บทบาท ที่ สําคัญ ของ เครื่อง แลกเปลี่ยน ความ อบอุ่น ผง ใน การ ล้าง เบาะ น้ํา ทะเล ใน สมัย นี้

ทรัพยากรน้ำจืดทั่วโลกอยู่ภายใต้ความเครียดอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนอันเนื่องมาจากการเติบโตของจำนวนประชากร การพัฒนาอุตสาหกรรม และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล ซึ่งเป็นกระบวนการกำจัดเกลือและแร่ธาตุออกจากน้ำทะเลเพื่อผลิตน้ำดื่ม ไม่ได้เป็นเทคโนโลยีเฉพาะอีกต่อไป แต่เป็นสิ่งจำเป็นเชิงกลยุทธ์สำหรับภูมิภาคแห้งแล้งและเมืองชายฝั่งทั่วโลก ตระกูลเทคโนโลยีหลักสองตระกูล ได้แก่:

• การแยกเกลือออกจากความร้อน:โดยพื้นฐานแล้ว MSF และ MED ซึ่งใช้การเปลี่ยนเฟส (การระเหยและการควบแน่น) ซึ่งขับเคลื่อนโดยความร้อนที่จ่ายจากภายนอก โดยทั่วไปมาจากโรงไฟฟ้าที่อยู่ร่วมหรือความร้อนเหลือทิ้งทางอุตสาหกรรม

• การแยกเกลือออกจากเมมเบรน:โดดเด่นด้วย SWRO ซึ่งใช้ปั๊มแรงดันสูงเพื่อดันน้ำทะเลผ่านเยื่อกึ่งซึมเข้าไปได้ เพื่อแยกน้ำออกจากเกลือ

ความท้าทายที่สำคัญยิ่งสำหรับทั้งสองครอบครัวก็คือการใช้พลังงานซึ่งคิดเป็น 30-50% ของต้นทุนการผลิตน้ำทั้งหมด ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้สูงสุดผ่านการถ่ายเทความร้อนและการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่จึงเป็นวัตถุประสงค์ที่สำคัญที่สุดประการเดียวสำหรับวิศวกรกระบวนการ นี่คือจุดที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเพลททำหน้าที่ยืนยันการทำงานที่สำคัญ

ในกระบวนการทางความร้อน PHE ถูกนำมาใช้ในบทบาทสำคัญหลายประการ โดยพื้นฐานแล้วแทนที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ (S&THX) แบบเดิม เนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่า

• การทำงาน:นี่คือจุดป้อนความร้อนหลัก ในโรงงาน MED ไอน้ำแรงดันต่ำหรือน้ำร้อนจากแหล่งภายนอก (เช่น ไอเสียจากกังหัน) จะไหลไปทางด้านหนึ่งของ PHE น้ำทะเล (ป้อน) หรือน้ำเกลือหมุนเวียนจะไหลไปอีกด้านหนึ่ง ดูดซับความร้อนและเพิ่มอุณหภูมิให้เป็นอุณหภูมิน้ำเกลือสูงสุดที่ต้องการ (TBT)

• ผลกระทบเฉพาะ:ประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่สูงของ PHE (อุณหภูมิเข้าถึงต่ำถึง 1-2°C) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าความร้อนสูงสุดจะถูกดึงออกมาจากตัวกลางทำความร้อน ซึ่งช่วยลดอัตราการไหลของไอน้ำที่จำเป็นสำหรับปริมาณน้ำที่จ่ายออกไปโดยตรง ซึ่งช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานและผลกระทบจากความร้อนของโรงงาน

• การทำงาน:ในแต่ละเอฟเฟกต์ (MED) หรือระยะ (MSF) ไอที่เกิดจากน้ำทะเลที่ระเหยจะต้องถูกควบแน่นเพื่อผลิตเป็นน้ำจืด กระบวนการควบแน่นนี้จะอุ่นน้ำทะเลที่ป้อนเข้ามาพร้อมๆ กัน

• ผลกระทบเฉพาะ:PHE ทำหน้าที่เป็นคอนเดนเซอร์ระหว่างเอฟเฟกต์/สเตจ ความกะทัดรัดช่วยให้มีพื้นที่ถ่ายเทความร้อนได้มากขึ้นภายในพื้นที่จำกัด ส่งเสริมการควบแน่นของไอที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และการอุ่นฟีดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ที่ร่อนอุณหภูมิ—การระบายความร้อนแบบค่อยเป็นค่อยไปของไอควบแน่น—เข้ากันได้อย่างลงตัวกับความสามารถในการไหลทวนกระแสของ PHE ซึ่งช่วยเพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยบันทึก (LMTD) และการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่

• การทำงาน:ก่อนที่จะเข้าสู่เครื่องทำความร้อนหลักหรือผลกระทบแรก การป้อนน้ำทะเลจะต้องผ่านขั้นตอนการอุ่นก่อนหลายขั้นตอนโดยใช้ความร้อนที่ได้มาจากน้ำเกลืออุ่นและน้ำผลิตภัณฑ์

• ผลกระทบเฉพาะ:PHE เหมาะอย่างยิ่งสำหรับหน้าที่การกู้คืนข้ามสายนี้ ความสามารถในการจัดการสตรีมหลายรายการในหน่วยเดียว (ผ่านการจัดเรียงหลายรอบหรือการออกแบบเฟรมที่ปรับแต่ง) ช่วยให้เกิดความร้อนที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพ วิธีนี้จะช่วยเพิ่มการนำพลังงานความร้อนเกรดต่ำกลับมาใช้ใหม่ภายในระบบให้เกิดประโยชน์สูงสุด ซึ่งช่วยปรับปรุงอัตราส่วนกำไรขาออก (GOR) อย่างมาก ซึ่งเป็นตัวชี้วัดหลักสำหรับประสิทธิภาพการแยกเกลือออกจากความร้อน ซึ่งกำหนดเป็นมวลของการกลั่นที่ผลิตต่อมวลของไอน้ำร้อน

การออกแบบเฉพาะของ PHE ให้ประโยชน์ในการดำเนินงานที่แตกต่างกัน:

• ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงและความกะทัดรัด:แผ่นลูกฟูกทำให้เกิดการไหลเชี่ยวที่รุนแรงแม้ที่ความเร็วต่ำ ทำลายชั้นขอบเขตและบรรลุค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงกว่า S&THX 3-5 เท่า ซึ่งช่วยให้ใช้พื้นที่และการใช้วัสดุน้อยลงมากสำหรับงานเดียวกัน

• ความยืดหยุ่นในการปฏิบัติงานและความสามารถในการปรับขนาด:สามารถเปิดชุดเพลทได้อย่างง่ายดายเพื่อตรวจสอบ ทำความสะอาด หรือปรับความจุโดยการเพิ่มหรือถอดเพลท ความเป็นโมดูลนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการปรับให้เข้ากับสภาวะการป้อนที่แตกต่างกันหรือการขยายขนาดการผลิต

• ลดการเปรอะเปื้อนและบำรุงรักษาง่าย:การไหลเชี่ยวช่วยลดการตกตะกอนที่เปรอะเปื้อน สามารถเปิด PHE แบบปะเก็นเพื่อทำความสะอาดกลไกได้ ในขณะที่การออกแบบแบบประสานหรือแบบเชื่อมขั้นสูงช่วยให้สามารถทำความสะอาดสารเคมีได้ (CIP) ซึ่งจะช่วยลดเวลาหยุดทำงานและรักษาประสิทธิภาพการออกแบบ

• วิธีการปิดอุณหภูมิ:ความสามารถในการเข้าใกล้อุณหภูมิ 1-2°C ถือเป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มการนำความร้อนกลับคืนมาสูงสุดในขบวนเครื่องทำความร้อนล่วงหน้า ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์โดยรวมของโรงงานโดยตรง

• ปริมาณการกักเก็บของเหลวต่ำ:ส่งผลให้เวลาเริ่มต้นเร็วขึ้นและการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงโหลดเร็วขึ้น ปรับปรุงการปฏิบัติงานของโรงงาน

แม้ว่า SWRO จะขับเคลื่อนด้วยแรงกดดันมากกว่าความร้อน แต่ PHE ก็มีบทบาทสำคัญมากขึ้นสองประการ:

นี่ถือเป็นนวัตกรรมที่สำคัญที่สุดในด้านประสิทธิภาพของ SWRO ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา

• การทำงาน:หลังจากผ่านเมมเบรน RO ประมาณ 55-60% ของน้ำป้อนที่มีแรงดันจะกลายเป็นซึมผ่าน (น้ำจืด) ส่วนที่เหลืออีก 40-45% ซึ่งปัจจุบันเป็นน้ำเกลือเข้มข้น ยังคงอยู่ที่ความดันต่ำกว่าแรงดันป้อนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น (เช่น 55-60 บาร์) ตามเนื้อผ้า พลังงานนี้จะสูญเปล่าไปกับวาล์วปีกผีเสื้อ

• ผลกระทบเฉพาะ:อิง PHEเครื่องแลกเปลี่ยนแรงดัน (PX)อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ที่จำหน่ายโดย Energy Recovery Inc. ใช้การออกแบบห้องไอโซบาริกที่ได้รับสิทธิบัตร โดยจะถ่ายเทแรงดันไฮดรอลิกจากกระแสน้ำเกลือแรงดันสูงโดยตรงไปยังส่วนหนึ่งของน้ำทะเลป้อนแรงดันต่ำที่มีประสิทธิภาพโดดเด่น (>96%) ลำธารทั้งสองไม่เคยปะปนกัน จากนั้นกระแสป้อนที่มีแรงดันในขณะนี้จะถูกเพิ่มไปยังแรงดันเมมเบรนสุดท้ายโดยปั๊มหมุนเวียนที่มีขนาดเล็กกว่าและมีกำลังต่ำกว่า เทคโนโลยีนี้ลดการใช้พลังงานของโรงงาน SWRO ขนาดใหญ่ได้ถึง 60% ทำให้ PHE เป็นรากฐานสำคัญของการออกแบบ SWRO ที่ใช้พลังงานต่ำ

• การทำงาน:ในภูมิภาคที่มีระบบนิเวศทางทะเลมีความละเอียดอ่อน อุณหภูมิของน้ำเกลือที่ปล่อยออกมาจะถูกควบคุมเพื่อลดมลภาวะทางความร้อน ในทำนองเดียวกัน น้ำของผลิตภัณฑ์อาจต้องมีการระบายความร้อนก่อนที่จะเข้าสู่เครือข่ายการจ่ายน้ำ

• ผลกระทบเฉพาะ:PHE ระบายความร้อนจากน้ำเกลืออุ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ซึ่งเพิ่มอุณหภูมิจากปั๊มแรงดันสูง) โดยใช้น้ำทะเลเย็นที่เข้ามา สิ่งนี้จะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเมมเบรน RO ได้เล็กน้อยโดยการลดอุณหภูมิป้อน (ลดความหนืด)

น้ำทะเลเป็นตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและเปรอะเปื้อนสูง ความสำเร็จของ PHE ในด้านการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลได้รับการสนับสนุนจากวัสดุขั้นสูง:

• จาน:สแตนเลส 316L เป็นเรื่องปกติสำหรับงานที่ก้าวร้าวน้อยกว่า สำหรับการใช้งานที่ร้อนและมีความเค็มมากขึ้น เกรดเช่น 254 SMO (ซูเปอร์ออสเทนนิติก), ไทเทเนียม (เกรด 1 หรือ 2) และโลหะผสมนิกเกิล (เช่น อัลลอย 254, อัลลอย C-276) ถูกนำมาใช้เพื่อให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก โดยเฉพาะจากคลอไรด์

• ปะเก็น:สำหรับ PHE ที่หุ้มปะเก็น อีลาสโตเมอร์ เช่น EPDM (สำหรับน้ำร้อน) ไนไตรล์ และโพลีเมอร์ขั้นสูง เช่น การออกแบบที่ห่อหุ้มด้วย PTFE จะถูกเลือกเพื่อให้เข้ากันได้กับอุณหภูมิ ความดัน และเคมีของน้ำทะเล

• ประเภทการออกแบบ:นอกเหนือจาก PHEs ที่ปะเก็นแล้วPHE ประสาน (BHEs)และPHEs เชื่อมอย่างเต็มที่ (WHEs)ใช้สำหรับงานแรงดันสูง/อุณหภูมิสูง (เช่น ลูปบูสเตอร์ ERD) หรือในกรณีที่คำนึงถึงความเข้ากันได้ของปะเก็น จึงให้ประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งและป้องกันการรั่วซึม

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบภายในโรงงานแยกเกลือเท่านั้น มันเป็นปัจจัยพื้นฐานของความมีชีวิตทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม ในการกรองน้ำทะเลด้วยความร้อน คุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนที่เหนือกว่าและความยืดหยุ่นจะช่วยเพิ่มอัตราส่วนเกนเอาท์พุต ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานความร้อนที่มีราคาแพงได้โดยตรง ใน SWRO ที่ใช้เมมเบรน รูปลักษณ์ของอุปกรณ์นำพลังงานกลับคืนแบบไอโซบาริกทำหน้าที่สำคัญในการดึงพลังงานไฮดรอลิกกลับคืนมา โดยลดการใช้ไฟฟ้าซึ่งเป็นต้นทุนการดำเนินงานที่ใหญ่ที่สุด ให้เหลือน้อยที่สุดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน

วิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของ PHE ผ่านรูปทรงเพลทขั้นสูงเพื่อเพิ่มความปั่นป่วน วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนที่เหนือกว่า และการออกแบบการเชื่อมที่แข็งแกร่ง ยังคงผลักดันขอบเขตของประสิทธิภาพการแยกเกลือออกไป ในขณะที่ความต้องการน้ำจืดทั่วโลกเพิ่มมากขึ้น บทบาทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นในการทำให้การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลมีความยั่งยืน ราคาไม่แพง และมีประสิทธิภาพมากขึ้นก็จะยิ่งลึกซึ้งมากขึ้นเท่านั้น หน้าที่เฉพาะของมันชัดเจน นั่นคือ ทำหน้าที่เป็นระบบประสาทส่วนกลางสำหรับการถ่ายโอนและนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ เพื่อให้มั่นใจว่าพลังงานความร้อนหรือพลังงานไฮดรอลิกทุกจูลที่เป็นไปได้จะถูกนำไปใช้ในการผลิตน้ำบริสุทธิ์จากทะเล