáo Tuy nhiên, việc tháo rời để vệ sinh và sửa chữa phần đầu B lại khó khăn hơn so với phần đầu A.
- Phần đầu C: có nắp bích mù giống đầu A nhưng vỉ ống hàn liền với phần đầu Có ưu điểm là rẻ và kín nhưng khó vệ sinh ngoài ống.
Phần đầu N có thiết kế tương tự như phần đầu C, nhưng cả thân thiết bị và vỉ ống đều được hàn liền Ưu điểm của thiết kế này là tính kín và chi phí thấp, tuy nhiên, nhược điểm lớn là không thể tháo lắp để vệ sinh và sửa chữa, do đó ít được sử dụng.
Phần đầu D có bề dày lớn và được hàn kín, thích hợp cho các ứng dụng có áp suất cao Tuy nhiên, nhược điểm của nó là chỉ có thể sử dụng cho các lưu thể sạch do khó khăn trong việc vệ sinh.
Phần thân vỏ được ký hiệu bởi: E,F,G,H,J,K,X
Hình 3.3 Các loại vỏ thiết bị theo TEMA
- Thân vỏ E: là loại vỏ đơn giản nhất và phổ biến nhất, lưu thể đi vào một đầu và đi ra ở đầu còn lại.
Thân vỏ F được thiết kế với hai khoang nhờ tấm chắn dọc, cho phép dòng lưu thể đi vào một đầu, chạy dọc theo tấm chắn và sau đó đổi chiều vào khoang thứ hai, trở ra cùng phía với đầu vào Điều này làm tăng gấp đôi đường đi của lưu thể, nhưng đồng thời cũng dẫn đến tổn thất áp suất cao gấp 8 lần so với thân E Thân vỏ này thích hợp cho các trường hợp mà nhiệt độ lưu thể lạnh ra cao hơn nhiệt độ lưu thể nóng ra, tương đương với hai thân E được nối tiếp.
Thân vỏ G được thiết kế với hai khoang, cho phép dòng lưu thể đi vào và ra ở giữa Khi lưu thể đi vào, nó được chia thành hai phần: một phần hướng trái và một phần hướng phải Sau khi đi qua hai khoang, hai dòng lưu thể này sẽ được gộp lại và thoát ra ngoài Chức năng chính của thân vỏ G là giảm tổn thất áp suất của lưu thể bên ngoài ống.
Thân vỏ H được thiết kế với hai dòng vào và hai dòng ra, chia thành hai khoang riêng biệt Thiết kế này cho phép thân vỏ hoạt động như hai thiết bị làm việc nối tiếp, tối ưu hóa hiệu suất và chức năng.
Thân vỏ K thường được sử dụng cho các lưu thể có sự thay đổi pha, nơi dòng vật chất được đưa vào và gia nhiệt để bay hơi một phần Phần hơi sẽ được thoát ra ở phía trên.
- Thân vỏ X: lưu thể đi vào và ra ở giữa thân vỏ Hai lưu thể chuyển động chéo dòng.
Phần sau thiết bị được ký hiệu bởi: L, M, N, P, S, T, U, W.
Hình 3.4 Các phầnsau thiết bị theo TEMA
- Phần sau L:giống phần đầu A
- Phần sau M: giống phần đầu B
- Phần sau N: giống phần đầu N
Phần sau P là loại thả tự do hở, với cơ cấu tự do nằm bên ngoài thiết bị, giúp lắp ghép đơn giản và dễ làm sạch Tuy nhiên, khoảng cách giữa bó ống và vỏ lớn, yêu cầu cơ cấu bịt kín phải đảm bảo, nên loại này thường không được sử dụng cho các chất nguy hiểm.
Phần sau S là loại thả tự do kín với bích hai nửa, giúp cơ cấu tự do nằm trong thiết bị một cách an toàn Khoảng giãn nở lớn và kín, ngăn chặn lưu thể trong ống rò rỉ ra ngoài như ở phần sau P Việc sử dụng bích hai nửa cũng giảm khoảng cách giữa bó ống và vỏ, từ đó giảm được đường kính thân vỏ.
Phần sau T là loại thả tự do kín sử dụng bích thường, tương tự như phần sau S nhưng đơn giản hơn Việc sử dụng bích thường dẫn đến khoảng cách giữa bó ống và vỏ lớn hơn, do đó kích thước thân thiết bị cũng lớn hơn.
- Phần sau U: sử dụng cho thiết bị trao đổi nhiệt ống chữ U.
- Phần sau W: Là loại tự do kín, vỉ ống chuyển động trong khoảng kẹp giữa 2 bích.
Bảng 3.1 Phân loại thiết bị theo TEMA
TEMA Ưu điểm Nhược điểm
- Cho diện tích trao đổi nhiệt lớn nhất với cùng
- Không làm sạch bằng phương pháp cơ học được
A,B,N và phần sau L,M,N đường kính ống và vỏ.
- Có thể chia 1 lối hoặc nhiều lối để điều chỉnh vận tốc lưu thể.
- Là loại thiết bị đơn giản và rẻ tiền nhất. phía ngoài ống.
Khi chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể lớn hoặc khi vỏ và ống được làm bằng hai vật liệu khác nhau, không thể sử dụng thiết bị Để khắc phục điều này, cần sử dụng đai giãn nở nhiệt cho thân vỏ Lưu ý rằng chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể không được vượt quá 80 độ C.
1 đầu tự do Phần sau:
-Chịu được chênh lệch nhiệt độ giữa 2 lưu thể lớn.
- Cả bó ống và thân thiết bị đều có thể làm sạch bằng phương pháp cơ học Nên thường được sử dụng cho các lưu thể bẩn.
- Ống và vỏ có thể chọn 2 loại vật liệu khác nhau.
-Đầu tự do làm tăng đường kính thân vỏ.
- Ống không thể giãn nở nhiệt độc lập từng ống nên cần tránh quá nhiệt cục bộ.
- Vật liệu các bộ phận lắp ghép đầu tự do như bulông bị hạn chế bới nhiệt độ, áp suất thiết kế.
-Chịu đượcchênh lệch nhiệt độ giữa 2 lưu thể lớn và sự chênh lệch nhiệt độ của từng ống riêng lẻ.
- Ít tốn kém hơn so với đầu tự do.
-Do ống uốn cong nên ở phần giữa không có ống.
- Ống khó làm sạch bằng phương pháp cơ học, chủ yếu làm sạch bằng phương pháp hóa học.
- Do sắp xếp lồng vào nhau nên khó khăn thay thế từng ống riêng lẻ.
- Không bố trí được 1 lối hoặc 2 dòng lưu thể ngược chiều.
- Bề dầy ống tại chỗ uốn mỏng hơn chỗ ống thẳng.
3.2.3 Bước 2: Lựa chọn chất tải nhiệt
Khi đề bài không cung cấp chất tải nhiệt cụ thể, việc lựa chọn một chất tải nhiệt phù hợp là rất quan trọng Mỗi loại chất tải nhiệt đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, vì vậy cần cân nhắc kỹ lưỡng để chọn lựa chất tải nhiệt thích hợp nhất cho từng trường hợp cụ thể Điều kiện lựa chọn chất tải nhiệt phải dựa trên yêu cầu của đề bài và các yếu tố liên quan.
- Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh nhiệt độ tốt.
- Độ nhớt nhỏ, nhiệt dung riêng lớn.
- Độ độc và tính hoạt động hoá học ít.
- Độ an toàn khi đun nóng cao (không cháy, nổ,…).
- Không ăn mòn thiết bị và bảo đảm cung cấp nhiệt độ ổn định.
Trong thiết bị trao đổi nhiệt dùng để đun nóng thì chúng ta thường gặp những chất tải nhiệt phổ biến sau:
Bảng 3.2 Ưu nhược điểm một số chất tải nhiệt thường dùng
Chất tải nhiệt Ưu điểm Nhược điểm
Hơi nước bão hòa - Hệ số cấp nhiệt lớn,
Bề mặt truyền nhiệt nhỏ hơn 15.000 W/m² giúp thiết bị có kích thước gọn nhẹ hơn so với các thiết bị đun nóng bằng các chất tải nhiệt khác, trong khi vẫn duy trì năng suất tải nhiệt tương tự.
- Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo 1 đơn vị chất tải nhiệt) vì ẩn nhiệt hóa hơi lớn.
- Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống.
- Đun nóng được đồng đều vì hơi ngưng tụ trên
