|
ทําไมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนกระเป๋าและท่อจึงจําเป็นต่อเศรษฐกิจไฮโดรเจน?
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนกระเป๋าและท่อสําหรับไฮโดรเจน
,เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสําหรับเศรษฐกิจไฮโดรเจน
,เปลือกและท่อแลกเปลี่ยนความร้อนจําเป็น
ตอบคําถามหลัก:ทําไมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและหลอด จึงจําเป็นต่อการจัดการพลังงานความร้อนในทั้งโซ่มูลค่าของไฮโดรเจนShell and tube heat exchangers are the structural and thermal backbone of the emerging hydrogen economy because they safely manage extreme operational extremes—ranging from cryogenic liquid hydrogen temperatures (-253°C) to high-pressure gaseous storage up to 100 MPaเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจนที่โดดเด่น รวมถึงน้ําหนักโมเลกุลที่ต่ํามาก, ความกระจายสูง, และความต้องการในการหมุนเวียนทางความร้อนที่เข้มข้นโครงสร้างเปลือกและท่อที่แข็งแกร่ง ให้ความกดดัน, การชดเชยการขยายความร้อน, และการปิดความสมบูรณ์แบบสูงที่จําเป็นสําหรับการแปรรูปไฮโดรเจนอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ปลอดภัย
การผลิต การขนส่ง และการใช้ไฮโดรเจน นําเสนออุปสรรคทางเทอร์โมไดนัมิกที่รุนแรง ที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมาตรฐานไม่สามารถจัดการได้:
- อุณหภูมิการผสมผสาน Cryogenic:การเย็นไฮโดรเจนเป็นก๊าซลงสู่ไฮโดรเจนเป็นของเหลว ($\text{LH}_2$) ต้องการอุณหภูมิที่ใกล้ศูนย์สมบูรณ์ (-253 °C) สร้างความแตกต่างการกระแทกทางความร้อนขนาดใหญ่ที่ต้องการการออกแบบการขยายขนาดเชี่ยวชาญด้านโลหะและกล
- การบดก๊าซความดันสูง:การเก็บและส่งไฮโดรเจนที่สถานีน้ํามันต้องใช้เครื่องแลกแก๊สความดันสูง เพื่อให้ไฮโดรเจนเย็นอย่างรวดเร็วในช่วงวงจรการเติมไวการป้องกันการทําลายความร้อนของถังเก็บของบนยาน.
- การปฏิกิริยาเรือนกระตุ้น exothermic:วิธีการผลิตไฮโดรเจน เช่น การปรับปรุงเมธานด้วยควาย (SMR) หรือการปรับปรุงไฟฟ้าน้ําขนาดใหญ่สร้างความร้อนจากการปฏิกิริยาที่เข้มข้น ซึ่งต้องเก็บเก็บและจัดการอย่างต่อเนื่อง เพื่อรักษาประสิทธิภาพของระบบ.
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นหรือแบบผสมผสาน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและหลอด มีข้อดีทางโครงสร้างที่ชัดเจนที่เหมาะสมกับธรรมชาติของไฮโดรเจนที่ลุกลุก:
- การปฏิบัติตาม ASME และ TEMA:ผลิตตามมาตรฐานสมาคมผู้ผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนท่อ (TEMA) และมาตรฐาน ASME ตอนที่ VIII อย่างเคร่งครัด เพื่อรับรองความสมบูรณ์แบบความดันที่ได้รับการรับรองสําหรับไฮโดรเจนแบบก๊าซความดันสูง
- การจัดการกับความเครียดทางความร้อนการตั้งรูปลอกและรูปลอกแบบหัวลอยหรือรูปลอกแบบ U ทําให้ผังรูปลอกภายในสามารถขยายและหดตัวได้ โดยอิสระจากรูปลอกภายนอกการกําจัดการแตกจากการเหนื่อยร้อนในช่วงวงจรการเริ่มต้นและปิดแบบไครโอเจน.
- ความแน่นของการรั่วไหลที่สมบูรณ์แบบ:ผนังท่อขนาดใหญ่ที่ผสมผสานกันอย่างมั่นคงกับท่อที่วาดด้วยความแม่นยําป้องกันการเจาะและการรั่วไหลของไฮโดรเจน ป้องกันความปลอดภัยของโรงงานและลดการสูญเสียสินค้าให้น้อยที่สุด
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกระเป๋าและท่อถูกใช้ในทุกจุดสําคัญของโซ่การจําหน่ายไฮโดรเจน:
- การเย็นด้วยไฟฟ้าไฮโดรเจนสีเขียว:กําจัดความร้อนจากอัลกาลีนความดันสูงหรือ PEM Electrolyzer stacks เพื่อรักษาอุณหภูมิปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่ดีที่สุด
- สถานีเติมน้ํามันไฮโดรเจน (HRS):ทํางานเป็นเครื่องทําความเย็นก่อน (ใช้ฮีเลียมหรือเครื่องทําความเย็นแบบปิดวงจร) เพื่อลดอุณหภูมิของก๊าซไฮโดรเจนที่ระบายลงถึง -40 °C ก่อนเข้าสู่การเก็บของในยาน
- หน่วย SMR ไฮโดรเจนสีฟ้า:การบริหารการทําความเย็นและการผลิตควายจากก๊าซสังเคราะห์ที่มีความร้อนสูงในอุปกรณ์การผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เก็บคาร์บอนไว้
| ขั้นตอนของห่วงโซ่มูลค่า | ระยะอุณหภูมิการทํางาน | ระยะความดันการทํางาน | การทําโลหะท่อที่แนะนํา | ฟังก์ชันความร้อนหลัก |
|---|---|---|---|---|
| การทําความเย็นด้วยน้ํา | 20°C ถึง 90°C | 3.0 ถึง 10.0 MPa | AISI 316L สแตนเลส | การระบายความร้อนและลวดน้ําเย็นจากฝัง |
| การปรับปรุงเมธานระเหย (SMR) | 200°C ถึง 850°C | 2.0 ถึง 5.0 MPa | สับสนธิ 800H / Inconel | การเย็นและการฟื้นฟูความร้อนจากก๊าซสังเคราะห์ความร้อนสูง |
| ไฮโดรเจน ลิคฟัคชั่น ($\text{LH}_2$) | -253°C ถึง -196°C | 1.0 ถึง 6.0 MPa | สแตนเลส austenitic / อลูมิเนียม | การทําความเย็นด้วยก๊าซไครโอเจนิก และการทําความเย็นด้วยการแปลงออร์โต-พารา |
| สถานีเติมน้ํามัน ปรับปรุงความเย็นก่อน | -40°C ถึง 15°C | 35.0 ถึง 100.0 MPa | AISI 316L / Monel | การลดความเย็นก่อนด้วยแก๊สอย่างรวดเร็วสําหรับการจัดส่งยานแรงดันสูง |
วิดีโอ
วิดีโอ
วิดีโอ
