Действие пластинчатых теплообменников (ТО) основано на энергетическом взаимодействии двух сред посредством металлических пластин. При этом потоки изолированы и никак не взаимодействуют друг с другом. Конструктивно устройства подразделяются на паяные, разборные и сварные. Нюансы исполнения влияют на функциональность и назначение.
Принцип работы
Пластинчатые ТО эффективны за счет тесного соприкосновения теплоносителей. Последними могут быть жидкости или жидкость в сочетании с паром. Каналы теплоносителей разделены тонкой стенкой пластины и чередуются.
На входные отверстия через патрубки подают теплоносители. В процессе движения горячий поток согревает пластины, холодный — поглощает тепло. Подобный вид передачи энергии называют рекуперативным.
Поскольку металл обладает низким термическим сопротивлением, для ТО характерна эффективная передача тепла. Пластины изготавливаются холодной штамповкой из стойких к коррозии сплавов. Количество зависит от задачи, которую будет выполнять агрегат.
Для увеличения площади соприкосновения пластины делаются рельефными. Гофрированная поверхность способствует турбулентности потока. Помимо увеличения теплоотдачи, такая форма помогает длительное время избегать образования налета.
Для уплотнений используется материал Viton, нитриловая или этиленпропиленовая резина. Выбор зависит от назначения ТО, диапазона температур и давления, состава циркулирующих жидкостей или паров.
Вертикальные и горизонтальные теплообменники имеют нюансы применения. У вертикально ориентированных опора расположена на нижней крышке. Они предназначены для рекуперации между жидкими средами. Опора горизонтальных — верхняя и нижняя крышка. В них эффективно протекают процессы испарения и конденсации.
Пластинчатые ТО, независимо от габаритов и конструктивных особенностей:
- отличаются высоким КПД и низкими потерями тепла;
- удобны в транспортировке и обслуживании;
- компактны, легко встраиваются в технологическую линию.
Однако есть и небольшой минус. Для пластинчатых установок важна степень чистоты теплоносителя. Движение жидкости с взвешенными примесями через узкие каналы приводит к загрязнению и потере эффективности. Необходимо периодическое обслуживание, чистка.
Разборные пластинчатые теплообменники
Название агрегата определяет его главную особенность — устройство можно разобрать. Шпильки откручиваются, уплотнения и прижимная плита снимаются.
Процедура значительно упрощает уход за оборудованием. Каждую пластину можно осмотреть, очистить каналы. Процесс обычно автоматизируют и промывают детали с помощью техники, химических реагентов.
Основные элементы аппарата:
- опорная и прижимная плиты;
- несущая база — нижняя и верхняя направляющие;
- пакет пластин с отверстиями для энергоносителей;
- уплотнения;
- соединительные шпильки.
Еще один плюс разборного теплообменника — пригодность к ремонту. Потерявшие функциональность уплотнители, пластины, крепеж легко заменить. Это значительно увеличивает сроки эксплуатации. В условиях непрерывного производства, в отопительный сезон быстрое восстановление ТО имеет большое значение.
Пластинчатая конструкция за счет приведения контактной поверхности в плоскую форму позволила увеличить интенсивность теплопередачи. С помощью удаления или добавления даже одной пластины можно существенно изменить производительность установки.
В качестве слабой стороны разборных пластинчатых ТО можно отметить недостаточную химическую устойчивость. Агрессивность среды, повышение температуры, давления в системе негативно влияет на состояние уплотнителей.
Сварные пластинчатые ТО
Для теплообмена между агрессивными средами герметизация за счет уплотнителей-эластомеров не продуктивна. В этом случае используют сварное соединение пластин. Пакет размещают в стальной раме из углеродистой стали с крышками. У полусварных ТО съемные боковые стенки позволяют проводить визуальный технический осмотр. Пластины изготавливаются из специальной нержавеющей стали, титана.
Теплообмен происходит в полностью герметичном металлическом контуре, поэтому:
- устройства используются для агрессивных сред;
- конструкция работает в условиях высоких и низких температур, предельного давления;
- обслуживание не требует закупки комплектующих, их замену;
- сварка позволяет исключить влияние агрессивных теплоносителей на внешнюю среду, избежать ядовитых испарений.
Для очистки полостей и каналов в сварной конструкции можно использовать химически активные средства. Выбор зависит от характера технологического процесса, санитарных требований.
Теплообменники сварного типа используются в металлургии, на химических комбинатах, в нефтегазовой отрасли. Аппараты хорошо зарекомендовали себя в системах тепло и энергоснабжения, атомной энергетике, в ходовой части и обустройстве морских судов.
Паяные пластинчатые ТО
Паяные теплообменники — единственный тип, который способен работать с фреоном. В качестве жидких сред в аппаратах могут протекать вода, спирт, пищевые растворы, масло-жировые, иммерсионные составы.
Кроме сварки, для герметизации пакета пластин применяется пайка. Устройства имеют гораздо меньшие габариты, чем разборные и сварные, но справляются со своей задачей не хуже.
Области применения:
- отопительные системы, кондиционеры;
- фармацевтика, металлургия;
- машиностроение, холодильная техника;
- текстильные и пищевые предприятия;
- химическая, нефтегазовая промышленность.
Для спайки используют медный припой. Пластины, контактирующие с химически активными средами, соединяют никелем.
Сравнение паяных, разборных, сварных ТО
Чтобы сделать корректный выбор, учитывается сфера применения, условия работы, задачи ТО. Иногда решающим доводом может стать ограничение площади размещения. В большинстве случаев, когда нет особых требований по показателям, отдается предпочтение преимуществам разборной установки.
Паяные и сварные аппараты менее чувствительны к температуре, сохраняют герметичность при высоком давлении. Однако по мощности они отстают. При показателе более 150кВт стоит выбрать разборный теплообменник.
Для газообразной среды допустимы сварные и паяные ТО. Для энергообмена жидкостей подойдут и те, и другие. Если показатели температуры и давления не сужают поиск, обращают внимание на состав среды. Для более загрязненных примесями выбирают разборные установки.
Сравнительная таблица
Сварочные, паяные и разборные пластинчатые теплообменники подбираются в несколько этапов. После теплового, конструктивного и гидравлического расчетов, нужно провести сверку параметров с заданными. Поскольку процедура трудоемкая и требует большого объема знаний, опыта, лучше доверить ее специалистам.
