для чего нужны пластинчатые теплообменники
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 теплообменные аппараты: типы, устройство и принцип работы
Введение
Пластинчатый теплообменник – один из видов рекуперативных теплообменных аппаратов, в основе работы которого лежит теплообмен между двумя средами через контактную пластину без смешения.
Типы, устройство и принцип работы пластинчатых теплообменников
Принцип работы всех пластинчатых теплообменных аппаратов одинаков:
Данный принцип действия и устройство пластинчатого ТО хорошо продемонстрированы в следующем видео:
Принцип работы пластинчатого теплообменника
Виды пластинчатых теплообменников в зависимости от конструкции:
Пластинчатые разборные теплообменные аппараты
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.
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.
Конструкционная схема разборного теплообменника
Разборный теплообменник состоит из следующих элементов:
Благодаря высокой скорости рабочих сред внутри разборных теплообменных аппаратов отложения и засоры скапливаются на его внутренних поверхностях медленнее, чем на поверхностях кожухотрубных агрегатов.
Несомненное достоинство данного вида ТО – возможность полной разборки аппарата, что позволяет производить не только промывку пластин, но и их механическую очистку.
Также стоит отметить, что возможность полной разборки агрегата позволяет не заменять его целиком в случаях протечек, а быстро выявить нерабочие элементы, поменять их и вновь запустить теплообменник в эксплуатацию. При наличии необходимых запасных частей «под рукой» вся процедура займет от нескольких часов до 1 часа.
Паяные теплообменные аппараты
Паяные теплообменники также в своей основе содержат пакет пластин, но отличие от разборных заключается в том, что они спаяны между собой, поэтому сборка/разборка такого пакета – невозможна.
Пайка производится с помощью никеля или меди, поэтому обозначают два основных вида паяных пластинчатых теплообменников: никельпаяный и меднопаяный. Никелевый припой используется для аппаратов, которые будут работать с более агрессивными средами.
Паяный пластинчатый теплообменник в разрезе
Паяные теплообменные аппараты применяются в основном в бытовом сегменте благодаря своей низкой стоимости, простоте и небольшим габаритам. Чаще всего подобный тип устройств можно встретить в системах отопления частных домов, где теплообменник подключается к водонагревательному котлу.
Полусварные теплообменники
Полусварные теплообменные аппараты – агрегаты, в которых пакет пластин сделан комбинированным способом:
Места попарной сварки пластин
Подобный тип конструкции позволяет использовать полусварные теплообменные аппараты в работе с агрессивными средами или в охлаждении, поскольку сварка пластин исключает возможность утечки фреона в охлаждающем контуре.
Сварные теплообменники
Сварные теплообменные аппараты – устройства, в которых пластины сварены между собой без использования уплотнителей.
Внешний вид сварного теплообменника
Один из потоков теплоносителей движется по гофрированным каналам, второй по трубчатым. Принцип работы пластинчатого сварного теплообменника показан в этом видео:
Принцип работы сварного теплообменника
Сварные теплообменные аппараты применяются в технических процессах с предельными параметрами: высокими температурами (до 900 градусов Цельсия), давлением (до 100 бар) и крайне агрессивными средами, поскольку отсутствие резиновых уплотнителей и сварной метод сцепления исключают возможность протечки и смешения сред.
Основные недостатки подобного типа агрегатов: высокая стоимость и габариты.
Применение пластинчатых теплообменников
Пластинчатые теплообменные аппараты используются в:
Технические характеристики пластинчатых теплообменников
Пластинчатый теплообменник имеет различные технические характеристики в зависимости от типа конструкции:
Пластинчатый теплообменник: конструкция, принцип работы, виды
Пластинчатый теплообменник – это важный элемент в системе отопления и горячего водоснабжения, который предназначен для теплообмена между двумя рабочими средами. Между теплопередающими пластинами в противотоке двигаются греющий и нагреваемый теплоносители без смешивания между собой.
Например, устройство для ГВС мощностью 670 ккал/ч. Один контур – горячая вода 70 градусов, а второй контур холодная вода 5 градусов. Установка позволяет нагревать второй контур до 50 градусов, охлаждая первый до 40 градусов.
Теплообменник и его виды
Теплообменник – это специальный аппарат, который предназначен для обмена тепла между двумя рабочими средами с различной температурой. Существует множество типов и конструкций. По принципу работы теплообменные устройства разделяются на регенеративные и рекуперативные.
Рекуперативный тип отличается тем, что процесс обмена происходит между теплопередающими пластинами. Потоки изолированы и разделены.
Регенеративный тип характеризуется тем, что обмен осуществляется на одной поверхности, с которой теплоносители контактируют поочередно.
Из рекуперативных наиболее распространенными являются:
Рекуперативные наиболее востребованы в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и производстве.
Просто позвоните.. Наш инженер осуществит точный расчет оборудования.
Конструкция пластинчатого устройства
Основой конструкции пластинчатого вида агрегатов являются теплопередающие пластины и уплотнения, которые стянуты болтами между прижимными плитами. Основной материал из которого изготавливают пластины AISI 316 (нержавеющая сталь) толщиной от 0,4 до 1 мм. Для специальных применений возможно изготовление из титана и других сплавов.
На основе синтетического каучука производятся уплотнения, которые препятствуют протечкам и служат для герметичности агрегата.
Принцип работы
Сферы применения ЖКХ
В жилищно-коммунальном хозяйстве в основном применяют пластинчатые для подогрева воды в системе отопления и горячего водоснабжения, вентиляции, нагрева воды в бассейнах.
В пищевой промышленности агрегаты нашего типа нашли применение в системах пастеризации молока и молочных продуктов, в системах охлаждения и пастеризации пивного сусла, вина и других напитков.
В металлургической промышленности их применяют для охлаждения оборудования и рабочих сред. Например, жидкости в станках и печах для плавки.
В нефтегазовой отрасли теплообменное оборудование используют для охлаждения жидких и газообразных сред, в установках химподготовки.
На судах теплообменные устройства служат для охлаждения двигателя, масел и основных узлов с применением морской воды.
Разборные пластинчатые виды
Паяные виды
Нужна консультация?
Инженеры компании помогут Вам осуществить правильный расчет для Вашего объекта и подобрать наиболее подходящую модель.
Свяжитесь с нами любым удобным для Вас способом и получите расчет в течение 20 минут.
Заполните форму в правой части страницы или позвоните по номеру +7 (804) 333-70-94 и проконсультируйтесь с нашим специалистом.
Пластинчатые теплообменники
Купить пластинчатые теплообменники. Изготовление, сборка, тестирование и испытание пластинчатых теплообменников
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи
Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию пластинчатые теплообменники.
Пластинчатые теплообменники: описание, назначение и принцип действия
Пластинчатый теплообменник предназначен для переноса тепла между различными средами, причем парами рабочих сред могут служить как пар-жидкость, так и жидкость-жидкость.
Теплопередающей поверхностью служат тонкие штампованные гофрированные пластины.
Теплоносители движутся в теплообменнике между соседними пластинами по щелевым каналам сложной формы. Каналы для теплоносителя, отдающего и принимающего тепло, следуют друг за другом, чередуясь.
Тонкие гофрированные пластины имеют небольшое термическое сопротивление и, кроме того, обеспечивают турбулентность потока теплоносителя, в связи с чем теплообменники такого типа обладают высокой эффективностью теплопередачи.
Герметичность каналов, по которым движутся теплоносители, и их распределение по каналам обеспечивается резиновыми уплотнителями, расположенными по периметру пластины.
Одно из этих уплотнений охватывает два отверстия по углам пластины, через которые теплоноситель входит в канал между пластинами и выходит из него. Поток встречного теплоносителя проходит транзитом через другие два отверстия, которые дополнительно изолированы кольцевыми уплотнениями. Герметичность каналов обеспечивается двойным уплотнением вокруг входных и выходных отверстий. В случае повреждения уплотнения теплоноситель вытекает наружу через специальные канавки (на рисунке показаны стрелками). Это помогает определить нарушение герметичности визуально и быстро заменить уплотнение.
Схема движения и распределения потока теплоносителей по каналу
Системы каналов между пластинами соединены каждая со своим коллектором и имеют каждая свои точки входа и выхода теплоносителя на неподвижной плите.
На раме теплообменника укрепляется пакет пластин.
Принцип работы пластинчатого теплообменника
Конструктивная схема пластинчатого теплообменника. Основные узлы и детали
Устройство рамы теплообменника: неподвижная плита, подвижная плита, штатив, верхняя и нижняя направляющие, и стяжные болты.
Одноходовые теплообменники сконструированы таким образом, что присоединительные патрубки расположены на неподвижной плите. Для того, чтобы крепить теплообменник к строительным или технологическим конструкциям, на штативе и неподвижной плите имеются монтажные пятки.
Виды и типы пластинчатых теплообменников
Пластинчатые теплообменники делятся по конструкции и по размеру теплообменной пластины на нескольких видов.
По конструкции теплообменники делят на:
Преимущества пластинчатых теплообменников
Пластинчатые теплообменники имеют следующие преимущества по сравнению с другими видами:
Уменьшение площади, которое занимает теплообменное оборудование.
Способность к самоочищению теплообменника.
Высокий коэффициент теплопередачи.
Маленькие потери давления.
Уменьшение расхода электроэнергии.
Простота ремонта оборудования.
Небольшое время, необходимое для ремонта оборудования.
Небольшая величина недогрева.
Далее, все подсоединительные порты находятся на его неподвижной плите, что делает монтаж и подключение теплообменника значительно более простым. Кроме того, для ремонтных работ требуется значительно меньше площади, чем при ремонте теплообменников другого типа.
Небольшая величина недогрева
Движение теплоносителя по каналам тонким слоем, высокая турбулентность его потока обеспечивает высокий коэффициент теплоотдачи. При этом гофрированная поверхность пластины дает возможность получить турбулентный поток уже при относительно небольших скоростях движения потока теплоносителя. Поэтому величина недогрева в этом случае при расчетных режимах работы достигает 1-2 оС, в то время как для кожухотрубных теплообменников в лучшем случае эта величина составляет 5-10 оС.
Низкие потери давления
Конструктивная особенность пластинчатых теплообменников позволяет уменьшать гидравлическое сопротивление, например, за счет плавного изменения общей ширины канала. Кроме этого, максимальная величина допустимых гидравлических потерь может быть уменьшена увеличением количества каналов в теплообменнике. В свою очередь, уменьшение гидравлического сопротивления снижает расход электроэнергии на насосах.
Небольшие трудозатраты при ремонте теплообменника
Кроме того, мощность теплообменника может быть плавно изменена увеличением поверхности теплообмена. Это его особенность важна, когда, например, при расширении производства, возникает необходимость увеличения мощности теплообменного оборудования. В этом случае достаточно, не заменяя всего теплообменника, прибавить нужное количество пластин.
Зачем нужен пластинчатый теплообменник и какие они бывают?
Задачей этого узла является передача энергии от первоисточника к холодной рабочей жидкости: пластинчатый теплообменник распределяет тепло с помощью гофрированных пластин в качестве стенок, что защищает систему от смешивания сред.
Конструкционные характеристики теплообменника и пластин
При расчете пластинчатого теплообменника нужно принимать во внимание, что в основу аппарата закладываются:
Энергия передается между теплоносителями через пластины, выполненные из устойчивых к ржавчине инертных материалов. Последние обрабатываются методом штамповки, их толщина варьируется в пределах 0,4-1 мм. В собранном виде узел представляет собой плотно прилегающие тонкие панели, в которых предусмотрены щелевые каналы. У всех элементов с лицевой стороны есть контурное углубление, в которое закладывается резиновый уплотнитель (за счет него обеспечивается герметичное прилегание элементов).
Пластины единообразны по форме и материалу, они могут быть изготовлены из нержавеющей стали, титана, тугоплавких сплавов (выбирают в зависимости от сферы применения). Для производства уплотнителей используются сложные полимеры на базе синтетического каучука, их можно эксплуатировать с гликолем и неагрессивными средами, паром и высокотемпературными жидкостями, нефтесодержащими и масляными теплоносителями.
Принцип работы и схема агрегата
Устройство, расчет и промывка пластинчатых теплообменников для отопления основываются на том, что узел функционирует благодаря наличию 4 отверстий:
Движение жидкости в агрегате осуществляется по принципу завихрения потока. В результате из-за относительно небольшого сопротивления движению рабочей среды усиливается интенсивность передачи тепловой энергии. Также вследствие небольшого сопротивления при прохождении жидкости уменьшается количество накипи во внутренних полостях.
Как выглядит пластинчатый теплообменник
Принцип работы пластинчатого теплообменника, базирующийся на петлях и завихрениях, способствует многократному обмену энергией. В результате достигается максимальный КПД агрегата, на что оказывает положительное влияние и вывод патрубков в оба виды панелей – прижимные и неподвижные.
Устройство теплообменника идеально соответствует условиям эксплуатации: количество пластин увеличивается соразмерно потенциальным потребностям в мощности системы. Число рабочих элементов оказывает прямое влияние на КПД и производительность отопительного или охлаждающего оборудования.
Технические параметры моделей
При изучении ассортимента опираются на следующие технические характеристики:
Одна рабочая единица способна обеспечить площадь теплообмена в пределах 0,1-2100 кв. м.
Разновидности пластинчатых теплообменников
По специфике исполнения и возможностям применения устройства делятся на паяные, сварные и разборные.
Паяные модели
Представляют собой цельные устройства, в их конструкции не предусмотрены уплотнительные резинки. Пластины объединены друг с другом методом пайки. Достоинства решения:
Паяные теплообменники распространены в системах вентиляции и кондиционирования, их применяют в турбинной и компрессорной технике, внедряют в холодильные установки.
Разборные
Образуются из комплекта панелей и полимерных уплотнителей. Причины широкого распространения разборных пластинчатых теплообменников:
Разборные пластинчатые теплообменники
Узлы обрели широкое применение в системах отопления домов и обслуживания бассейнов, ГВС, климатической и холодильной технике, тепловых пунктах.
Полусварные и сварные
Здесь рабочие элементы соединяются посредством сварных швов, в конструкции отсутствуют герметизирующие прокладки. Характеристики моделей:
Сварные и полусварные модели распространены в пищевой, фармацевтической, химической промышленности, системах вентиляции, кондиционирования, рекуперации, тепловых насосах. Устройства обеспечивают охлаждение техники, позволяют координировать температуру воды в ГВС бань и аналогичных общественных объектов.
Преимущества и недостатки
Плюсы применения агрегатов:
Слабой стороной агрегатов признаются высокие требования к качеству очистки рабочей среды. Так как между панелями остается небольшое расстояние, загрязнение каналов происходит быстрее по сравнению с полостями ближайшего конкурента – кожухотрубного теплообменника. Засорение ведет к понижению эффективности теплопередачи, уменьшению КПД устройства.
Критерии выбора
При определении оптимальной модели аппарата следует опираться на технические характеристики изделия:
В последнем пункте принимается во внимание такая информация, как входная и выходная температура в зимние и летние периоды, потенциальный расход среды и допустимые потери давления, процентное соотношение запаса мощности. Эти сведения берутся за основу при расчете производительности пластинчатого теплообменника.
Нюансы монтажа и подключения
Теплообменник применяется только в связке и не подразумевает самостоятельного использования. Агрегат во время установки окружают вспомогательным оборудованием, таким как обратные клапаны, контрольно-измерительные устройства в виде термометров и манометров, запорная арматура (ручные заслонки и задвижки), циркуляционные насосы.
Подключение производится по одной из следующих схем:
Монтаж пластинчатого теплообменника
В первом случае образуется изрядная экономия полезной площади в зоне монтажа. Ключевое преимущество этого способа – простота исполнения (что важно в условиях ремонта, обслуживания, замены узла). Недостаток методики – отсутствие возможности подогрева холодной рабочей среды.
При двухступенчатом смешанном методе температура входящего теплоносителя повышается за счет обратного потока, в результате эффективность связки увеличивается на 35-40%. Но в этом случае для обеспечения горячего водоснабжения придется предусмотреть в системе два теплообменника, что увеличивает расходы на закупку и монтаж оборудования.
Последовательный двухступенчатый способ позволяет увеличить эффективность использования рабочей среды и стабилизировать нагрузку в сети. По сравнению с параллельной схемой здесь затраты на теплоноситель уменьшаются на 50%, на фоне смешанной методики – на 25%. Единственный недостаток решения – невозможность полной автоматизации теплового узла.
Сферы использования оборудования
Рассматриваемые модели применяются в коммунальном хозяйстве для достижения следующих целей:
В таких условиях максимальная температура воды может составлять 180°C на фоне давления в пределах 10-16 кПа. Пластины изготавливаются из нержавейки толщиной 0,4 мм, для уплотнителей используется этиленпропилен.
В пищевой отрасли теплообменники задействованы при производстве растительных масел, молочных продуктов, спирта, сахара, пива. Они применяются в качестве элементов испарительных, охладительных, пастеризующих линий. Здесь актуальны паяные и разборные модели.
В металлургии пластинчатые компоненты включены в оборудование для охлаждения рабочих жидкостей. В данной отрасли в интенсивном охлаждении нуждаются плавильные печи, прокатные и разливочные механизмы, травильные растворы, гидравлические смазки.
Теплообменники в нефтегазовой сфере помогают подогревать и охлаждать жидкости, вещества, задействованные в крекинге и технологической подготовке сырья. Агрегаты применяют в качестве составных частей сетевых систем, оборудования для химобработки воды, обеспечения низкого давления. Пластины для газовой и нефтяной промышленности изготавливают на базе чистого титана в виде листов толщиной не более 0,7 мм. К маркам полимера, применяемым для производства уплотнительных прокладок, предъявляются высокие требования по устойчивости к химическому и термическому воздействию.
Пластинчатые теплообменники, востребованные в судостроении, служат охладителями для всей системы и главного двигателя. Носителями в подобных условиях являются моторные масла, отличающиеся по вязкости, морская вода, СОЖ. Агрегаты также актуальны в составе отопительных контуров и ГВС на крупных морских судах.