05.03.2021

Теплообменники пластинчатые – Пластинчатый теплообменник — устройство и принцип работы

Содержание

Пластинчатый теплообменник — устройство и принцип работы

Пластинчатые теплообменники относятся к классу рекуперативных теплообменников и представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных металлических пластин. Пластины теплообменника, собранные в единый пакет, образуют между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией. Каналы с теплоносителями А и В чередуются между собой.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518—83. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м2 в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от —30 до +180° С для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве охладителей, подогревателей и конденсаторов.

Типы пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра:

Наиболее широко применяют разборные

пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой резиновыми уплотнениями. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда.

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

Расчет пластинчатых теплообменников

Расчет пластинчатых теплообменников на прочность сводится к расчету нажимных и промежуточных плит, пластин, штанг, стяжных болтов, коллекторов, днищ и крышек.

При проектировании и подборе производятся тепловые и гидравлические расчеты с целью определения всех характеристик пластинчатого теплообменника, а также параметров процесса теплопередачи. Далее приведен упрощенный

расчет пластинчатого теплообменника для примера. Итак, пластинчатый теплообменник уже спроектирован. Он состоит из 101 пластины, которые образуют 100 каналов. Половина из них зарезервирована для потока горячей воды, другая половина для потока холодной воды. Два внешних канала, один горячий и один холодный, будут иметь теплопередачу только на одной стороне, т.к. со второй стороны канала с водой нет. Помним об этом, но не учитываем данное в примере:

Количество пластин 100 (101) [-]
Длина пластины 8.000 [m]
Ширина пластины 0.500 [m]
Толщина пластины 0.002 [m]
Ширина холодного и горячего каналов 0.008 [m]
Температура горячей воды 353.15 [K]
Температура холодной воды 293.15 [K]
Массовый расход горячей и холодной воды 400.0 [kg/s]
Коэффициент загрязнения на горячей и холодной стороне 0.00005 [m2W/K]
Теплопроводность материала пластин 50 [W/m/K]

Свойства воды приняты для средних температур. Так как температуры горячей и холодной воды на входе составляют 80 и 20 градусов по Цельсию, соответственно, средняя температура составляет 50 градусов. Для

расчета пластинчатого теплообменника вручную пренебрегаем изменением коэффициента теплопередачи при изменении температуры воды. Значения на каждой из сторон будет меняться противоположно.

Площадь теплообменной поверхности A_hx = 8.000 * 0.500 * 100 = 400 [m2]
Количество горячих и холодных каналов N_ch = 50 [-]
Площадь сечения одного канала A_fch = 0.008 * 0.5 = 0.004 [m2]
Периметр сечения канала C_fch = 2 * (0.008 + 0.5) = 1.016 [m]
Гидравлический диаметр D_hyd = 4 * A_fch / C_fch = 0.015748 [m]
Площадь сечения для жидкости A_flow = N_ch * A_fch = 0.2 [m2]
Массовый расход жидкости G = M_flow / A_flow = 400.0 / 0.2 = 2000.0 [kg/m2/s]
Плотность воды при 50°C u_w = 0.000525 [Pa.s]
Теплопроводность воды при 50°C k_w = 0.6435 [W/m/K]
Коэффициент Рейнольдса Re = G * D / u_w = 59993 [-]
Коэффициент Прандтля для воды при 50°C Pr = 3.555 [-]
Коэффициент теплопередачи на горячей и холодной стороне U_w = 0.023 * k_w/D_hydr * Re^0.8 * Pr^0.4 = 10372 [W/m2/K]
Коэффициент теплового сопротивления пластины на м2 R_pl = thickness/cond = 0.002 / 50 = 0.00004 [m2W/K]
Общее сопротивление теплопередаче на м2 R_t = 2/U_w + 2 * R_foul + R_pl
R_t = 2/10372 + 2*0.00005 + 0.00004 = 0.0003328
[m2W/K]
Общий коэффициент теплопередачи U_oa = 1 / R_t = 3004.6 [W/m2/K]

Общий коэффициент теплопередачи посчитан. Мы имеем следующие уравнения:
          

Q_transferred = delta_T_mean * U_oa * A_hx (ур.1)
Q_fluid = delta_T_fluid * M_flow * Cp_fluid (ур.2)

Поскольку жидкости и их массовые расходы одинаковы с обеих сторон, delta_T_mean равна разности начальной температуры (ITD=T_hot,in-T_cold,in) минус delta_T_fluid, или:

delta_T_mean = ITD – delta_T_fluid (ур.3)

Вставляем это в (ур.1), вычисляем (ур.1) и (ур.2), получаем:

(ITD – delta_T_fluid) * U_oa * A_hx = delta_T_fluid * M_flow * Cp_fluid (ур.4)
Вычисляем delta_T_fluid :
delta_T_fluid = ITD * U_oa*A_hx / (U_oa*A_hx  +  M_flow*Cp_fluid) (ур.5)

Изменение температуры воды в каждом контуре:
delta_T_fluid = 60.0 * 3004.6*400.0 / (3004.6*400.0 + 400.0*4035) = 25.61 [K]

Расчетная мощность пластинчатого теплообменника:
Q_fluid = M_flow * Cp * delta_T_fluid = 400.0 * 4035 * 25.61 = 41334540 [W] или 41.33 [MW]

Температура на выходе горячей стороны: 80 – 25.61 = 54.39°С
Температура на выходе холодной стороны: 20 – 25.61 = 45.61°С

Расчет пластинчатого теплообменника вручную дает некоторую погрешность, т.к. не учитывает изменение свойств жидкости и материалов при изменении их температуры. Данный метод расчета значительно упрощен, но в более сложных случаях, когда в процессе теплопередачи происходят фазовые изменения сред, он позволяет быстро провести оценочный расчет основных параметров.

На практике расчет пластинчатого теплообменника производится с помощью специальных расчетных программ. Каждый производитель имеет собственное программное обеспечение, которое позволяет быстро подобрать теплообменник и рассчитать все необходимые характеристики.

www.teploobmenka.ru

Пластинчатые теплообменники. Работа и принцип действия. Технические характеристики и применение

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

В теплообменнике после сборки пластины стягиваются болтами до требуемого размера, при этом уплотнительные резиновые прокладки образуют системы изолированных друг от друга герметичных каналов — для греющего и нагреваемого теплоносителя. Каждая последующая пластина развернута относительно предыдущей на 180 градусов, что, создавая условия для турбулентного движения жидкости, повышает эффективность теплообмена, и одновременно служит для обеспечения жесткости пакета пластин.

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.

При сборке направляющие — верхняя и нижняя — сначала закрепляются на штативе и неподвижной плите. Далее, на направляющие надевается сначала пакет пластин, а затем подвижная плита. Подвижную и неподвижную плиты стягивают болтами.

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:

  • одноходовые;
  • двухходовые с циркуляционной линией и без нее;
  • двухходовые, выпускающиеся в виде моноблока. Используются для систем горячего водоснабжения;
  • трехходовые.

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.

Компактность

Основной фактор, играющий большую роль при компоновке и размещении оборудования — его компактность. Размеры пластинчатого теплообменника меньше, чем, например, кожухотрубного. Более высокое значение коэффициента теплопередачи позволяет достичь и более компактных размеров. Так, теплопередающая поверхность составляет 99,0 — 99,8% от общей площади пластины.

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

Периодические ремонты оборудования всегда связаны со сборно- разборочными работами. Демонтаж кожухотрубного теплообменника — это весьма сложное инженерное мероприятие. Для демонтировки и извлечения пучка труб необходимо использование подъемных механизмов и весь процесс разборки занимает достаточно много времени. При ремонте пластинчатого теплообменника применение подъемных механизмов не требуется. С ремонтом свободно и достаточно быстро справится бригада в 2-3 человека.

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.

Область применения

  • Охлаждение воды на промышленных ТЭС
  • В сталелитейном производстве
  • Автомобильная промышленность
  • В системах отопления, водоснабжения и вентиляции в любых зданиях применяются пластинчатые теплообменники разборного типа;
  • Пластинчатые теплообменники используются на производстве в системе душевых сеток;
  • Воду в бассейнах подогревают часто именно пластинчатыми теплообменниками;
  • Пластинчатые теплообменники служат для охлаждения жидких пищевых продуктов, гидравлического, трансформаторного и моторного масел;
  • Для систем напольного отопления используют пластинчатые теплообменники разборные;
  • Теплоснабжение небольших районов или высотных зданий обеспечивается зачастую пластинчатыми теплообменниками.

intech-gmbh.ru

Пластинчатые теплообменники | Теплообменники от производителя с доставкой по России

/01

Теплообменник для системы отопления

Задача этого теплообменника передать тепло от источника тепла (котел, тепловые сети) к потребителям тепла (батареи, воздушное отопление и т.д.). Контур источника тепла и контур потребителя тепла гидравлически разделены — теплоносители не смешиваются. Вы сможете использовать в качестве рабочих сред воду и гликольные смеси.

Подобрать

/02

Теплообменники для системы горячего водоснабжения (ГВС)

В системе горячего водоснабжения теплообменник нагревает холодную воду (5С) до (60С). При температуре (60С) уничтожаются все бактерии и микроорганизмы, содержащиеся в воде. За счет того, что контуры теплообменника гидравлически разделены — горячая вода будет питьевого качества. 

Подобрать

/03

Теплообменник для теплого пола

Этот теплообменник передает тепло от источника тепла к теплоносителю, который циркулирует внутри теплого пола. В качестве теплоносителей можно использовать гликоли и антифризы. За счет компактных размеров пластинчатые теплообменники легко «спрятать» в нишу или коллекторный шкаф.

Подобрать

/04

Теплообменники для пищевых сред

Пластины и патрубки из нержавеющей стали, уплотнения из пищевой резины позволяют применять пластинчатые теплообменники в пищевом производстве. Мы изготовим теплообменники для охлаждения сусла, пастеризации молока, а также нагрева или охлаждения любых пищевых сред. 

Подобрать

/05

Теплообменник для нагрева воды в бассейне

Температура воды в бассейне должна поддерживаться в пределах 25С-28С. Для этого устанавливают систему нагрева воды. Теплообменник в этой системе передает тепло от источника тепла к воде из бассейна. Эти теплообменники изготавливаются с нержавеющими и титановыми пластинами (для морской воды).

Подобрать

/06

Пароводяной теплообменник

Пароводяные теплообменники применяются в системах отопления и горячего водоснабжения. Нагрев воды происходит за счет пара, поступающего в теплообменник. Пар отдает тепло воде и превращается в конденсат. Максимальная температура пара не должна превышать 195С.

Подобрать

/07

Нестандартный теплообменник

Вам необходимо нестандартное решение? У нас огромный опыт решения подобных задач. Мы рассчитывали и изготавливали теплообменники для нагрева кислот, майнинга (охлаждение видеокарт), охлаждения термальных вод, нагрева нефтепродуктов и т.д. Расчеты нестандартных теплообменников проходят проверку главного инженера.

Подобрать

teploobmennik-russia.ru

Разборка и сборка пластинчатого теплообменника

Содержание статьи

Введение

Разборка и сборка пластинчатого теплообменника – часть регулярного обслуживания подобного вида устройств, которые были рассмотрены в предыдущей статье.

В процессе эксплуатации теплообменного агрегата на его внутренних поверхностях скапливаются отложения, накипь, ржавчина и другие загрязнения, что приводит к снижению эффективности передачи тепла от одной среды другой. Чтобы очистить теплообменник – необходимо произвести его разборку, промывку и последующую сборку.

Если регулярное обслуживание производилось не вовремя, а также в результате экстремальных нагрузок – возможны протечки уплотнений и деформация пластин, что потребует их замену и, как следствие, разборку агрегата для доступа к поврежденным элементам. 

Схема пластинчатого теплообменника в разобранном виде

Схема пластинчатого теплообменника в разобранном виде

Как разбирать пластинчатый теплообменник

Порядок разборки пластинчатого рекуператора выглядит следующим образом:

  1. Необходимо запастись парой фрикционных ключей подходящего диаметра на соответствующий размер стяжных болтов (так для теплообменника Ридан НН 04 – это 24-ый диаметр), в случаях разбора крупных агрегатов это может быть пневмоинструмент.
  2. Чтобы не порезать руки о края пластин, используются защитные перчатки.
  3. Дренируются и отключаются подводящие трубопроводы. При этом желательно сохранять видимое расстояние между трубами и корпусом теплообменника.
  4. Для того, чтобы после обслуживания собрать пакет в правильном порядке, каждая пластина нумеруется несмываемым маркером. Альтернатива: перед разборкой проводят маркером по рёбрам рабочих пластин (по диагонали).

Маркировка пластин теплообменного аппарата при разборке

Альтернативный вариант маркировки

  1. Если аппарат новый – кусачками срезается заводская пломба, а со шпилек снимается защитная изоляция.
  2. Замеряется размер стяжки пакета пластин (понадобится при обратной сборке).
  3. Во избежание повреждения резьбы на шпильках и стяжных болтах перед разборкой необходимо смазать их поверхность «графиткой» или обработать жидкостью WD-40.
  4. Если в теплообменнике стяжных шпилек 4, то по диагонали ослабляются на 1-2 оборота стяжные гайки. Если их больше, например, 6, то вначале ослабляют центральные, и только потом переходят к угловым.

Порядок ослабления стяжных болтов при разборке пластинчатого теплообменника

Порядок ослабления стяжных болтов 

  1. Полностью раскручиваются стяжные гайки и снимаются вместе со шпильками.
  2. Подвижная плита отодвигается до упора, чтобы получить доступ к пластинам.
  3. Поочерёдно раздвигаются пластины (сначала отводятся их нижние края) и снимаются с рамы.

Вначале сдвигается нижний край пластины

Важно: металлические пластины иногда подвергаются воздействию экстремальных температур, после чего их бывает сложно разъединить. Необходимо действовать предельно аккуратно, чтобы не порвать уплотнители.

Как правильно собирать пластинчатый теплообменник

После проведения обслуживания — промывки теплообменного аппарата или замены нерабочих элементов, процесс сборки происходит в обратном порядке:

  1. Боковые плиты раздвигаются до упора.
  2. На раму устанавливается первая пластина и сдвигается к неподвижной плите. Прокладки должны быть обращены к этой плите.
  3. Ориентируясь на маркерные пометки, сделанные в процессе разборки, в правильном порядке собираются и устанавливаются оставшиеся пластины.
  4. Прижимная плита пододвигается к пакету пластин как можно ближе.
  5. Происходит установка шпилек, в случаях, когда обнаруживается их повреждение, неисправные шпильки и стяжные болты подлежат замене. 
  6. Все гайки затягиваются на один оборот, после чего необходимо убедиться, что уплотнители стоят ровно.
  7. Далее гайки затягиваются в порядке по диагонали, поочерёдно поворачивая их на 1-2 оборота.

Процесс сборки пластинчатого теплообменника хорошо показан на следующем видео:

Важно: чтобы пакет пластин встал ровно, после стяжки прижимная плита должна стоять параллельно неподвижной плите. Стягивать пакет нужно так, чтобы верхушка прижимной плиты опережала нижний край максимум на 1-2 см. Как только размер стяжки приблизится к максимально допустимому значению (которое замерялось ранее), опережение края следует уменьшить.

Запуск системы

В обратном порядке входы и выходы пластинчатого теплообменника подключаются к трубопроводам. Важно при монтаже перед подачей теплоносителей стравить воздух из внутреннего контура установки.

Если в процессе обслуживания уплотнения заменялись на новые, то подача начинается с холодного теплоносителя, дабы избежать повреждения прокладок, если же уплотнения не менялись, то подачу начинают с горячего теплоносителя, чтобы восстановить рабочие характеристики прокладок для правильного теплообмена.

В процессе запуска обязателен контроль за давлением и температурами на входе и выходе теплообменника.

Заключение

В этой статье мы постарались максимально подробно рассказать как происходит процесс разборки и сборки пластинчатого теплообменника. Если у вас остались какие-либо вопросы, то напишите или позвоните нам. В следующей статье рассмотрим применение пластинчатых теплообменников в системах отопления — подписывайтесь на новости! 

proteplo.org

Пластинчатый теплообменник: устройство, характеристики, принцип работы

Наиболее популярными стали пластинчатые теплообменники. Они передают тепло от горячего носителя к обогреваемой среде через пластины. Существует множество видов теплообменников, но подробно мы рассмотрим наиболее качественный вид – это пластинчатый теплообменник. 

Пластинчатый теплообменник


Содержание

  1. Как устроен пластинчатый теплообменник
  2. Характеристики пластинчатого теплообменника
    2.1 Преимущества
    2.2 Виды пластинчатого теплообменника
  3. Для чего применяют пластинчатый теплообменник
  4. Принцип работы

Как устроен пластинчатый теплообменник

Пластинчатый теплообменник представляет собой конструкцию, которая состоит из нескольких элементов:

  1. Несколько пластин.
  2. Крепежи для стягивания двух плит, которые в итоге образуют раму.
  3. Подвижная и неподвижная плита.
  4. Направляющие верхние и нижние. Они имеют вид прута с сечением в виде круга.

Размер и вес теплообменника зависит от количества пластин. Рама может быть разного размера в зависимости от мощности оборудования. Производительность увеличивается за счет количества пластин в пластинчатом теплообменнике. 

В каждой модели оборудования есть определенный показатель, который определяет количество встраиваемых пластин. Для обеспечения герметизации протоков, по которым будет протекать теплоноситель, в пластины устраивают резиновые прокладки. Чтобы обеспечить плотность при соприкосновении двух прокладок, которые расположены на соседних пластинах, стягивают пластины подвижной плиты к неподвижной. 

Крепежи и рама выполняют функцию создания корпуса и практически не несут никаких нагрузок. Все нагрузки воспринимают на себя пластины и прокладки. 

Характеристики пластинчатого теплообменника

В зависимости от назначения теплообменника, прокладки и пластины выполняют из разных материалов. Область применения пластинчатых теплообменников очень большая. В данном случае мы рассматриваем теплообменник для отопления дома, в котором он выступает как теплосиловое оборудование. Для отопительной системы пластины обычно изготавливают из нержавейки, а прокладки делают резиновые. При пластинах, изготовленных из нержавеющей стали, оборудование может соприкасаться с водой, которая нагревается до 110°.

Пластинчатый теплообменник

Для сложных процессов, в которых участвуют кислоты или масло, пластины изготавливают из разных сплавов, например, таких, как никель или титан. Прокладки же выполняют из асбестового материала.

Подобрать теплообменник и произвести расчет можно с помощью специальной программы. Для этого используют некоторые параметры оборудования:

  1. Первоначальная температура теплоносителя.
  2. Расход теплоносителя.
  3. Расход для нагреваемой среды.
  4. Необходимая температура для нагрева жидкости. 
Важно! В качестве обогревающей среды может выступать вода или пар. Вода нагревается от 95 до 115°, а пар до 180°. Такие значения напрямую зависят от типа котла. Для того чтобы температура воды получилась не больше 70°, подбирают специальное количество и размер пластин. 

Преимущества

К преимуществам можно отнести несколько факторов:

  • Небольшие размеры теплообменника. Следовательно, такое оборудование можно устанавливать в небольших помещениях;
  • Обеспечивает большой расход;
  • Диапазон расходов и площадей обмена весьма большой;
  • При наименьшей площади за 1 час протекает 0,2 м3 жидкости, а при наибольшей – 2000 м2 с учетом расхода более 3600 м3/ч.

Виды пластинчатых теплообменников

Разделяют несколько видов пластинчатых теплообменников:

  1. Сварные или паяные. В теплообменниках такого типа нет резиновых прокладок, а пластины жестко соединяются между собой и помещаются в цельный корпус. Такие теплообменники можно приспособить для нагрева и даже охлаждения воды в частном доме.
  2. Разборные. Такая модель позволяет быстро ремонтировать и обслуживать теплообменник. 

Для чего применяют пластинчатый теплообменник

Применяют пластинчатые теплообменники очень часто. Сфера их применения безгранична. Мы рассмотрим самые популярные варианты установки пластинчатого теплообменника:

  • Для охлаждения станков или машин, теплообменники применяют в металлургии и машиностроении. 
  • Отлично подходит пластинчатый теплообменник для охлаждения продуктов питания, поэтому его широко используют в пищевой промышленности. 
  • Для обогрева воды в бассейне, водопроводе или отопления дома. 
  • Для машинной промышленности.
  • В связи с тем, что нефтепродукты требуется охлаждать, применяют пластинчатые теплообменники в нефтяной промышленности. 
  • В суднах необходимо охлаждать различные системы и подогревать воду, поэтому такие теплообменники широко применяют. 

Такие теплообменники имеют воздухоохладитель, а также подогреватель для жидкостей. Их изготавливают из качественных материалов, которые тяжело подвергаются коррозии. А следовательно, срок эксплуатации оборудования высок. 

Принцип работы

Принцип работы пластинчатого теплообменника является сложным. Заключается это в том, что пластины расположены друг к другу с поворотом на 180 градусов. Их компонуют в один пакет из четырех пластин, создавая, таким образом, два коллекторных контура для подачи и отвода теплоносителя. Но при этом два крайних элемента не могут участвовать в теплопроцессе. 

Рассмотрим, какие виды компоновки бывают:

  • Многоходовая компоновка является сложной схемой, так как теплообменнику приходится перемещаться по неизменному количеству каналов. Происходит это из-за установки дополнительных пластин, в которые установлены глухие порты. В эксплуатации такая компоновка довольна затруднительна;
  • При одноходовой компоновке теплоноситель делят на потоки, которые параллельны друг другу. Он проходит по каналам и стекает в выводящий порт. 

Пластинчатые теплообменники при одноходовой компоновке намного выгоднее использовать, нежели с многоходовой. В таком случае обслуживание оборудования будет намного проще. 

Перед выбором теплообменник необходимо внимательно изучить всю информацию о данном приборе. Выбор моделей очень велик, поэтому следует тщательно рассчитать требуемую мощность и область применения теплообменника. Отрегулировать мощность оборудования можно с помощью прибавки или снятия пластин. Если вы купите теплообменник с небольшой мощностью, вы сможете сэкономить свои средства, а в дальнейшем добавить нужное количество пластин.

Для укрепления каналов между пластинами можно купить прокладки и резинки, которые смогут выдержать большие перепады температуры. Каналы теплообменника герметичны, поэтому такое оборудование является безопасным.

Читайте также:

baltgazservice.ru

Классификация пластинчатых теплообменников по схеме движения теплоносителей

Пластинчатые теплообменники можно классифицировать по схеме движения веществ, между которыми происходит теплопередача. В данной статье будут рассмотрены основные виды, которые имеют наиболее широкое применение.

Одноходовой пластинчатый теплообменник

Пластинчатый теплообменник, в котором направление движения каждого из теплоносителей постоянно и не меняется по всей длине теплообменника, называется одноходовыми. Например, в классическом пластинчатом теплообменнике-испарителе кипящий фреон всегда движется по межпластинчатым каналам вверх. В классическом пластинчатом теплообменнике-конденсаторе конденсирующийся фреон всегда движется вниз. Соответственно хладоноситель (вода, рассол, гликоль и т.д.) в данных двух случаях всегда движется в направлении, противоположном направлению движения фреона.

Таким образом, главной отличительной особенностью одноходового пластинчатого теплообменника является 100%-ный противоток теплоносителей. В случаях, когда разница температур двух теплоносителей достаточно мала целесообразно применить многоходовой пластинчатый теплообменник.

Многоходовой пластинчатый теплообменник

Многоходовой пластинчатый теплообменник применяется в случаях, когда необходимо достичь небольшой разницы температур между теплоносителями. В таком теплообменнике патрубки располагаются как на передней неподвижной так и на нажимной торцевой плите. В многоходовом пластинчатом теплообменнике потоки меняют направление в одном или нескольких ходах. Это может привести к следующим явлениям.

Конденсатор, как правило, может работать с нагрузкой от 100 % до 0 %. Однако в случае восходящего потока это не так в связи с возможностью затопления конденсатора. В результате при малых нагрузках поток будет неустойчивым, что, в свою очередь, приведет к проблемам в управлении. Поэтому конденсатор должен быть спроектирован так, чтобы поток в последнем ходе был направлен вниз, по крайней мере, если конденсатор должен работать при очень низкой нагрузке по сравнению с расчетной.

Испаритель не может работать нормально при нагрузке намного ниже номинальной из-за затопления каналов и задержки масла. Следовательно, нисходящий поток мог бы исправить этот недостаток. Однако возникает другая опасность, заключающаяся в разделении фаз при низкой скорости потока – жидкость будет проходить через первые каналы, а пар – через последний.

Чтобы уменьшить эту опасность, в первом ходе, где поток имеет самую низкую скорость, он должен двигаться вверх. Такая схема теплообменников очень хорошо подходит для реверсивных чиллеров. Поток хладагента меняет свое направление при реверсировании, когда кондиционер превращается в испаритель, и вышеупомянутое требование выполняется в обоих случаях.

Рассмотрим рисунок 1:

На рисунке 1 показана только одна сторона. Другая сторона является симметричным отражением относительно горизонтальной оси, т.е. имеет такие же газовыпускные и сливные отверстия. Число проходов не обязательно должно быть одинаковым на обеих сторонах.

А, Б. Газовыпускными и сливными отверстиями служат обычные соединительные патрубки.

В, Г. Для каждой стороны на передней или задней плите необходимо установить дополнительный газовыпускной или сливной патрубок.

Д, Е. Для каждой стороны на передней и задней плитах необходимо установить дополнительный газовыпускной и дополнительный сливной патрубок.

Ж, З. На одной из секций невозможно установить газовыпускной или сливной патрубок при любом расположении патрубков.

И, К. На одной из секций невозможно установить газовыпускной и сливной патрубки при любом расположении патрубков.

На рисунке 2 представлен теплообменник, двухходовой по воде и одноходовой по хладагенту.

Рисунок 2:

Такая многоходовая схема имеет следующие основные свойства:

  • Допускается только один входной и один выходной патрубки.
  • Стороны независимы. Можно иметь разное число ходов на каждой стороне, но не все варианты являются разумными.
  • Общее количество водных каналов на один больше, чем каналов хладагента, т.е. каждый канал хладагента окружен водными каналами.
  • В исключительных случаях – обычно, при малом перепаде температур между средами – каждый ход отделяется от соседних пустым холодильным каналом. В этом случае водных каналов больше, чем холодильных, на число ходов.
  • В случае несимметричной группировки каналов – неравного числа ходов на сторонах пластинчатого теплообменника – в одних группах каналов теплоносители будут двигаться в противотоке, в других группах в прямотоке, независимо от расположения входных патрубков.
  • В случае симметричной группировки каналов – равного числа ходов на сторонах пластинчатого теплообменника – в каждом ходе будет пластина с противотоком в соседних каналах. Это может создать проблемы, если на ход приходится малое количество каналов при условии малого перепада температур.
  • Соединение соседних ходов имеет либо форму буквы U, либо перевернутой буквы U. Это означает, что при останове системы в нижней части U-образных секций может остаться жидкость, а при пуске в верхней части перевернутых U-образных секций может остаться газ.

Чтобы полностью выпустить газ или слить жидкость из такого ППТО, необходимы дополнительные выпускные отверстия. Возможные варианты их расположения приведены на рис. 1. Поскольку пластинчатые теплообменники с более чем тремя ходами практически не применяются в холодильной технике, то проблем с выпуском газа и сливом жидкости не возникает. В нормальном режиме работы для предотвращения образования газовых пузырей необходимо, чтобы перепад давлений в каждом ходе был не меньше гидростатического давления, определяемого перепадом высот.

Применение многоходовых пластинчатых теплообменников обусловлено, в основном, следующими причинами:

  • Положение патрубков. Двухходовая схема дает возможность расположить патрубки на одной линии с трубами для теплоносителей.
  • Меры борьбы с замерзанием или загрязнением.
  • Обеспечение режимов с большой термической длиной.
  • Более полное использование доступного перепада давлений

Многоконтурный пластинчатый теплообменник

Во многих приложениях возникает необходимость в двух независимых контурах на одной из сторон. В основном это происходит в следующих двух случаях:

а) Среда должна быть нагрета или охлаждена в два этапа, причем на каждом этапе на второй стороне используются разные среды. Одним из примеров такого применения может быть переохладитель/перегреватель пара и испаритель. В этом случае один двухконтурный пластинчатый теплообменник может заменить два отдельных теплообменника. Хладагент испаряется в испарительной секции, затем поступает в секцию перегревателя пара/переохладителя.

Другой пример – это охладитель перегретого пара / конденсатор. В секции охладителя перегретый пар отдает в контур водопроводной воды явную теплоту, а в секции конденсации пар конденсируется с помощью охлаждающей воды.

б) В целях регулирования тепловой мощности, особенно в случае испарителя, контур хладагента разделяется на два номинально одинаковых контура. При полной нагрузке работают оба контура, при низкой нагрузке один контур отключен.

Типы теплообменников

Возможно несколько конструкций пластинчатых теплообменников с двухконтурной схемой одной из сторон: три для ПТО любого типа, одна для ПТО специального типа.

1) Обычный двухконтурный одноходовой пластинчатый теплообменник (рисунок 3).

2) Обычный двухконтурный двухходовой. На рисунке 4 показан пластинчатый теплообменник с двумя контурами теплоносителя по стороне 1 и двухходовым контуром по стороне 2.

3) Пластинчатый теплообменник со сдвоенными контурами

Обычный пластинчатый теплообменник с одноходовым контуром

Это обычный пластинчатый теплообменник, в котором соединительные патрубки одной из сторон расположены как на передней, так и на задней плитах. Перекрыв проходные отверстия хотя бы на одной из пластин, разделим эту сторону на два независимых контура. Для такого разделения можно использовать любую пластину, но чаще всего встречаются разбиения 50/50 и 33/67. Другая сторона остается одноходовой, часть среды на этой стороне контактирует с первым из контуров противоположной стороны, а другая часть – со вторым контуром.

Рисунок 3

В случае испарителя с двумя контурами хладагента такая конструкция чревата опасностью замерзания воды. Когда один контур отключен, вода проходит через эту секцию, не охлаждаясь. Вода на выходе из теплообменника представляет собой смесь охлажденной и неохлажденной воды. Если температура такой водной смеси используется потом для управления, например, регулирующим клапаном, низкотемпературным реле и т.п., это может привести к тому, что температура охлажденной воды опустится ниже нуля, т.е. ниже точки замерзания, хотя температура смеси будет выше нуля.

Отсюда следует, что такие методы управления тепловой мощностью допустимы только в системах, где одновременно работают все контуры. Одним из примеров является термосифонный испаритель, в котором хладагент проходит по одноконтурной стороне и охлаждает два жидкостных контура. Даже если один из жидкостных контуров будет отключен, то оставшийся контур будет работать без проблем.

Обычный пластинчатый теплообменник с двухходовым контуром

Эта конструкция, широко используется в обоих применениях а) и б), указанных выше. Как и в предыдущем случае, соединительные патрубки одной из сторон расположены и на передней, и на задней плитах. Установив хотя бы одну пластину без проходных отверстий на этой стороне, можно создать два контура. Каналы на другой стороне соединены по двухходовой схеме, так что каждый ход соответствует одному контуру противоположной стороны.

Рисунок 4

  • В аппарате может быть не более двух независимых контуров.
  • Два контура/хода необязательно должны иметь одинаковое
    число каналов.
  • Каждый из двух контуровдолжен быть одноходовым, с одним входом и одним выходом.
  • Стороны не зависят друг от друга.

Тепловые характеристики для пластинчатого теплообменника типа а) определяются просто. В сущности, это два теплообменника, таких, что выход одного теплообменника непосредственно соединен с входом второго. Поэтому такой теплообменник рассчитывается как два отдельных теплообменника (одной модели). Применение теплообменника типа б) нуждается в некоторых пояснениях. Такой пластинчатый теплообменник используется, в основном, как испаритель, в котором управление тепловой мощностью производится отключением одного или другого контура хладагента. На водной стороне имеется два хода, а каждый контур хладагента является одноходовым.

Такая конфигурация означает, что вода движется в противотоке с одним из контуров и в прямотоке с другим. Следовательно, тепловые мощности контуров не равны друг другу. Это необязательно является недостатком, поскольку такая схема вместо двух дает три уровня тепловой мощности (открыт контур 1, открыт контур 2, открыты оба контура).

Вся вода, в отличие от предыдущей конструкции, всегда проходит через активный контур, независимо от того, какой из них открыт. Это очень важно для испарителей, поскольку снижает опасность замерзания. Теплообменник такой конструкции работает хорошо, однако у него есть один очень серьезный недостаток. Падение давления на водной стороне обычно очень велико, поэтому немного моделей таких пластинчатых теплообменников находят применение.

www.teploobmenka.ru

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 скоростногопластинчатого 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.

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

  2. Многоходовые агрегаты. Их используют в тех случаях, когда разница между температурами жидкостей не слишком высока. Теплоноситель и нагреваемая среда движутся в разных направлениях.
  3. 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.

Производители выпускают разборные и паяные пластинчатые теплообменники.

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 процессвведения 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.

www.pto-service.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *