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:
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).
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:
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:
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.
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.
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.
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.
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).
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).
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
Пластинчатые теплообменники, их виды и особенности
Теплообменник – инженерное оборудование, входящее в состав промышленных систем. Он устанавливается при комплектации бытовых систем охлаждения и кондиционирования. Главное назначение теплообменника – передача тепловой энергии от одной среды другой.
Как устроены теплообменники
В большинстве случаев пластинчатый теплообменник передает энергию от нагретого теплоносителя (жидкости) в среду, которая охлаждена и требует повышения температуры. Конструкция пластинчатого теплообменника состоит из ряда разборных частей, включая:
Различаются они между собой по габаритам рам. От этого фактора зависит мощность устанавливаемого оборудования и уровень выдаваемой им теплоотдачи. Если в теплообменнике используется много пластин, это приводит к повышению продуктивности оборудования, но также сказывается на габаритах, массе установки.
Почему выбирают пластинчатые теплообменники
Принцип работы пластинчатого теплообменника дает ему множество плюсов в сравнении с аналогичным оборудованием:
Особенности конструкции
В зависимости от модификации устанавливаемого агрегата будет меняться его конструкция и принцип действия, так как работают теплообменники с разным количеством пластин и прокладок. Уплотнения устанавливаются с целью перекрытия каналов, через которые возможно смешение сред, а так же для обеспечения внешней герметичности. Уплотнения плотно зажимаются в комплекте пластин теплообменника между прижимными плитами, это обеспечивает герметичность всего аппарата.
Нагрузки, которым подвержены теплообменники во время работы, в большей степени приходятся на уплотнители и пластины. Крепежные элементы и рама используются в качестве корпуса и основы, на которой работает все оборудование.
Производители в своих моделях пользуются рельефными пластинами, так как эта конструкция обеспечивает прочное крепление, а вся система в итоге получается достаточно жесткой и прочной, чтобы оператор и владелец оборудования могли не беспокоиться о возможном риске потери работоспособности.
Прокладки закрепляются на пластинах специальными клипсами. Есть несколько других вариантов крепления прокладок, но клипсовый вариант наиболее надежный среди всех.
При зажатии прокладки автоматически центрируются по своей оси. Теплоноситель в процессе работы оборудования не вытекает, так как используется специальная окантовка обшлага, выполняющая роль дополнительного барьера для утечки.
Пластины и типы каналов
Важнейшими комплектующими в теплообменных аппаратах являются пластины, благодаря которым осуществляется эффективный процесс теплообмена. Они выпускаются с разными углами рифления (30° и 60°), что дает возможность более точно подбирать компоновки теплообменников под каждую конкретную задачу, учитывая требования стоимости, габаритов и гидравлического сопротивления, предъявляемые заказчиком. Два типа пластин могут образовывать между собой три типа каналов:
Где используется
Применение пластинчатых теплообменников практически повсеместно. Они могут использоваться в самых разных областях – зависит от материалов и конструкции оборудования. Есть разные модели, отличающиеся конструкцией и разными тонкостями работы, но всего выделяется четыре главных типа:
Разборные устанавливаются в теплосетях, которыми оборудуются жилые дома, другие объекты. Также они встречаются в бассейнах, контурах горячего водоснабжения, теплопунктах и холодильных камерах. Паяные теплообменники предназначены для установки при оборудовании морозильных или вентиляционных систем, а также кондиционеров, компрессоров, других промышленных установок.
Сварные и полусварные теплообменники широко распространены и встречаются в:
Из всех выше представленных агрегатов чаще всего используются разборные и паяные конструкции, т.к. их применение актуально в различных сферах, независимо от того, требуется понижение или повышение температуры теплоносителя. Вас также могут заинтересовать комплектующие для промывки.
Принцип работы и схема пластинчатого теплообменника
Теплообменник — это простое по своей конструкции оборудование, которое часто включается в схему различного рода промышленных устройств. В некоторых случаях пластинчатые теплообменники применяются в бытовых системах кондиционирования и охлаждения. Как ясно из названия, предназначены эти аппараты для отбора тепловой энергии от одной среды и передачи другой.
Особенности конструкции
Основное предназначение любого вида пластичного теплообменника состоит в преобразовании нагретой жидкости в охлажденную среду. Конструкция пластинчатого теплообменника имеет разборные части, а состоит устройство из следующих элементов:
Размеры рам разных изделий могут значительно различаться. Они будут зависеть от теплоотдачи и мощности нагревателя — с большим количеством пластин повышается продуктивность оборудования и, естественно, увеличивается вес и габариты.
Преимущества пластинчатых приборов:
В этом видео вы узнаете, как образуется горячая вода благодаря теплообменнику:
Устройство пластин
Конструкция и принцип работы пластинчатого теплообменника будет зависеть от модификации оборудования, в котором может находиться разное количество пластин с зафиксированными прокладками. Эти прокладки перекрывают каналы с проходящим тепловым носителем. Чтобы достигнуть необходимой герметичности прилегания пар соединенных между собой прокладок, достаточно крепления этих пластин с подвижной плитой.
Нагрузки, которые действуют на это устройство, распределяются, как правило, на пластины и уплотнители. Рама и элементы крепежа, по большому счету, представляют собой корпус оборудования.
Рельефная поверхность пластин во время сжатия гарантирует прочное крепление и позволяет всей системе теплообменника набрать необходимую прочность и жесткость.
Прокладки фиксируются на пластинах с помощью клипсового соединения. Необходимо сказать, что прокладки во время зажатия самостоятельно центрируются относительно своей оси. Утечка теплового носителя предотвращается благодаря окантовке обшлага, который дополнительно создает барьер.
Для устройства пластинчатого теплообменника изготавливаются несколько видов уплотнителей: с жестким и мягким рифлением.
Подробнее о теплообменном оборудовании:
В мягких пластинах каналы находятся под углом 30 градусов. Этот вид устройств характеризуется высокой теплопроводностью, но незначительной стойкостью к давлению теплового носителя.
В жестких элементах при изготовлении канавок делается угол в 60 градусов. Для этих устройств не характерна повышенная теплопроводность, их основное достоинство — возможность переносить значительное давление теплоносителя.
Для достижения наилучшего режима тепловой отдачи можно комбинировать пластины. Причем нужно учитывать, что для оптимальной работы устройства необходимо, чтобы оно функционировало в режиме турбулентности — тепловой носитель обязан передвигаться по каналам без каких-либо задержек. Между прочим, кожухотрубный теплообменник, где конструкция имеет схему «труба в трубе», обладает ламинарным течением теплоносителя.
В чем состоит преимущество? Во время одинаковых теплотехнических характеристик пластинчатое оборудование имеет значительно меньшие габариты.
Требования к прокладкам
К аппаратам с пластинами предъявлены довольно жесткие требования касательно герметичности оборудования, именно по этой причине на сегодняшний день прокладки начали изготавливать из полимеров. К примеру, этиленпропилен может с легкостью эксплуатироваться в условиях повышенных температур — и пара, и жидкости. Однако довольно быстро начинает разрушаться в среде, которая содержит большое количество жиров и кислот.
Теплообменники различаются количеством пластин
Крепление уплотнителей к пластинам производится чаще всего с помощью клипсовых замков, в редких случаях — с помощью клеящего состава.
Принцип работы
Если рассматривать, как работает пластинчатый теплообменник, то его принцип действия нельзя назвать очень простым. Пластины развернуты друг к другу под углом 180 градусов. Чаще всего в одном пакете находится по две пары пластин, которые создают 2 коллекторных контура: входа и выхода теплового носителя. Причем необходимо учитывать, что пара, которая находится с края, не задействуется во время теплообмена.
Сегодня изготавливается несколько различных типов теплообменников, которые, в зависимости от механизма работы и конструкции, делятся на:
Принцип работы одноконтурного аппарата следующий. Циркуляция теплоносителя в приборе по всему контуру производится перманентно в одном направлении. Помимо этого, производится и противоток тепловых носителей.
Многоконтурные устройства применяются лишь во время незначительного различия между температурой обратки и входящего теплоносителя. Движение воды при этом производится в различных направлениях.
Подробнее о пластинчатом теплообменнике:
Двухходовые устройства имеют два независимых контура. С условием постоянной регулировки тепловой подачи использование этих устройств является наиболее целесообразным.
Область использования
Сегодня есть несколько разновидностей теплообменников.
При этом каждый из приборов имеет уникальную конструкцию и особенность работы:
Устройства с разборной системой зачастую применяются в тепловых сетях, которые подведены к жилым домам и зданиям разного предназначения, в климатических системах и холодильных камерах, бассейнах, теплопунктах и контурах ГВС. Паяные приборы нашли свое предназначение в морозильных установках, вентиляционных сетях, устройствах кондиционирования, промышленном оборудовании разного предназначения, компрессорах.
Подробное устройство пластинчатого теплообменника
Полусварные и сварные теплообменники применяются в:
Наиболее популярным видом теплообменника, который применяется в быту, является паяный, обеспечивающий обогрев либо охлаждение теплоносителя.
Характеристики и расчет
Пластины и уплотнители в качестве главных деталей теплообменных устройств производятся из разных по своим показателям и характеристикам материалов. Во время выбора в пользу определенного изделия основную роль играет его предназначение и сфера применения.
Если рассматривать отопительные системы и ГВС, то в этой сфере чаще всего используются пластины, которые сделаны из нержавейки, и пластичные уплотнители из специальной резины NBR или EPDM. Наличие пластин из нержавеющей стали дает возможность работать с тепловым носителем, нагретым до 120 градусов, в другом же случае теплообменник может разогревать жидкость до 180°C.
Между пластинами для герметизации расположены прокладки
При применении теплообменников в промышленной сфере и их подключении к технологическим процессам с действием масел, кислот, жиров, щелочей и других агрессивных сред используются пластины, которые сделаны из титана, бронзы и иных металлов. В этих случаях требуется установка асбестовых или фторкаучуковых прокладок.
Выбор теплообменника выполняется с учетом расчетов, которые производятся с помощью специального программного обеспечения.
Во время расчетов необходимо учитывать:
В качестве нагревающей среды, которая протекает через теплообменник, может применяться нагретая вода до температуры 90-120°C или пар с температурой до 170°C. Тип теплового носителя подбирается с учетом вида используемого котельного оборудования. Размеры и число пластин выбираются так, чтобы получился теплоноситель с температурой, которая соответствует действующим стандартам — не выше 65°C.
Теплообменник может быть изготовлен из разных видов металла
Необходимо сказать, что главными техническими характеристиками, которые при этом также считаются и основными преимуществами, являются компактные габариты оборудования и возможность обеспечить довольно значительный расход.
Диапазон площадей обмена и вероятных расходов у аппаратов довольно высокий. Самые маленькие из них, к примеру, от компании Alfa Laval, имеют размер поверхности до 1 м² и при этом обеспечивают прохождение количества теплоносителя до 0,3 м³/час. Наиболее же габаритные приборы имеют размер около 2500 м² и расход, который превышает 4000 м³/час.
Способы обвязки
Теплообменные приборы чаще всего устанавливаются в отдельных помещениях, обслуживающих частные постройки, многоэтажные здания, теплопункты центральных магистралей, промышленные предприятия.
Небольшой вес и габариты оборудования дают возможность производить установку довольно быстро, хотя определенные изделия, которые обладают большой мощностью, нуждаются в сооружении фундамента.
Монтаж и обслуживание теплообменника лучше доверить специалистам
Во время монтирования аппарата нужно соблюдать основное правило: заливка болтов в фундаменте, с помощью которых теплообменник прочно крепится, производится в любом случае. Схема обвязки должна обязательно предусматривать подводку теплоносителя к находящемуся наверху патрубку, а к установленному внизу штуцеру производится подсоединение обратного контура. Подача разогретой жидкости подключается наоборот.
В подающем контуре требуется наличие циркуляционного насоса. Помимо основного, непременно устанавливается и одинаковый с ним по мощности запасной насос.
Если в ГВС находится магистраль обратного передвижения воды, то механизм работы и схема несколько меняется. Горячая вода, которая подается по контуру, перемешивается с холодной из водопровода, и только после этого смесь подается в теплообменник. Регулировка температуры на выходе производится с помощью электронного блока, который управляет клапаном входящего теплового носителя.
Чем больше пластин в теплообменнике, тем выше мощность
В двухступенчатой системе можно использовать тепловую энергию обратной магистрали. Это дает возможность рациональней применять имеющееся тепло и снизить чрезмерную нагрузку на котельное оборудование.
В любой из вышеописанных схем обвязки на входе в теплообменник обязан находиться фильтр. С его помощью можно не допустить засорения системы и продлить срок ее эксплуатации.
При всех иных достоинствах пластинчатые теплообменники не опережают старые кожухотрубчатые модели только по одному важному показателю: во время обеспечения значительного расхода пластинчатые устройства недостаточно нагревают теплоноситель. Этот недостаток устраняется расчетом незначительного запаса при выборе количества пластин.
Характеристика пластинчатых теплообменников:
Пластинчатый теплообменник: принцип действия, схема и особенности работы аппарата
Устройство и принцип работы
Конструкция разборного пластинчатого теплообменника включает в себя:
Такая компоновка агрегата обеспечивает максимальную интенсивность теплообмена между рабочими средами и компактные габариты устройства.
Конструкция разборного пластинчатого теплообменника
Чаще всего, теплообменные пластины изготавливаются методом холодной штамповки из нержавеющей стали толщиной от 0,5 до 1 мм, однако, при использовании в качестве рабочей среды химически активных соединений, могут использоваться титановые или никелевые пластины.
Все пластины, входящие в состав рабочего комплекта, имеют одинаковую форму и устанавливаются последовательно, в зеркальном отражении. Такая методика установки теплообменных пластин обеспечивает не только формирование щелевых каналов, но и чередование первичного и вторичного контуров.
Каждая пластина имеет 4 отверстия, два из которых обеспечивают циркуляцию первичной рабочей среды, а два других изолируются дополнительными контурными прокладками, исключающими возможность смешивания рабочих сред. Герметичность соединения пластин обеспечивается специальными контурными уплотнительными прокладками, изготовленными из термостойкого и устойчивого к воздействию активных химических соединений материала. Устанавливаются прокладки в профильные канавки и фиксируются с помощью клипсового замка.
Принцип работы пластинчатого теплообменника
Оценка эффективности любого пластинчатого ТО осуществляется по следующим критериям:
Исходя из этих параметров подбирается необходимая модель теплообменника. В разборных пластинчатых теплообменниках регулировать пропускную способность и гидравлическое сопротивление можно, изменяя количество и тип пластинчатых элементов.
Интенсивность теплообмена обусловлена режимом течения рабочей среды:
Рабочие характеристики пластинчатого ТО рассчитываются для турбулентного течения рабочей среды.
В зависимости от расположения канавок, различают три типа теплообменных пластин:
Для увеличения эффективности теплообмена движение первичной и вторичной рабочей среды осуществляется в противоположном направлении. Процесс теплообмена между первичной и вторичной рабочими средами происходит следующим образом:
Принцип работы пластинчатого теплообменного аппаратаДля обеспечения эффективной работы системы необходима полная герметичность теплообменных каналов, которая обеспечивается уплотнительными прокладками.
Требования к прокладкам
Для обеспечения полной герметичности профильных каналов и предотвращения утечки рабочих сред, уплотнительные прокладки должны обладать необходимой термостойкостью и достаточной устойчивостью к воздействиям агрессивной рабочей среды.
В современных пластинчатых теплообменниках применяются следующие виды прокладок:
На графиках представлена зависимость срока службы уплотнений от условий эксплуатации:
Что касается крепления уплотнительных прокладок, существует два способа:
Первый способ из-за трудоемкости и длительности укладки применяется редко, кроме того, при использовании клея значительно усложняется техническое обслуживание агрегата и замена уплотнений.
Клипсовый замок обеспечивает быстрый монтаж пластин и простоту замены вышедших из строя уплотнений.
Конструкция теплообменного оборудования
Гофрированные пластины производятся из нержавеющей стали (чаще всего – кислоустойчивой) и соединяются друг с другом при помощи уплотнительных прокладок. Затем эта конструкция крепится к раме (размер зависит от модели оборудования). При этом пластины в любой момент (как до монтажа, так и в процессе эксплуатации) можно убирать или добавлять, что позволяет добиться максимально эффективного коэффициента теплопередачи.
Преимущества пластинчатых теплообменников
Основное назначение таких устройств – это передача тепла между теплоносителями, которые разделены между собой (исключается смешение рабочих сред).
За счет своей конструктивной особенности пластинчатые теплообменники имеют ряд значительно отличающихся технических параметров:
Сферы применения
Пластинчатый теплообменник может использоваться:
Характеристики и расчет
Пластины и уплотнители в качестве главных деталей теплообменных устройств производятся из разных по своим показателям и характеристикам материалов. Во время выбора в пользу определенного изделия основную роль играет его предназначение и сфера применения.
Если рассматривать отопительные системы и ГВС, то в этой сфере чаще всего используются пластины, которые сделаны из нержавейки, и пластичные уплотнители из специальной резины NBR или EPDM. Наличие пластин из нержавеющей стали дает возможность работать с тепловым носителем, нагретым до 120 градусов, в другом же случае теплообменник может разогревать жидкость до 180°C.
Между пластинами для герметизации расположены прокладки
При применении теплообменников в промышленной сфере и их подключении к технологическим процессам с действием масел, кислот, жиров, щелочей и других агрессивных сред используются пластины, которые сделаны из титана, бронзы и иных металлов. В этих случаях требуется установка асбестовых или фторкаучуковых прокладок.
Выбор теплообменника выполняется с учетом расчетов, которые производятся с помощью специального программного обеспечения.
Во время расчетов необходимо учитывать:
В качестве нагревающей среды, которая протекает через теплообменник, может применяться нагретая вода до температуры 90-120°C или пар с температурой до 170°C. Тип теплового носителя подбирается с учетом вида используемого котельного оборудования. Размеры и число пластин выбираются так, чтобы получился теплоноситель с температурой, которая соответствует действующим стандартам — не выше 65°C.
Теплообменник может быть изготовлен из разных видов металла
Необходимо сказать, что главными техническими характеристиками, которые при этом также считаются и основными преимуществами, являются компактные габариты оборудования и возможность обеспечить довольно значительный расход.
Диапазон площадей обмена и вероятных расходов у аппаратов довольно высокий. Самые маленькие из них, к примеру, от компании Alfa Laval, имеют размер поверхности до 1 м² и при этом обеспечивают прохождение количества теплоносителя до 0,3 м³/час. Наиболее же габаритные приборы имеют размер около 2500 м² и расход, который превышает 4000 м³/час.
Виды пластинчатых теплообменных аппаратов и их применение
По способу соединения теплообменных пластин теплообменник может быть:
Конструкция и принцип работы разборных пластинчатых ТО были описаны выше. Рассмотрим более подробно особенности конструкции и область применения паяных, полусварных и сварных теплообменников.
Паяный пластинчатый теплообменник
Агрегат широко используется для:
Теплообменные пластины ППТО изготавливаются из нержавеющей стали. Сборка пакета осуществляется аналогично с разборными теплообменниками, после чего производится пайка медным или никелевым припоем, в зависимости от агрессивности рабочей среды: для более агрессивных сред используется никель.
К наиболее существенным преимуществам паяных ПТО можно отнести:
Особенно хорошо паяные ПТО зарекомендовали себя в холодильных и замкнутых отопительных системах.
Полусварные пластинчатые теплообменники
Главной конструктивной особенностью полусварных теплообменников является попарное сваривание штампованных пластин, в результате чего формируется отдельный герметичный модуль. Сборка ПСПТО осуществляется также, как и разборного теплообменника, различие состоит в том, что вместо отдельных пластин используются готовые сварные модули.
Между первичными и вторичными модулями устанавливаются прокладки из термостойкой резины. Отсутствие внутренних прокладок позволяет существенно увеличить рабочее давление в системе и температуру рабочей среды.
Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам ПСПТО получили широкое распространение следующих областях:
Среди наиболее значимых преимуществ данной конструкции можно выделить:
В отличии от сборных ПТО, полусварные агрегаты практически полностью исключают возможность неправильной сборки.
Сварные пластинчатые теплообменники
Отсутствие уплотнений является главной особенностью конструкции сварных теплообменных аппаратов. Гофрированные пластины сварены в один блок, в котором рабочая среда протекает по внутренним каналам, а нагреваемая – по внешним.
Применяются СПТО при работе с агрессивными средами при повышенных температурах и высоком давлении рабочих сред.
Конструктивные особенности сварных теплообменников обеспечивают следующие преимущества:
Отсутствие уплотнений в сварных ПТО обеспечивает полную герметичность рабочих каналов, что позволяет работать в экстремальных условиях.
Типы пластинчатых теплообменников
Пластинчатые теплообменники разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра:
Подключение пластинчатых теплообменников
Классическая схема подключения пластинчатых теплообменников имеет патрубки входа и выхода теплоносителей на передней плите. В большинстве случаев входы и выходы расположены таким образом, чтобы обеспечить противоток теплообменных сред. Работа пластинчатого теплообменника с противотоком рабочих сред показана на видео:
Существуют конструкции пластинчатых теплообменников, в которых патрубки входа и выхода теплоносителей расположены как на передней, так и на задней плите:
Присоединение к входам и выходам рабочих сред осуществляется с помощью фланцевых соединений, соединений под сварку (стальная труба) или резьбового соединения. Возможно также отсутствие какого-либо патрубка на входе или выходе теплоносителя. В таком случае вокруг отверстия на плите выполняются отверстия с внутренней резьбой под шпильки, с помощью которых можно подсоединить трубопровод с теплоносителем с применением термостойкого резинового или каучукового уплотнения.
Пластины для пластинчатых теплообменников
Серийно выпускаемые пластинчатые теплообменники комплектуют пластинами, штампованными из листового металла толщиной до 1 мм. В качестве материала применяется коррозионностойкая сталь, титан, специальные сплавы. Пластины пластинчатого теплообменника имеют гофрированную поверхность для турбулизации потоков в каналах, что повышает эффективность теплопередачи и препятствует отложению загрязнений. Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего треугольника. Чем тупее угол, под которых расположены гофры пластины, тем большее сопротивление создается в каналах, чем острее угол, тем меньше сопротивление и выше скорость потоков.
Пластины для пластинчатых теплообменников разборного типа
Схемы обвязки пластинчатого теплообменника
Существует несколько способов подключения ПТО к отопительной системе. Наиболее простым принято считать параллельное включение с регулировочным клапаном, принципиальная схема которого приведена ниже:
Схема параллельного подключения ПТО
К недостаткам такого подключения можно отнести повышенную нагрузку на отопительный контур и небольшую эффективность нагрева воды при значительной разности температур.
Параллельное подключение двух теплообменников в двухступенчатую схему обеспечит более продуктивную и надежную работу системы:
Схема двухступенчатого параллельного подключения
1 – пластинчатый теплообменник; 2 – температурный регулятор; 2.1 – клапан; 2.2 – термостат; 3 – насос циркуляционный; 4 – счетчик расхода горячей воды; 5 – манометр.
Нагревающей средой для первой ступени служит обратный контур отопительной системы, а в качестве нагреваемой среды – холодная вода. Во втором контуре нагревательной средой служит теплоноситель из прямой магистрали отопительной системы, а в качестве нагреваемой среды – предварительно подогретый теплоноситель из первой ступени.
Промывка пластинчатого теплообменника
Функциональность и работоспособность агрегата в значительной степени зависит от качественной и своевременной промывки. Частота промывки обусловлена интенсивностью работы и особенностями технологических процессов.
Методика проведения очистных работ
Образование накипи в теплообменных каналах является наиболее распространенным видом загрязнения ПТО, ведущим к снижению интенсивности теплообмена уменьшению общего КПД установки. Удаление накипи производится с помощью химической промывки. Если помимо накипи присутствуют другие виды загрязнения, необходимо произвести механическую очистку пластин теплообменника.
Химическая промывка
Метод применяется для очистки всех типов ПТО, и эффективен при незначительном загрязнении рабочей зоны теплообменника. Для проведения химической очистки не требуется разборка агрегата, что позволяет значительно сократить время проведения работ. Кроме того, для очистки паяных и сварных теплообменников другие методы не применяются.
Химическая промывка теплообменного оборудования производится в следующей последовательности:
В процессе проведения химической очистки особое внимание следует уделить окончательной промывке агрегата, поскольку химически активные компоненты моющих средств могут разрушить уплотнения.
Наиболее распространенные виды загрязнений и способы очистки
В зависимости от используемых рабочих сред, температурных режимов и давления в системе, природа загрязнений может быть различной, поэтому для эффективной очистки необходимо правильно подобрать моющее средство:
Поскольку толщина теплообменных пластин составляет всего 0,4 – 1 мм, особое внимание следует уделять концентрации активных элементов в моющем составе. Превышение допустимой концентрации агрессивных компонентов может привести к разрушению пластин и уплотнительных прокладок.
Широкое применение пластинчатых теплообменников в различных отраслях современной промышленности и коммунального хозяйства обусловлено высокой производительностью, компактными габаритными размерами, простотой монтажа и технического обслуживания. Еще одним преимуществом ПТО является оптимальное соотношение цена/качество.
Разборные пластинчатые виды
Преимущества