พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญและมีบทบาทสำคัญในส่วนผสมพลังงานทั่วโลก สถานีพลังงานน้ำแปลงพลังงานของน้ำที่ไหลหรือตกลงมาเป็นพลังงานไฟฟ้า ในระหว่างการทำงานของสถานีพลังงานน้ำ ส่วนประกอบต่างๆ จะสร้างความร้อน และการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่มั่นคงและเชื่อถือได้ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้กลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานถ่ายเทความร้อนในสถานีพลังงานน้ำเนื่องจากลักษณะเฉพาะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นประกอบด้วยชุดแผ่นโลหะบางลูกฟูกที่วางซ้อนกัน แผ่นเหล่านี้ถูกคั่นด้วยปะเก็นเพื่อสร้างช่องทางสลับสำหรับของเหลวร้อนและเย็น เมื่อของเหลวร้อน (เช่น น้ำร้อนหรือน้ำมัน) และของเหลวเย็น (โดยปกติคือน้ำหล่อเย็น) ไหลผ่านช่องทางของตนเอง ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากของเหลวร้อนไปยังของเหลวเย็นผ่านผนังแผ่นบาง การออกแบบลูกฟูกของแผ่นช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับการถ่ายเทความร้อนและส่งเสริมความปั่นป่วนในการไหลของของเหลว ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน
ในทางคณิตศาสตร์ อัตราการถ่ายเทความร้อน (Q) ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถอธิบายได้ด้วยสูตร:
Q=U*A*δTlm
โดยที่ (U) คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม, (A) คือพื้นที่ถ่ายเทความร้อน และ δTlm คือค่าความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยแบบลอการิทึมระหว่างของเหลวร้อนและเย็น โครงสร้างเฉพาะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีส่วนช่วยให้ค่า (U) ค่อนข้างสูง ทำให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ.
กังหันในสถานีพลังงานน้ำเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ น้ำมันหล่อลื่นที่ใช้หล่อลื่นตลับลูกปืนกังหันและชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวอื่นๆ อาจร้อนขึ้นระหว่างการทำงานเนื่องจากการเสียดสี อุณหภูมิสูงสามารถลดคุณสมบัติการหล่อลื่นของน้ำมันและทำให้ส่วนประกอบของกังหันเสียหาย เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นใช้ในการระบายความร้อนน้ำมันหล่อลื่น น้ำมันหล่อลื่นร้อนจะไหลผ่านด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ในขณะที่น้ำหล่อเย็นจากแหล่งที่เหมาะสม (เช่น แม่น้ำ ทะเลสาบ หรือหอหล่อเย็น) ไหลผ่านอีกด้านหนึ่ง ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากน้ำมันร้อนไปยังน้ำหล่อเย็น ลดอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นและทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เหมาะสม
ตัวอย่างเช่น ในสถานีพลังงานน้ำขนาดใหญ่ที่มีกังหันกำลังสูง อาจติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่มีพื้นที่ถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ สามารถปรับอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นได้ตามอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่น เพื่อรักษาน้ำมันให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม โดยทั่วไปประมาณ 40 - 50 °C ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของกังหันและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของกระบวนการผลิตพลังงาน
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานีพลังงานน้ำสร้างความร้อนจำนวนมากระหว่างการทำงาน เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปและทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถใช้ในระบบระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในบางกรณี มีการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ โดยที่สารหล่อเย็นร้อน (โดยปกติคือน้ำที่ผ่านการแยกไอออน) ที่ดูดซับความร้อนจากส่วนประกอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น น้ำเย็นจากแหล่งภายนอก (เช่น วงจรน้ำหล่อเย็น) จะแลกเปลี่ยนความร้อนกับสารหล่อเย็นร้อน ทำให้เย็นลงเพื่อให้สามารถหมุนเวียนกลับไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อดูดซับความร้อนเพิ่มเติม
นอกเหนือจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ระบายความร้อนด้วยน้ำแล้ว ยังมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนอีกด้วย แม้ว่าไฮโดรเจนจะมีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อนที่ดีเยี่ยม แต่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นก็ยังสามารถใช้ในระบบระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนได้ ตัวอย่างเช่น ในการระบายความร้อนของก๊าซไฮโดรเจนหลังจากที่ดูดซับความร้อนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สามารถใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้ ของเหลวเย็น (เช่น น้ำหรือสารทำความเย็น) ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะระบายความร้อนให้กับก๊าซไฮโดรเจนร้อน รักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมของไฮโดรเจนและทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มีประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ในกังหันพลังงานน้ำ น้ำซีลใช้เพื่อป้องกันการรั่วไหลของน้ำจากใบพัดกังหัน น้ำซีลอาจร้อนขึ้นระหว่างการทำงาน และอุณหภูมิที่สูงขึ้นอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการซีล เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นถูกติดตั้งเพื่อระบายความร้อนของน้ำซีล น้ำซีลร้อนจะไหลผ่านด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และน้ำเย็นจากแหล่งระบายความร้อนจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำซีล โดยการรักษาน้ำซีลที่อุณหภูมิที่เหมาะสม ความสมบูรณ์ของการซีลจะถูกรักษาไว้ ลดความเสี่ยงของการรั่วไหลของน้ำและปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของกังหัน
สถานีพลังงานน้ำมีอุปกรณ์เสริมหลากหลาย เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า ปั๊ม และคอมเพรสเซอร์ ส่วนประกอบเหล่านี้ยังสร้างความร้อนระหว่างการทำงานและต้องการการระบายความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถนำไปใช้ในการระบายความร้อนน้ำมันหล่อลื่นหรือน้ำหล่อเย็นของอุปกรณ์เสริมเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ในหม้อแปลงไฟฟ้า น้ำมันฉนวนอาจร้อนขึ้นเนื่องจากการสูญเสียในแกนและขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถใช้ในการระบายความร้อนของน้ำมันฉนวน ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของหม้อแปลงไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน สำหรับปั๊มและคอมเพรสเซอร์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถระบายความร้อนน้ำมันหล่อลื่นหรือของเหลวกระบวนการ ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของอุปกรณ์เสริมเหล่านี้
ดังที่กล่าวมาแล้ว การออกแบบแผ่นลูกฟูกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นให้พื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ ความปั่นป่วนที่เกิดจากการลูกฟูกยังช่วยเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน เมื่อเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่อแบบดั้งเดิม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถทำอัตราการถ่ายเทความร้อนได้สูงกว่ามาก ในสถานีพลังงานน้ำ ประสิทธิภาพสูงนี้หมายความว่าต้องใช้น้ำหล่อเย็นน้อยลงเพื่อให้ได้ระดับการกระจายความร้อนเท่ากัน ลดการใช้น้ำและพลังงานที่จำเป็นในการสูบน้ำหล่อเย็น
ตัวอย่างเช่น ในการประยุกต์ใช้การระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถถ่ายเทความร้อนด้วยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมในช่วง 2000 - 5000 W/(m²·K) ในขณะที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่ออาจมีค่าสัมประสิทธิ์ 1000 - 2000 W/(m²·K) ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นนี้ช่วยให้ระบบระบายความร้อนมีขนาดกะทัดรัดและประหยัดพลังงานมากขึ้นในสถานีพลังงานน้ำ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีขนาดกะทัดรัดกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทอื่นๆ โครงสร้างแผ่นซ้อนกันใช้พื้นที่น้อยกว่ามาก ในสถานีพลังงานน้ำ ซึ่งพื้นที่อาจมีจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีการจัดวางอุปกรณ์ที่ซับซ้อน การออกแบบที่กะทัดรัดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นจึงมีข้อได้เปรียบอย่างมาก สามารถติดตั้งได้ง่ายในพื้นที่แคบ ลดรอยเท้าโดยรวมของระบบระบายความร้อน
ตัวอย่างเช่น เมื่อปรับปรุงสถานีพลังงานน้ำที่มีอยู่เพื่อปรับปรุงความสามารถในการระบายความร้อน ลักษณะที่กะทัดรัดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นช่วยให้สามารถเพิ่มหน่วยแลกเปลี่ยนความร้อนใหม่ได้โดยไม่ต้องดัดแปลงโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่มากนัก ประหยัดทั้งเวลาและค่าใช้จ่าย
การออกแบบแบบแยกส่วนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นทำให้ง่ายต่อการบำรุงรักษา แผ่นสามารถเข้าถึงและถอดออกได้ง่ายสำหรับการทำความสะอาดหรือเปลี่ยน ในสภาพแวดล้อมของสถานีพลังงานน้ำ ซึ่งน้ำหล่อเย็นอาจมีสิ่งสกปรกที่อาจทำให้เกิดการเปรอะเปื้อนบนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อน ความสามารถในการทำความสะอาดแผ่นอย่างรวดเร็วจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง หากปะเก็นล้มเหลวหรือแผ่นเสียหาย สามารถเปลี่ยนได้ทีละแผ่น ลดเวลาหยุดทำงานของอุปกรณ์
การบำรุงรักษาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นในสถานีพลังงานน้ำเป็นประจำโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบแผ่นด้วยสายตาเพื่อหาร่องรอยของการกัดกร่อนหรือการเปรอะเปื้อน ตรวจสอบความสมบูรณ์ของปะเก็น และทำความสะอาดแผ่นโดยใช้สารทำความสะอาดที่เหมาะสม การบำรุงรักษาง่ายนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาวของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและสถานีพลังงานน้ำโดยรวม
แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นอาจสูงกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพื้นฐานบางประเภทเล็กน้อย แต่ความคุ้มค่าในระยะยาวก็เห็นได้ชัดเจน ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงช่วยลดการใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการระบายความร้อน ส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานลดลง การออกแบบที่กะทัดรัดยังช่วยลดต้นทุนการติดตั้ง เนื่องจากต้องใช้พื้นที่น้อยลงสำหรับการติดตั้ง นอกจากนี้ การบำรุงรักษาง่ายและอายุการใช้งานที่ยาวนานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นยังช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายโดยรวมในการดำเนินงานของสถานีพลังงานน้ำ
การเปรอะเปื้อนเป็นปัญหาทั่วไปในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และสถานีพลังงานน้ำก็ไม่มีข้อยกเว้น น้ำหล่อเย็นที่ใช้ในสถานีพลังงานน้ำอาจมีของแข็งแขวนลอย จุลินทรีย์ และสิ่งสกปรกอื่นๆ สารเหล่านี้สามารถสะสมบนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องมีการบำบัดน้ำหล่อเย็นล่วงหน้า สามารถติดตั้งระบบกรองเพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอย และสามารถใช้การบำบัดทางเคมีเพื่อควบคุมการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์
นอกจากนี้ จำเป็นต้องทำความสะอาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเป็นประจำ สามารถใช้วิธีการทำความสะอาดแบบกลไก เช่น การใช้แปรงหรือหัวฉีดน้ำแรงดันสูง เพื่อขจัดสิ่งสะสมออกจากพื้นผิวแผ่น นอกจากนี้ยังสามารถใช้สารทำความสะอาดทางเคมีได้ แต่ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่ทำลายแผ่นหรือปะเก็น
น้ำหล่อเย็นในสถานีพลังงานน้ำอาจมีความสามารถในการกัดกร่อนในระดับหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีเกลือหรือกรดละลายอยู่ การกัดกร่อนอาจทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเสียหายเมื่อเวลาผ่านไป ลดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพ เพื่อป้องกันการกัดกร่อน วัสดุของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวัง โดยทั่วไปจะใช้แผ่นสแตนเลสเนื่องจากทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ในบางกรณี อาจใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนมากกว่า เช่น ไทเทเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อน้ำหล่อเย็นมีการกัดกร่อนสูง
นอกจากนี้ยังสามารถเคลือบพื้นผิวแผ่นเพื่อให้ชั้นป้องกันเพิ่มเติมจากการกัดกร่อน สามารถติดตั้งระบบป้องกันแคโทดในวงจรน้ำหล่อเย็นเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนเพิ่มเติม การตรวจสอบอัตราการกัดกร่อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเป็นประจำมีความสำคัญในการตรวจจับสัญญาณเริ่มต้นของการกัดกร่อนและใช้มาตรการที่เหมาะสม
การไหลของของเหลวผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นทำให้เกิดแรงดันตก ในสถานีพลังงานน้ำ หากแรงดันตกสูงเกินไป อาจเพิ่มการใช้พลังงานของปั๊มที่ใช้หมุนเวียนของเหลว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแรงดันตก การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ รูปแบบการลูกฟูกของแผ่น จำนวนแผ่น และการจัดเรียงการไหล (แบบขนานหรือแบบสวนทาง) ล้วนส่งผลต่อแรงดันตก
การจำลองพลศาสตร์ของของไหลเชิงคำนวณ (CFD) สามารถใช้ในขั้นตอนการออกแบบเพื่อทำนายแรงดันตกและปรับพารามิเตอร์การออกแบบให้เหมาะสม ในการทำงาน สามารถปรับอัตราการไหลของของเหลวร้อนและเย็นเพื่อสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตก หากจำเป็น สามารถติดตั้งปั๊มเพิ่มเติมเพื่อชดเชยแรงดันตกได้ แต่ควรทำสิ่งนี้ในขณะที่พิจารณาประสิทธิภาพพลังงานโดยรวมของระบบ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีการใช้งานที่หลากหลายในสถานีพลังงานน้ำ และมีข้อดีมากมาย เช่น ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูง การออกแบบที่กะทัดรัด การบำรุงรักษาง่าย และความคุ้มค่า พวกเขามีบทบาทสำคัญในการระบายความร้อนส่วนประกอบต่างๆ ในสถานีพลังงานน้ำ ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงและมีประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตพลังงาน อย่างไรก็ตาม ความท้าทายต่างๆ เช่น การเปรอะเปื้อน การกัดกร่อน และแรงดันตก จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขผ่านการออกแบบที่เหมาะสม การบำบัดน้ำ และกลยุทธ์การบำรุงรักษา ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและความต้องการพลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น คาดว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นจะยังคงมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและการดำเนินงานของสถานีพลังงานน้ำในอนาคต
พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญและมีบทบาทสำคัญในส่วนผสมพลังงานทั่วโลก สถานีพลังงานน้ำแปลงพลังงานของน้ำที่ไหลหรือตกลงมาเป็นพลังงานไฟฟ้า ในระหว่างการทำงานของสถานีพลังงานน้ำ ส่วนประกอบต่างๆ จะสร้างความร้อน และการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่มั่นคงและเชื่อถือได้ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้กลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานถ่ายเทความร้อนในสถานีพลังงานน้ำเนื่องจากลักษณะเฉพาะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นประกอบด้วยชุดแผ่นโลหะบางลูกฟูกที่วางซ้อนกัน แผ่นเหล่านี้ถูกคั่นด้วยปะเก็นเพื่อสร้างช่องทางสลับสำหรับของเหลวร้อนและเย็น เมื่อของเหลวร้อน (เช่น น้ำร้อนหรือน้ำมัน) และของเหลวเย็น (โดยปกติคือน้ำหล่อเย็น) ไหลผ่านช่องทางของตนเอง ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากของเหลวร้อนไปยังของเหลวเย็นผ่านผนังแผ่นบาง การออกแบบลูกฟูกของแผ่นช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับการถ่ายเทความร้อนและส่งเสริมความปั่นป่วนในการไหลของของเหลว ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน
ในทางคณิตศาสตร์ อัตราการถ่ายเทความร้อน (Q) ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถอธิบายได้ด้วยสูตร:
Q=U*A*δTlm
โดยที่ (U) คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม, (A) คือพื้นที่ถ่ายเทความร้อน และ δTlm คือค่าความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยแบบลอการิทึมระหว่างของเหลวร้อนและเย็น โครงสร้างเฉพาะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีส่วนช่วยให้ค่า (U) ค่อนข้างสูง ทำให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ.
กังหันในสถานีพลังงานน้ำเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ น้ำมันหล่อลื่นที่ใช้หล่อลื่นตลับลูกปืนกังหันและชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวอื่นๆ อาจร้อนขึ้นระหว่างการทำงานเนื่องจากการเสียดสี อุณหภูมิสูงสามารถลดคุณสมบัติการหล่อลื่นของน้ำมันและทำให้ส่วนประกอบของกังหันเสียหาย เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นใช้ในการระบายความร้อนน้ำมันหล่อลื่น น้ำมันหล่อลื่นร้อนจะไหลผ่านด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ในขณะที่น้ำหล่อเย็นจากแหล่งที่เหมาะสม (เช่น แม่น้ำ ทะเลสาบ หรือหอหล่อเย็น) ไหลผ่านอีกด้านหนึ่ง ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากน้ำมันร้อนไปยังน้ำหล่อเย็น ลดอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นและทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เหมาะสม
ตัวอย่างเช่น ในสถานีพลังงานน้ำขนาดใหญ่ที่มีกังหันกำลังสูง อาจติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่มีพื้นที่ถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ สามารถปรับอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นได้ตามอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่น เพื่อรักษาน้ำมันให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม โดยทั่วไปประมาณ 40 - 50 °C ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของกังหันและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของกระบวนการผลิตพลังงาน
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานีพลังงานน้ำสร้างความร้อนจำนวนมากระหว่างการทำงาน เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปและทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถใช้ในระบบระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในบางกรณี มีการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ โดยที่สารหล่อเย็นร้อน (โดยปกติคือน้ำที่ผ่านการแยกไอออน) ที่ดูดซับความร้อนจากส่วนประกอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น น้ำเย็นจากแหล่งภายนอก (เช่น วงจรน้ำหล่อเย็น) จะแลกเปลี่ยนความร้อนกับสารหล่อเย็นร้อน ทำให้เย็นลงเพื่อให้สามารถหมุนเวียนกลับไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อดูดซับความร้อนเพิ่มเติม
นอกเหนือจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ระบายความร้อนด้วยน้ำแล้ว ยังมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนอีกด้วย แม้ว่าไฮโดรเจนจะมีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อนที่ดีเยี่ยม แต่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นก็ยังสามารถใช้ในระบบระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนได้ ตัวอย่างเช่น ในการระบายความร้อนของก๊าซไฮโดรเจนหลังจากที่ดูดซับความร้อนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สามารถใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้ ของเหลวเย็น (เช่น น้ำหรือสารทำความเย็น) ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะระบายความร้อนให้กับก๊าซไฮโดรเจนร้อน รักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมของไฮโดรเจนและทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มีประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ในกังหันพลังงานน้ำ น้ำซีลใช้เพื่อป้องกันการรั่วไหลของน้ำจากใบพัดกังหัน น้ำซีลอาจร้อนขึ้นระหว่างการทำงาน และอุณหภูมิที่สูงขึ้นอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการซีล เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นถูกติดตั้งเพื่อระบายความร้อนของน้ำซีล น้ำซีลร้อนจะไหลผ่านด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และน้ำเย็นจากแหล่งระบายความร้อนจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำซีล โดยการรักษาน้ำซีลที่อุณหภูมิที่เหมาะสม ความสมบูรณ์ของการซีลจะถูกรักษาไว้ ลดความเสี่ยงของการรั่วไหลของน้ำและปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของกังหัน
สถานีพลังงานน้ำมีอุปกรณ์เสริมหลากหลาย เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า ปั๊ม และคอมเพรสเซอร์ ส่วนประกอบเหล่านี้ยังสร้างความร้อนระหว่างการทำงานและต้องการการระบายความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถนำไปใช้ในการระบายความร้อนน้ำมันหล่อลื่นหรือน้ำหล่อเย็นของอุปกรณ์เสริมเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ในหม้อแปลงไฟฟ้า น้ำมันฉนวนอาจร้อนขึ้นเนื่องจากการสูญเสียในแกนและขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถใช้ในการระบายความร้อนของน้ำมันฉนวน ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของหม้อแปลงไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน สำหรับปั๊มและคอมเพรสเซอร์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถระบายความร้อนน้ำมันหล่อลื่นหรือของเหลวกระบวนการ ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของอุปกรณ์เสริมเหล่านี้
ดังที่กล่าวมาแล้ว การออกแบบแผ่นลูกฟูกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นให้พื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ ความปั่นป่วนที่เกิดจากการลูกฟูกยังช่วยเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน เมื่อเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่อแบบดั้งเดิม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถทำอัตราการถ่ายเทความร้อนได้สูงกว่ามาก ในสถานีพลังงานน้ำ ประสิทธิภาพสูงนี้หมายความว่าต้องใช้น้ำหล่อเย็นน้อยลงเพื่อให้ได้ระดับการกระจายความร้อนเท่ากัน ลดการใช้น้ำและพลังงานที่จำเป็นในการสูบน้ำหล่อเย็น
ตัวอย่างเช่น ในการประยุกต์ใช้การระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นสามารถถ่ายเทความร้อนด้วยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมในช่วง 2000 - 5000 W/(m²·K) ในขณะที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่ออาจมีค่าสัมประสิทธิ์ 1000 - 2000 W/(m²·K) ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นนี้ช่วยให้ระบบระบายความร้อนมีขนาดกะทัดรัดและประหยัดพลังงานมากขึ้นในสถานีพลังงานน้ำ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีขนาดกะทัดรัดกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทอื่นๆ โครงสร้างแผ่นซ้อนกันใช้พื้นที่น้อยกว่ามาก ในสถานีพลังงานน้ำ ซึ่งพื้นที่อาจมีจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีการจัดวางอุปกรณ์ที่ซับซ้อน การออกแบบที่กะทัดรัดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นจึงมีข้อได้เปรียบอย่างมาก สามารถติดตั้งได้ง่ายในพื้นที่แคบ ลดรอยเท้าโดยรวมของระบบระบายความร้อน
ตัวอย่างเช่น เมื่อปรับปรุงสถานีพลังงานน้ำที่มีอยู่เพื่อปรับปรุงความสามารถในการระบายความร้อน ลักษณะที่กะทัดรัดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นช่วยให้สามารถเพิ่มหน่วยแลกเปลี่ยนความร้อนใหม่ได้โดยไม่ต้องดัดแปลงโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่มากนัก ประหยัดทั้งเวลาและค่าใช้จ่าย
การออกแบบแบบแยกส่วนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นทำให้ง่ายต่อการบำรุงรักษา แผ่นสามารถเข้าถึงและถอดออกได้ง่ายสำหรับการทำความสะอาดหรือเปลี่ยน ในสภาพแวดล้อมของสถานีพลังงานน้ำ ซึ่งน้ำหล่อเย็นอาจมีสิ่งสกปรกที่อาจทำให้เกิดการเปรอะเปื้อนบนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อน ความสามารถในการทำความสะอาดแผ่นอย่างรวดเร็วจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง หากปะเก็นล้มเหลวหรือแผ่นเสียหาย สามารถเปลี่ยนได้ทีละแผ่น ลดเวลาหยุดทำงานของอุปกรณ์
การบำรุงรักษาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นในสถานีพลังงานน้ำเป็นประจำโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบแผ่นด้วยสายตาเพื่อหาร่องรอยของการกัดกร่อนหรือการเปรอะเปื้อน ตรวจสอบความสมบูรณ์ของปะเก็น และทำความสะอาดแผ่นโดยใช้สารทำความสะอาดที่เหมาะสม การบำรุงรักษาง่ายนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาวของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและสถานีพลังงานน้ำโดยรวม
แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นอาจสูงกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพื้นฐานบางประเภทเล็กน้อย แต่ความคุ้มค่าในระยะยาวก็เห็นได้ชัดเจน ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงช่วยลดการใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการระบายความร้อน ส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานลดลง การออกแบบที่กะทัดรัดยังช่วยลดต้นทุนการติดตั้ง เนื่องจากต้องใช้พื้นที่น้อยลงสำหรับการติดตั้ง นอกจากนี้ การบำรุงรักษาง่ายและอายุการใช้งานที่ยาวนานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นยังช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายโดยรวมในการดำเนินงานของสถานีพลังงานน้ำ
การเปรอะเปื้อนเป็นปัญหาทั่วไปในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และสถานีพลังงานน้ำก็ไม่มีข้อยกเว้น น้ำหล่อเย็นที่ใช้ในสถานีพลังงานน้ำอาจมีของแข็งแขวนลอย จุลินทรีย์ และสิ่งสกปรกอื่นๆ สารเหล่านี้สามารถสะสมบนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องมีการบำบัดน้ำหล่อเย็นล่วงหน้า สามารถติดตั้งระบบกรองเพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอย และสามารถใช้การบำบัดทางเคมีเพื่อควบคุมการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์
นอกจากนี้ จำเป็นต้องทำความสะอาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเป็นประจำ สามารถใช้วิธีการทำความสะอาดแบบกลไก เช่น การใช้แปรงหรือหัวฉีดน้ำแรงดันสูง เพื่อขจัดสิ่งสะสมออกจากพื้นผิวแผ่น นอกจากนี้ยังสามารถใช้สารทำความสะอาดทางเคมีได้ แต่ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่ทำลายแผ่นหรือปะเก็น
น้ำหล่อเย็นในสถานีพลังงานน้ำอาจมีความสามารถในการกัดกร่อนในระดับหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีเกลือหรือกรดละลายอยู่ การกัดกร่อนอาจทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเสียหายเมื่อเวลาผ่านไป ลดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพ เพื่อป้องกันการกัดกร่อน วัสดุของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวัง โดยทั่วไปจะใช้แผ่นสแตนเลสเนื่องจากทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ในบางกรณี อาจใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนมากกว่า เช่น ไทเทเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อน้ำหล่อเย็นมีการกัดกร่อนสูง
นอกจากนี้ยังสามารถเคลือบพื้นผิวแผ่นเพื่อให้ชั้นป้องกันเพิ่มเติมจากการกัดกร่อน สามารถติดตั้งระบบป้องกันแคโทดในวงจรน้ำหล่อเย็นเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนเพิ่มเติม การตรวจสอบอัตราการกัดกร่อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเป็นประจำมีความสำคัญในการตรวจจับสัญญาณเริ่มต้นของการกัดกร่อนและใช้มาตรการที่เหมาะสม
การไหลของของเหลวผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นทำให้เกิดแรงดันตก ในสถานีพลังงานน้ำ หากแรงดันตกสูงเกินไป อาจเพิ่มการใช้พลังงานของปั๊มที่ใช้หมุนเวียนของเหลว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแรงดันตก การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ รูปแบบการลูกฟูกของแผ่น จำนวนแผ่น และการจัดเรียงการไหล (แบบขนานหรือแบบสวนทาง) ล้วนส่งผลต่อแรงดันตก
การจำลองพลศาสตร์ของของไหลเชิงคำนวณ (CFD) สามารถใช้ในขั้นตอนการออกแบบเพื่อทำนายแรงดันตกและปรับพารามิเตอร์การออกแบบให้เหมาะสม ในการทำงาน สามารถปรับอัตราการไหลของของเหลวร้อนและเย็นเพื่อสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตก หากจำเป็น สามารถติดตั้งปั๊มเพิ่มเติมเพื่อชดเชยแรงดันตกได้ แต่ควรทำสิ่งนี้ในขณะที่พิจารณาประสิทธิภาพพลังงานโดยรวมของระบบ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีการใช้งานที่หลากหลายในสถานีพลังงานน้ำ และมีข้อดีมากมาย เช่น ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูง การออกแบบที่กะทัดรัด การบำรุงรักษาง่าย และความคุ้มค่า พวกเขามีบทบาทสำคัญในการระบายความร้อนส่วนประกอบต่างๆ ในสถานีพลังงานน้ำ ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงและมีประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตพลังงาน อย่างไรก็ตาม ความท้าทายต่างๆ เช่น การเปรอะเปื้อน การกัดกร่อน และแรงดันตก จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขผ่านการออกแบบที่เหมาะสม การบำบัดน้ำ และกลยุทธ์การบำรุงรักษา ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและความต้องการพลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น คาดว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นจะยังคงมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและการดำเนินงานของสถานีพลังงานน้ำในอนาคต
