Меню

Основные виды пластинчатых теплообменников их предназначение и преимущества

Пластинчатые теплообменники

  • Теплообменник и его виды
  • Конструкция
  • Основные виды пластинчатых теплообменников, их предназначение и преимущества:
  • Разборные теплообменники
  • Паяные теплообменники
  • Сварные и полусварные теплообменники
  • Пластинчатые теплообменники – технические характеристики
  • Технические характеристики герметичных пластинчатых теплообменников MIT
  • Технические характеристики сварных пластинчатых теплообменников MIT
  • Отраслевое применение пластинчатых теплообменников
  • Техническое задание и опросный лист по отраслям
  • Технические преимущества конструкции
  • Принцип работы и устройство пластинчатого теплообменника
  • Последствия неправильного подбора теплообменника
  • Автоматика и подключение
  • Варианты подключения пластинчатого теплообменника, их достоинства и недостатки.
  • Независимая одноступенчатая параллельная схема
  • Двухступенчатая смешанная схема
  • Двухступенчатая последовательная схема
  • Подбор пластинчатого теплообменника
  • Пример расчета
  • Преимущества заказа пластинчатого теплообменника у нас:

Задать вопрос

Теплообменник и его виды

Теплообменник работает как аппарат-посредник между двумя средами, имеющими разную температуру. Существуют устройства регенеративного и рекуперативного типа, отличающиеся принципом работы.

В регенеративных теплообменниках предусмотрена одна рабочая поверхность, с которой по очереди контактируют жидкие среды. Рекуперативные аппараты имеют стенку из теплопроводного материала, которая отделяет движущиеся среды друг от друга. В промышленности получили распространение устройства именно такого типа.

Разновидности рекуперативных теплообменников:

  1. Пластинчатые – сборные модификации из соединенных модульных пластин с бесклеевыми термостойкими прокладками между ними (самый популярный вариант);
  2. Кожухотрубные – сварные или припаянные конструкции из труб, образующих решетку;
  3. Витые – оснащены концентрическими змеевиками, теплоноситель направляется по спиральной трубе и межтрубному пространству;
  4. Спиральные – металлические конструкции, изготавливаются из тонких металлических листов, свернутых в своеобразную спираль;
  5. С водяным или воздушным принципом работы.

Конструкция

К элементам конструкции пластинчатого теплообменника относятся:

  • две плиты (фиксированная и прижимная);
  • входные и выходные патрубки с соединениями разных типов;
  • набор герметично соединенных пластин, направляющих, резьбовых метизов;
  • подставка для установки в системе теплоснабжения.

Основной рабочий элемент конструкции – пластины из инертных материалов для передачи энергии между теплоносителями. Выполненные методом штамповки, они устойчивы к коррозии и воздействию любых агрессивных сред.

В собранном виде теплообменный аппарат состоит из плотно (герметично) примыкающих друг к другу пластин. На их стыке образуются каналы (щели). Толщина пластин варьируется от 0,4 до 1 мм. Они не отличаются по форме и выполнены из нержавеющей стали, реже из титана и других дорогих сплавов. Требования к материалу определяются задачами, для которых теплообменник предназначен.

В качестве изолирующего материала чаще всего задействуют каучук или полимерные композиты. При выборе следует учитывать жесткость условий эксплуатации, температурный диапазон, тип рабочей среды.

Рекомендуемые виды полимеров в зависимости от характеристик активных сред:

  • вода и гликоль – EPDM;
  • масляные и нефтесодержащие теплоносители – Nitril;
  • высокотемпературная среда, пар – Viton.

Основные виды пластинчатых теплообменников, их предназначение и преимущества:

1. Разборные (конструкция представляет собой пакет пластин и резиновые уплотнители):

  • низкие затраты на производство и монтаж;
  • регулируемая, легко настраиваемая производительность;
  • несложная дешевая эксплуатация, быстрый ремонт;
  • безотказность, минимальные интервалы простоя;
  • низкая энергоемкость;
  • возможность переработки.

Сфера применения пластинчатого теплообменника с разборной конструкцией: системы отопления, бассейны, холодильное и климатическое оборудование, горячее водоснабжение, теплопункты.

2. Паяные (цельная конструкция со спаянными пластинами, без резиновых прокладок):

  • компактность и низкая стоимость;
  • оптимальное соотношение производительности и стоимости;
  • быстрый и дешевый монтаж и сборка;
  • надежность и безотказность.

Область применения паяных конструкций: холодильные аппараты, компрессоры и турбинные установки, кондиционеры и вентиляторы, промышленные установки разного назначения.

3. Сварные и полусварные (соединенные при помощи сварных швов):

  • простая компактная конструкция без уплотняющих прокладок;
  • регулируемый поток;
  • устойчивость к действию агрессивных сред;
  • максимальный диапазон температур;
  • допустимое давление до 4 МПа, температура до 300 °С;
  • простота монтажа;
  • устойчивость к абразивным и агрессивным веществам;
  • надежность и длительный рабочий ресурс.

Сфера применения сварных и полусварных агрегатов: пищевая, химическая и фармацевтическая отрасль, системы кондиционирования и охлаждения, в том числе в промышленности и медицине, работа тепловых насосов и систем горячего водоснабжения.

Пластинчатые теплообменники – технические характеристики

Пластинчатый теплообменник отличается довольно высокими показателями мощности. Режим температуры теплоносителя может достигать 180 градусов. Надежные пластинчатые теплообменники широко применяются в сферах отопления, энергетики, пищевой промышленности, климатическом, холодильном и вентиляционном оборудовании.

Основные характеристики агрегата будут различаться в зависимости от типа конструкции и модели:

Паяные Разборные Полусварные Сварные
Наивысший показатель температуры 220°C 200°C 350°C 900°C
Наивысший показатель давления 25 Бар 25 Бар 55 Бар 100 Бар
Наивысший показатель мощности 5 Мвт 75 Мвт 75 Мвт 100 Мвт
КПД 90% 95% 85% 85%
Гарантийный срок 20 лет 20 лет 10-15 лет 10-15 лет

К стандартным техническим параметрам пластинчатых аппаратов относятся:

  1. Материал пластин – чаще всего листовая тонкая сталь AISI304 или AISI316, титан, сплавы 254 SMO, хастеллой (на основе никеля).
  2. Температурный максимум теплоносителя, на который рассчитаны пластины – 180°C.
  3. Предельное давление среды – 25 кгс/кв.см.
  4. Площадь поверхности теплообмена – 0,1-2100 кв.м.
  5. Количество пластин 7-10 штук и более, зависит от сферы применения.

При выборе конкретной модели целесообразно учитывать условия эксплуатации – для большей мощности требуется больше пластин. Их количество определяет производительность и полезное действие системы теплоподачи или охлаждения.

Технические характеристики герметичных пластинчатых теплообменников MIT

Тип 504 513 514 521 522 617
Ширина, мм 200 360 360 460 460 337
Высота, мм 480 930 930 1090 1090 1047
Глубина, мм 200-400 250-1000 250-1000 250-1500 250-1500 250-1250
Диапазон гор.оси, мм 70 140 140 210 210 150
Диапазон верт.оси, мм 381 640 640 720 720 800
Макс. Раб.давл., бар 20 20 20 20 20 20
Испытательное давл., бар 25 25 25 25 25 25
Вес, кг 23+0.25n 98+0.75n 98+0.75n 225+1.1n 225+1.1n 116+0.91n
Диаметр соединения 1 1/4″ Резьбовое 2″ Резьбовое или фальцевое 2″ Резьбовое или фальцевое 4″ Фальцевое 4″ Фальцевое 2 1/2″ Резьбовое или фальцевое

Более подробную информацию по техническим характеристикам можно узнать в этом каталоге

Технические характеристики сварных пластинчатых теплообменников MIT

Тип ВЗ-012 ВЗ-014 ВЗ-020 ВЗ-027 ВЗ-030
Ширина, мм 72 77 72 111 95
Высота, мм 186 207 314 311 325
Глубина, (мин-макс) 7+2.3n 7+2.3n 7+2.3n 9+2.4n 9+1.5n
Диапазон гор.оси, мм 40 42 42 50 39
Диапазон верт.оси, мм 154 172 278 250 269
Макс. Раб.давл., бар 30 30 30 30 30
Испытательное давл., бар 45 45 45 45 45
Вес, кг 0.6+0.044n 0.7+0.06n 1.1+0.09n 1.2+0.013n 1+0.09n

Более подробную информацию по техническим характеристикам можно узнать в этом каталоге

Отраслевое применение пластинчатых теплообменников

На коммунальных объектах

Пластинчатые теплообменники помогают решать широкий спектр задач: подогревать воду для горячего водоснабжения, бойлеров и бассейнов, систем вентиляции и теплых полов. Их часто задействуют в составе независимого контура отопительной системы, питающейся от ТЭЦ или ЦТП. При этом температура не должна превышать 180 °C, давление – 16 кПа.

В пищевой промышленности

Теплообменники как элемент охладительного, испарительного и пастеризующего оборудования незаменимы в производстве молочных продуктов, сахара, растительных масел, пива, спирта. Самые востребованные в пищевой промышленности модификации – разборные и паяные.

Металлургия и судостроение

Многие технологические процессы в металлургии связаны с сильным нагреванием конструкций и агрегатов. Теплообменники охлаждают оборудование и рабочие среды, смазку в гидравлике и травильные растворы. В судостроении теплообменники применяют для охлаждения двигателя, в составе отопительной системы и ГВС.

Теплообменники необходимы, чтобы охлаждать горячие вещества и подогревать жидкости. Они входят в состав сетевых комплексов, систем подготовки воды и аппаратов низкого давления. В нефтегазовом производстве востребованы титановые конструкции с листом до 0,7 мм и уплотнителем из полимеров NBR или «Витон».

Техническое Задание и Опросный лист по отраслям :

  • ТЗ расчета теплообменника для холодильной промышленности;
  • ТЗ расчета теплообменника для энергетики и нефтегаза;
  • ТЗ расчета теплообменника для теплоснабжения и ЖКХ;
  • ТЗ расчета теплообменника для перерабатывающей промышленности;
  • ТЗ расчета теплообменника для морского применения;
  • ТЗ расчета теплообменника для фармацевтики;
  • ТЗ расчета теплообменника для машиностроения и металлургии;

Технические преимущества конструкции

Если сравнивать технические параметры с кожухотрубными моделями, можно выделить следующие особенности разборных пластинчатых конструкций:

  1. Повышенный индекс теплопередачи (3-5 вместо 1);
  2. Допустимая разность температур рабочих сред всего 1-2% (в кожухотрубных конструкциях 5-10 градусов);
  3. Есть возможность произвольно менять площадь поверхности, просто добавляя и убирая пластины;
  4. При сборке не требуется сварка и вальцовка за счет разборной конструкции;
  5. Более простое обслуживание, осмотр, диагностика неполадок, удобный доступ к внутренним элементам, замена и промывка пластин;
  6. В 8 раз меньше затраты времени на разборку (15 минут вместо 2 часов);
  7. Простая и оперативная замена уплотнителей (клей не используется);
  8. Моментальное обнаружение течи без разборки устройства;
  9. Неподверженность коррозии и нечувствительность к вибрациям;
  10. Ресурс безотказной работы до капитального ремонта 20 лет (кожухотрубные модели требуют ремонта через 5-10 лет);
  11. Пластинчатые агрегаты выигрывают в весе и размерах;
  12. Не требуется теплоизоляция и специальный фундамент.

Принцип работы и устройство пластинчатого теплообменника

В каждой из пластин для теплоносителя и уплотнения предусмотрено по два отверстия:

  1. для подведения и отведения разогретого теплоносителя;
  2. для герметичного соединения пластин и изоляции теплоносителей за счет компактных уплотнителей.
Читайте также:  Производственная площадь и наем персонала

Характерная особенность и преимущество пластинчатого теплообменника в том, что движение теплоносителя сопровождается завихрениями потока, что резко усиливает обмен тепловой энергией. Сопротивление при этом минимальное, что сокращает образование накипи. За счет многократного и интенсивного теплового обмена эффективность работы и КПД пластинчатого теплообменника одни из самых высоких.

Последствия неправильного подбора теплообменника

Для длительной безотказной эксплуатации важно выбрать модель, которая будет оптимальной для конкретных сред, температурных режимов, мощности и периодичности нагрузки. Выбрать подходящий по всем критериям вариант может только специалист. Обращение к профессионалам гарантирует отсутствие поломок в течение всего срока службы устройства. Отпадает необходимость в частом сервисном обслуживании и ремонте. Правильный выбор системы исключает распространенную проблему стекловидной накипи, ведущую к поломкам устройства.

Автоматика и подключение

При монтаже оборудования важно учитывать, что теплообменник всегда работает как элемент системы. Он не используется в качестве самостоятельного аппарата. Вместе с теплообменником в системе задействовано следующее оборудование: обратные клапаны, запорная арматура (комплекс задвижек, заслонок), контрольно-измерительные аппараты – манометры, термометры, циркуляционные насосы и другие виды приборов и агрегатов.

Варианты подключения пластинчатого теплообменника, их достоинства и недостатки.

1. Независимая одноступенчатая параллельная схема.

  • Экономичная установка, экономия свободного пространства;
  • Простота конструкции.
  • Отсутствует подогрев холодного теплоносителя.

2. Двухступенчатая смешанная схема.

  • За счет подогрева входящего теплоносителя обратным потоком эффективность увеличивается на 40%.
  • При проектировании системы горячего водоснабжения нужно подключать сразу два теплообменника, что удорожает решение.

3. Двухступенчатая последовательная схема.

  • Стабилизируется сетевая нагрузка, растет эффективность применения теплоносителя.
  • Уменьшаются расходы на 60% в сравнении с параллельной схемой и на 20-25% в сравнении со смешанной.
  • Невозможность 100% автоматизации.

Подбор пластинчатого теплообменника

Чтобы правильно подобрать пластинчатый теплообменник, необходимо рассчитать его технические параметры.

За основу берутся следующие данные:

  1. — схема присоединения ГВС;
  2. — тепловая нагрузка (мощность);
  3. — данные о греющей среде:
  4. — данные о нагреваемой среде:

Пример расчета

Пластинчатые теплообменники относятся к индивидуальному инженерному оборудованию, которое отдельно выбирается, настраивается и адаптируется под каждый объект. Укажите нам конкретные технические параметры по вашему проекту, и мы сразу рассчитаем, какое оборудование необходимо в вашем случае.

Чтобы оставить нам данные для расчетов, заполните онлайн форму заявки на сайте, напишите или позвоните. Ниже мы приводим список основных параметров, которые нужны, чтобы рассчитать пластинчатый теплообменник.

  1. Мощность (нагрузка) – количество тепловой энергии, необходимое для отопления и горячего водоснабжения объекта (измеряется в Гкал/час, ккал/час, кВт/час).
  2. Температурные графики – какую температуру дает и забирает обратно теплосеть, какой температурной отметки необходимо достичь.

Посмотреть эти характеристики можно в договоре с теплосетью. Там приведены технические условия и прописаны температурные графики, а также мощность, отведенная на отопление и горячее водоснабжение.

Основываясь на предоставленных вами данных, мы рассчитываем теплообменник и информируем вас о его стоимости и условиях поставки. Предоставляем подробный расчет, техническое описание требуемого аппарата с указанием габаритов и веса теплообменника пластинчатого.

Расчет от нашей компании производится с помощью профессионального программного обсечения

Преимущества заказа пластинчатого теплообменника у нас:

  1. Точный расчет теплообменника. Подбираем адаптированное оборудование под ваш проект.
  2. Гарантия объективной стоимости. Оптимизируя мощность оборудования, не завышаем цену.
  3. Оперативно обрабатываем заявки.
  4. Организуем изготовление, доставку и подключение пластинчатого теплообменника на выгодных условиях.
  5. Предлагаем оптовые цены за счет прямого сотрудничества с ведущими производителями.
  6. Несем полную ответственность за соблюдение сроков и качество техники.

Звоните, мы поможем с решением вашей задачи, рассчитаем и спроектируем аппарат, организуем доставку и установку. Предлагаем пластинчатые теплообменники российского производства с высоким КПД и выгодными техническими параметрами и характеристиками. В каталоге представлены приблизительные описания моделей, назначение и особенности эксплуатации теплообменников пластинчатого типа.

Заполните опросный лист и отправьте нам на почту info@holcom.ru для подробного расчета

Или свяжитесь с нами по телефону для консультации:

Источник

Пластинчатые теплообменники: принцип работы, устройство, сферы и особенности применения

Надежные, безопасные и простые в обслуживании пластинчатые теплообменники приходят на смену устаревшим кожухотрубным агрегатам. Они лучше справляются с передачей энергии от первичного контура к вторичному и отлично выдерживают колебания давлений. Устройства имеют гораздо меньшие габариты и работают быстрее.

В этой статье мы детально рассмотрим конструкцию пластинчатого теплообменника, принцип работы оборудования, сферы применения и особенности эксплуатации этих высокопроизводительных агрегатов.

Устройство пластинчатого теплообменника. Выгодные отличия от кожухотрубных конструкций. Особенности элементов

Эффективность работы кожухотрубных агрегатов увеличивается за счет наращивания длины змеевика. При этом даже крупногабаритные установки во многих случаях не могут обеспечить нужный уровень расхода нагреваемой среды.

С пластинчатыми теплообменниками дело обстоит иначе. Площадь передачи энергии регулируется путем добавления и удаления пластин одинаковых размеров. Устройства с меньшими габаритами гораздо лучше справляются со своими задачами и обеспечивают большой расход нагреваемой жидкости. Это, к примеру, особенно важно для нужд ГВС.

Рассмотрим конструктивные особенности и принцип работы пластинчатых теплообменников более подробно.

Схема типового пластинчатого теплообменника

На размещенной ниже схеме представлен агрегат самой простой конструкции.

В состав типового теплообменника входят следующие элементы:

  • патрубки (подающий и обратный) для подключения первичного контура — 1, 11;
  • передняя (неподвижная) и задняя (подвижная) плиты — 3, 8;
  • патрубки (входной и выходной) для подключения вторичного контура — 2, 12;
  • отверстия для протока теплоносителя — 4, 14;
  • рабочая пластина — 6;
  • малая уплотнительная прокладка (кольцо) — 5;
  • направляющие (верхняя и нижняя) — 7, 15;
  • задняя опора — 9;
  • шпилька — 10;
  • большая прокладка, расположенная по контуру пластины — 13.

На каждой плите выполнено рельефное гофрирование. Это увеличивает поверхность теплообмена. Элементы располагаются под углом в 180° по отношению друг к другу.

Патрубки могут находиться как с обеих сторон аппарата, так и с одной. Принцип работы пластинчатого теплообменника от этого не меняется.

Особенности изготовления теплообменных пластин

На производство пластин для теплообменников идет нержавеющая сталь. Она отлично сопротивляется воздействиям высоких температур и некачественных сред. Основные элементы теплообменников получают методом штамповки. Только этим способом можно изготовить гофрированную плиту с сохранением ключевых характеристик металла. Для выпуска пластин подойдет не каждая нержавеющая сталь. Производители используют специальные марки (к примеру, 08Х18Н10Т).

Для получения рельефной поверхности применяют технологию Off-Set. В результате на изделиях появляются канавки, которые могут располагаться симметрично или нет. Рельеф увеличивает площадь соприкосновения пластин с теплоносителем и нагреваемой средой и служит для равномерного распределения жидкостей.

Производители применяют два вида рифления для выпуска теплообменных плит.

  1. Термически жесткое. Канавки расположены под углом в 30°. Пластины с жестким рифлением имеют максимальную теплопроводность, но не выдерживают высокое давления со стороны циркулирующего теплоносителя.
  2. Термически мягкое. Канавки расположены под углом в 60°. Такие плиты, наоборот, выдерживают высокое давление, но отличаются низкой теплопроводностью.

Комбинируя пластины различных типов, вы сможете создать теплообменник с наиболее оптимальным коэффициентом полезного действия. При этом следует учесть тот факт, что для эффективной работы аппарат должен функционировать в турбулентном режиме. Необходимо добиться того, чтобы при высокой теплоотдаче жидкость по каналам текла без затруднений.

Особенности изготовления и крепления прокладок

Для получения максимальной герметичности прокладки для теплообменников изготавливают из различных полимерных материалов. Применяют EPDM (этиленпропилен) и резину NBR. Материалы выдерживают разные нагрузки. Диапазон рабочих температур этиленпропилена — от -30 до + 170 °C. Максимальный предел NBR — +110 °С.

Прокладки крепят к пластинам при помощи клипс и клеевых составов. Первый способ применяют гораздо чаще.

Центровка прокладок по направляющим происходит в автоматическом режиме. В процессе установки пластин не приходится ничего поддерживать и подталкивать. Окантовка манжеты создает надежный барьер, исключающий возможность утечки теплоносителя.

Принцип работы скоростного пластинчатого теплообменника

Принцип работы пластинчатого теплообменника заключается в следующем. Пространство между пластинами заполняется попеременно нагреваемой средой и теплоносителем. Очередность регулируют прокладки. В одной секции они открывают путь теплоносителю, а в другой — нагреваемой среде.

В процессе работы скоростного пластинчатого теплообменника интенсивная передача энергии происходит во всех секциях, кроме первой и последней. Жидкости движутся навстречу друг другу. Теплоноситель подается сверху, а холодная среда — снизу. Визуально принцип работы пластинчатого теплообменника представлен на размещенной ниже схеме.

Как видите, все довольно просто. Чем больше пластин, тем лучше. По этому принципу наращивают эффективность пластинчатых теплообменников.

Классификация пластинчатых теплообменников по принципу работы и конструкции

По принципу работы пластинчатые теплообменники разделяют на три категории.

    Одноходовые конструкции. Теплоноситель циркулирует в одном и том же направлении по всей площади системы. Основа принципа работы оборудования — противоток жидкостей.

  • Многоходовые агрегаты. Их используют в тех случаях, когда разница между температурами жидкостей не слишком высока. Теплоноситель и нагреваемая среда движутся в разных направлениях.
  • Двухконтурное оборудование. Считается самым эффективным. Такие теплообменники состоят из двух независимых контуров, находящихся по обеим сторонам изделий. Отрегулировав мощность секций должным образом, вы быстро добьетесь нужных результатов.

    Читайте также:  Сварочное оборудование в Армавире

    Производители выпускают разборные и паяные пластинчатые теплообменники.

    • Изделия первой группы пользуются большей популярностью. Такие агрегаты применяют в промышленности и системах ГВС. Разборные модели просты в обслуживании и ремонте. Мощность оборудования регулируется.
    • В паяных теплообменниках пластины жестко соединены между собой и помещены в неразборный корпус.

    Резиновые прокладки отсутствуют. Такие модели чаще всего применяют для нагрева или охлаждения воды в частных домах.

    Выбор пластинчатых теплообменников по техническим характеристикам

    В процессе выбора теплообменника обратите внимание на:

    • нужную температуру нагрева жидкости;
    • максимальную температуру теплоносителя;
    • давление;
    • расход теплоносителя;
    • необходимый расход нагреваемой жидкости.

    Производители выпускают оборудование с различными техническими характеристиками. К примеру, продукция популярного бренда «Альфа Лаваль» имеет следующие параметры.

    Специализированное программное обеспечение и услуги специалистов упрощают задачу поиска. Обычно агрегаты конфигурируют для получения на выходе жидкости с температурой 70 °C.

    Сферы применения

    Надежные и эффективные пластинчатые теплообменники применяют в различных сферах.

    1. Нефтедобывающая промышленность. Оборудование используют для охлаждения перерабатываемых энергоресурсов.
    2. Системы отопления и ГВС. Установки нагревают подаваемые потребителям жидкости.
    3. Машиностроение и металлургия. Оборудование применяют для охлаждения станков и техники.
    4. Пищевая промышленность. Теплообменники, к примеру, входят в состав пастеризационных установок.
    5. Судостроение. Приборы охлаждают различное оборудование и нагревают морскую воду на кораблях.

    Это лишь малая часть сферы применения теплообменников. Оборудование также используют в автомобилестроении, при производстве кислот и щелочей и в других отраслях промышленности.

    Установка и подключение пластинчатых теплообменников

    Небольшие габариты значительно упрощают процесс введения в эксплуатацию пластинчатых теплообменников. Только установка мощных агрегатов потребует сооружения фундаментов. В большинстве случаев будет достаточно болтового крепления. Присоединенные трубы придадут конструкции дополнительную жесткость.

    Простейшая схема подключения теплообменника выглядит следующим образом.

    Если в системе присутствует магистраль обратной циркуляции, схема подключения будет выглядеть так.

    К холодной воде подмешивается жидкость, идущая по замкнутому контуру ГВС. Электронный блок регулирует параметры работы оборудования.

    Двухступенчатое подключение выглядит так.

    Этот способ позволяет сэкономить. Имеющееся тепловая энергия используется по максимуму. Снимается лишняя нагрузка с котлов.

    Источник

    

    Пластинчатые теплообменники

    Назначение

    Пластинчатые теплообменники – это устройства, используемые для передачи тепловой энергии от одного (более горячего) потока к другому (более холодному) потоку через разделяющие их тонкие металлические пластины, которые стягиваются прижимными плитами, образуя единую конструкцию.

    Пластинчатые теплообменники повышают энергоэффективность, потому что энергия потоков, уже находящихся в системе, может быть передана в другую часть процесса, а не просто потрачена впустую. В новую эру устойчивого развития растущая настоятельная необходимость экономии энергии и снижения общего воздействия на окружающую среду сделала больший акцент на использовании теплообменников с более высокой тепловой эффективностью. В этом новом сценарии пластинчатый теплообменник может сыграть важную роль.

    История

    Пластинчатые теплообменники были впервые введены в 1923 году для пастеризации молока, но в настоящее время используются во многих областях применения в химической, нефтяной, климатической, холодильной, молочной, фармацевтической, пищевой и медицинской промышленности. Это связано с их уникальными преимуществами, такими как гибкая тепловая конструкция (пластины могут быть просто добавлены или удалены для удовлетворения различных требований к тепловому режиму или обработке), простота очистки для поддержания строгих гигиенических условий, хороший контроль температуры (необходимый в криогенных процессах) и лучшие характеристики теплопередачи.

    Типы пластинчатых теплообменников

    Пластинчатый теплообменник (ПТ) – это компактный тип теплообменника, который использует серию тонких пластин для передачи тепла между двумя жидкостями. Существует четыре основных типа ПТ:

    • разборные,
    • паяные,
    • сварные
    • полусварные.

    Пластинчатый разборный теплообменник – устройство, в котором основную функцию теплопередачи между теплоносителями выполняет пакет пластин. Среды не смешиваются между собой благодаря чередованию пластин с плотными резиновыми прокладками, которые образуют два контура движения (рисунок 1).

    Разборный пластинчатый теплообменник

    Рисунок 1 – Разборные пластинчатые теплообменники

    Свое название «разборные» подобный тип агрегатов получил за то, что пакет пластин не только собирается, но и разбирается во время регулярного обслуживания (промывки) или ремонта.

    Конструкция разборного теплообменника

    Разборный теплообменник состоит из следующих элементов:

    Конструкция пластинчатого теплообменнника

    Рисунок 2 – Конструкция пластинчатого теплообменнника

    • пакета тонких прямоугольных пластин с отверстиями, через которые протекают два потока жидкости, где происходит теплопередача. Пластины теплообменного аппарата, выполнены из нержавеющей стали или титана, прижимаются друг к другу с использованием уплотнительных прокладок. Количество пластин зависит от технических параметров и требований к оборудованию.
    • рамная пластина (неподвижная прижимная плита),
    • прижимная пластина (подвижная прижимная плита), прижимает весь пакет к неподвижной прижимной плите с помощью элементов крепления: стяжных болтов, подшипников, стопорных шайб.
    • несущая база – направляющая балка, на которую надеваются пластины во время сборки агрегата.
    • опорная станина – вертикальный элемент, к которому прикрепляются направляющие балки (верхняя и нижняя несущие балки).
    • верхние и нижние стержни и винты для сжатия пакета пластин.

    Индивидуальный пластинчатый теплообменник может вместить до 700 пластин. Когда пакет пластин сжимается, отверстия в углах пластин образуют непрерывные туннели или коллекторы, через которые текучие среды проходят, пересекая пакет пластин и выходя из оборудования. Промежутки между тонкими пластинами теплообменника образуют узкие каналы, которые попеременно пересекаются горячей и холодной жидкостями и обеспечивают небольшое сопротивление теплопередаче.

    Типовые пластины и прокладки

    Пластины

    Самая важная и самая дорогая часть ПТ – это его термические пластины, которые изготавливаются из металла, металлического сплава или даже специальных графитовых материалов, в зависимости от области применения.

    Примеры материалов для изготовления ПТ, обычно встречающиеся в промышленном применении:

    • нержавеющая сталь,
    • титан,
    • никель,
    • алюминий,
    • инколой,
    • хастеллой,
    • монель,
    • тантал.

    Пластины могут быть плоскими, но в большинстве случаев имеют гофры, которые оказывают сильное влияние на теплогидравлические характеристики устройства. Некоторые из основных типов пластин показаны на рисунке 3, хотя большинство современных ПТ используют шевронные типы пластин.

    Типичные категории пластинчатых гофр

    Рисунок 3 – Типичные категории пластинчатых гофр: (а) стиральная доска, (б) зигзагообразная, (в) шевронная или елочка, (г) выступы и углубления, (д) стиральная доска со вторичными гофрами, (е) косая стиральная доска.

    Каналы, образованные между соседними пластинами, создают закрученное движение для жидкостей, как видно на рисунке 4.

    Турбулентный поток в каналах пластинчатого теплообменника

    Рисунок 4 – Турбулентный поток в каналах пластинчатого теплообменника

    Угол шеврона обращен в смежных листах, так что, когда пластины затягиваются, гофры обеспечивают многочисленные точки контакта, которые поддерживают оборудование. Уплотнение пластин достигается прокладками, установленными по периметру.

    Технические характеристики пластин

    Рисунок 5 – Технические характеристики пластин

    Прокладки

    Прокладки обычно представляют собой формованные эластомеры, выбранные на основе их совместимости с жидкостью и условий температуры и давления. Многопроходные устройства могут быть реализованы в зависимости от расположения прокладок между пластинами. Бутиловые или нитрильные каучуки – это материалы, обычно используемые при изготовлении прокладок.

    Технические характеристики прокладок

    Рисунок 6 – Технические характеристики прокладок

    Схемы движения потоков в пластинчатом теплообменнике

    Однопроходная схема

    Простейшие схемы пластинчатых теплообменников – это те, в которых обе жидкости делают только один проход, поэтому нет никакого изменения направления потоков. Они известны как однопроходные схемы 1-1, и есть два типа: противоточные и параллельные. Большим преимуществом однопроходной компоновки является то, что входы и выходы жидкости могут быть установлены в неподвижной пластине, что позволяет легко открывать оборудование для технического обслуживания и очистки, не нарушая работу трубопроводов. Это наиболее широко используемая однопроходная конструкция, известная как U-образная компоновка. Существует также однопроходная Z-схема, в которой имеется вход и выход жидкости через обе торцевые пластины (рисунок 9).

    Механизм работы однопроходного ПТ:

    Рисунок 9 – Механизм работы однопроходного ПТ: а) U-образное расположение и Б) Z-образное расположение.

    Противоточный поток, где потоки текут в противоположных направлениях, обычно предпочтительнее из-за достижения более высокой тепловой эффективности, по сравнению с параллельным потоком, где потоки текут в одном направлении.

    Многопроходная схема

    Многопроходные устройства могут также использоваться для повышения теплопередачи или скорости потока потоков и обычно требуются, когда существует существенная разница между расходами потоков (рисунок 10).

    Многопроходный пластинчатый теплообменник

    Рисунок 10 – Многопроходный пластинчатый теплообменник

    Пластины ПТ могут обеспечивать вертикальный или диагональный поток, в зависимости от расположения прокладок. Для вертикального потока вход и выход данного потока расположены на одной стороне теплообменника, тогда как для диагонального потока они находятся на противоположных сторонах. Сборка пакета пластин включает чередование пластин “а” и “в” для соответствующих потоков. Монтаж пакета пластин в режиме вертикального потока требует только соответствующей конфигурации прокладок, поскольку устройства А и в эквивалентны (они поворачиваются на 180°, как показано на рисунке 11а). Это невозможно в случае диагонального потока, для которого требуются оба типа монтажных пластин (рисунок 11б). Плохое распределение потока с большей вероятностью происходит в массиве вертикального потока.

    Рисунок 11 - (a) пластина с вертикальным потоком, (б) пластина с диагональным потоком

    Рисунок 11 – (a) пластина с вертикальным потоком, (б) пластина с диагональным потоком

    Достоинства и недостатки

    Достоинства

    1. Гибкость: простая разборка позволяет адаптировать ПТ к новым технологическим требованиям путем простого добавления или удаления пластин, или изменения количества проходов. Кроме того, разнообразие моделей пластинчатых гофр, доступных вместе с возможностью использования их комбинаций в одном и том же ПТ, означает, что различные конформации блока могут быть протестированы в ходе процедур оптимизации.
    2. Хороший контроль температуры: благодаря узким каналам, образованным между соседними пластинами, в ПТ содержится лишь небольшой объем жидкости. Таким образом, устройство быстро реагирует на изменения технологических условий с коротким временем запаздывания, так что температура легко контролируется. Это важно, когда необходимо избегать высоких температур. Кроме того, форма каналов уменьшает возможность возникновения застойных зон (мертвого пространства) и зон перегрева.
    3. Низкая стоимость производства: поскольку пластины только спрессовываются (или склеиваются) вместе, а не свариваются, производство ПТ может быть относительно недорогим. Для изготовления пластин могут быть использованы специальные материалы, чтобы сделать их более устойчивыми к коррозии и/или химическим реакциям.
    4. Эффективная теплопередача: гофры пластин и малый гидравлический диаметр усиливают образование турбулентного потока, так что для жидкостей можно получить высокие скорости теплопередачи. Следовательно, до 90% тепла может быть восстановлено, по сравнению только с 50% в случае кожухотрубных теплообменников.
    5. Компактность: высокая тепловая эффективность ПТ означает, что они имеют очень малую площадь. При той же площади теплопередачи ПТ часто могут занимать на 80% меньшую площадь (иногда в 10 раз меньше), чем кожухотрубные теплообменники (Рисунок 7).
    6. Уменьшение загрязнения: уменьшение загрязнения происходит в результате сочетания высокой турбулентности и короткого времени пребывания жидкости. Поправочные коэффициенты на загрязнения для ПТ могут быть в десятки раз ниже, чем для кожухотрубных теплообменников.
    7. Простота осмотра и очистки: поскольку компоненты PHE могут быть разделены, можно очистить и проверить все детали, которые подвергаются воздействию жидкостей. Эта особенность необходима в пищевой и фармацевтической промышленности.
    8. Простое обнаружение утечек: прокладки имеют вентиляционные отверстия (рисунок 8), которые предотвращают смешивание жидкостей в случае отказа, что также облегчает обнаружение утечек.

    Иллюстрация типичной разницы размеров между ПТ и кожухотрубным теплообменником Рисунок 7 – Иллюстрация типичной разницы размеров между ПТ и кожухотрубным теплообменником для заданной тепловой нагрузки Вентиляционные каналы в прокладках для обнаружения возможных утечек Рисунок 8 – Вентиляционные каналы в прокладках для обнаружения возможных утечек

    Источник

    Что такое пластинчатые теплообменники

    Основные виды, которые вы можете встретить:

    Двухтрубный теплообменник вида «труба в трубе»

    В этой статье подробно поговорим о пластинчатых теплообменниках, рассмотрим конструкцию, область применения и принцип работы.

    Немного истории

    теплообменник КВиП

    Первоначальная идея пластинчатых теплообменников была запатентована во второй половине 19 века, а первая известная конструкция была представлена в 1923 году доктором Ричардом Селигманом, главой компании Aluminium Plant and Vessel Company Ltd.(Алюминиевый завод и Судостроительная компания) известной сегодня как APV. Самый первый пластинчатый и рамный теплообменник был сконструирован из литых пластин из пушечной бронзы и заключен в раму, которая установила стандарт для современных компьютерных тонких металлических пластинчатых теплообменников, известных во всем мире. Базовая конструкция осталась неизменной, но постоянные усовершенствования позволили повысить рабочее давление в современных машинах с 1 до 25 атмосфер.

    Область применения

    Пластинчатые теплообменники применяются в различных сферах, включая: пищевую и химическую промышленность, системы нагрева технических и пищевых жидкостей, охлаждение промышленного оборудования, для подключения зданий к сетям централизованного отопления и охлаждения.

    Особенно широко используются в пищевой промышленности, поскольку они компактны и могут быть изготовлены в различных видах и легко чистятся. Осаждение материалов на горячих поверхностях (загрязнение) снижает тепловые и гидродинамические характеристики, требует периодической очистки (часто всего через несколько часов работы).

    Многие промышленные предприятия используют пластинчатые теплообменники для таких целей, как пастеризация и утилизация отходящего тепла. Например, производственное предприятие может использовать воду для охлаждения горячего, недавно произведенного напитка. Горячий готовый жидкий продукт необходимо охладить перед розливом в бутылки, чтобы он прошел через пластинчатый теплообменник, подключенный к охлаждающему контуру чиллера (водоохлаждающая машина). Это отводит нежелательное тепло без смешивания двух жидкостей.

    Виды и конструкции пластинчатых теплообменников

    конструкции теплообменников

    Пластинчатый теплообменник состоит из нескольких листов тонкого гофрированного металла (пакет пластин), образующих каналы. Прокладки находятся между пластинами и образуют уплотнение. Уплотнение предотвращает смешивание и утечку жидкостей, но они также определяют, по каким каналам может протекать каждая жидкость.

    Пластинчатые теплообменники могут увеличивать или уменьшать свою нагревательную или охлаждающую способность за счет добавления или удаления внутренних пластин. Их также можно разобрать для очистки и обслуживания, кроме неразборных.

    Эти аппараты могут быть:

    неразборными (сварными или паяными).

    В разборных теплообменниках теплопередача состоит из ряда гофрированных пластин, установленных между рамой и прижимными пластинами, которые сохраняют расчетное давление. Для достижения наивысших тепловых характеристик и обеспечения очень близкого температурного приближения жидкости обычно проходят через теплообменник противотоком.

    Полуразборные теплообменники используются, когда прокладки не подходят в качестве одной из технологических сред, а также могут выдерживать более высокое расчетное давление по сравнению с полностью разборными пластинчатыми теплообменниками. Уплотнение между пластинами на промышленной полусварной линии чередуется между лазерной сваркой и прокладками. Канал, сваренный лазерной сваркой, позволяет использовать жидкости, несовместимые с обычными прокладками, а также обеспечивает более высокое расчетное давление, чем полностью разборные пластинчатые теплообменники.

    Неразборные теплообменники не имеют не имеют открытых прокладок, это цельносварной пластинчатый теплообменник, который используется, прежде всего, в нефтегазовой, химической и нефтехимической промышленности. Рама, прочно закрепленная на болтах, состоит из четырех колонн, верхней и нижней частей, а также четырех боковых панелей. Используются для решения сложных задач, связанных с агрессивными средами, экстремальными температурами и высоким давлением.

    Основным недостатком этих теплообменников является то, что они не снимаются, поэтому техническое обслуживание и очистка невозможны или, по крайней мере, трудны, а количество пластин поменять нельзя, но зато гораздо меньше подвержены загрязнению и засорению и требуют лишь периодического осмотра и очистки.

    На заметку!

    гофрированная поверхность пластин теплообменника

    Отметим такую тонкость: Поверхность пластин гофрирована для увеличения турбулентности жидкости во время перетекания в каналы.

    На рисунке показаны основные параметры гофры:

    угол шеврона β по сравнению с основным направлением потока.

    Угол наклона гофрированного рисунка влияет на теплообмен и производительность:

    Угол пластин β > 45 ° дает более высокий теплообмен с высоким давлением.

    Как пластинчатый теплообменник встраивается с оборудованием КВиП

    То есть мы регулируем пар, который подается в теплообменник.

    Мы можем подобрать клапан для регулировки, шкаф, датчики и вообще собрать всю обвязку для осуществления правильной регулировки.

    Истории из жизни…

    Первая история

    В редукционном узле не был подключен клапан RP45, из-за этого давление в теплообменнике давило 5-6 Бар, как с котельной поступает, так и распределяется дальше без изменений. Максимальная эксплуатация уплотнений теплообменника 150°С, а 5-6 Бар это почти 160°С температура пара, что негативно влияет на сами уплотнения, они пересыхают, трескаются и начинается смешивание жидкостей внутри. Если вода попадает в пар это еще терпимая ситуация, а в этом случае смешивались моющие средства и продукт (молоко), происходило закисление конденсата, это в свою очередь начало разрушать и пластины, в них стали появляться “свищи”, сначала маленькие и незаметные, а потом уже прямо очень заметные. А это уже потеря потерь не только по теплу, но и по продукту.

    Стали менять оборудование на конденсатной линии и добавилась проблема невозможности использования конденсата повторно. А это возможность экономии на нагреве, на водоподготовке конденсата, и по нашим расчетам это экономия до 1 миллиона рублей в месяц.

    Начались упреки в нашу сторону, что мы отгрузили бракованные конденсатоотводчики. Мы конечно очень переволновались, т.к за свою продукцию отвечаем головой и уверены в ее качестве на все 100%. Собрали мощную доказательную базу, что наши конденсатоотводчики ни при чем, а все дело в клапане!

    Недоразумение было улажено, вопрос решился хорошо, инженеры завода все поправили, а мы и дальше сотрудничаем в мире и согласии.

    Вторая история нам покажет, что внимательность и упорство дает свои плоды)

    Один из наших сотрудников в годы своей юности работал на молочном заводе столкнулся со следующей ситуацией: пришло время технического обслуживания пастеризационно-охладительной установки ОКЛ-10, оно производится через определенные часы наработки. В этом теплообменнике около 250 пластин и они разбиты по секциям: подогрев, пастеризация, нормализация молока. При ослаблении резьбы на раме пластины можно растянуть, достать и помыть, что они благополучно и сделали. Сложности начались позже…., 200 с лишним пластин и у каждой свой вход/выход, собрали и ничего не работает. Надо искать ошибку, где-то неправильно установили пластину.

    В итоге, чтобы разобраться и найти ошибку 3 человека потратили 2 дня, собирали в различных вариациях, сравнивали со схемой, нарисованной кем-то от руки в единственном экземпляре на весь завод, запускали и так по кругу, пока не нашли.

    Вот схема ниже на фото, представляете, какая работа была проделана?

    схема теплообменника от руки

    Прочитав эту статью до конца, мы надеемся, что вы узнали про пластинчатый теплообменник чуть больше.

    За ваше терпение и стойкость (не всякий осилит так много букв) мы дарим вам правильную схему обвязки теплообменника.

    Источник