Конструкция теплообменника пластинчатого: Устройство пластинчатого теплообменника и конструкция

Устройство пластинчатого теплообменника и конструкция

Давайте разберемся,  из   чего   состоит   разборный теплообменник.

1 – передняя неподвижная плита, 2 – верхняя направляющая, 3 – задняя подвижная плита, 4 – задняя стойка (штатив) , 5 – рабочая пластина с уплотнением, 6 – нижняя направляющая, 7 – патрубки, 8 – ролики для перемещения пластин вдоль направляющих, 9 — шильд с названием и техническими данными, 10 — шпильки

Конструкция разборного пластинчатого теплообменника состоит из:

  • Гофрированных тонких пластин.

Могут выполняться из стали, титана и других сплавов, в зависимости от требований проекта. За счет рельефной поверхности, они обеспечивают высокую турбулентность потока рабочей среды и, соответственно, высокий коэффициент теплопередачи. При этом важно понимать, чтобы добиться максимальной производительности оборудования, нужно сделать правильный расчет пластинчатого теплообменника, который позволит найти оптимальное соотношение, между скоростью потока, объемом рабочей среды и габаритами агрегата.

  • Двух несущих балок.

Пластины теплообменника закрепляются на верхнюю балку и поддерживаются нижней.

  • Подвижной и неподвижной опорных плит.

Между ними размещается конструкция из балок и пластин (фиксация осуществляется стяжными болтами).

  • Уплотнительных прокладок.

Крепятся между пластинами, отвечают за герметичность каналов и препятствуют смешиванию рабочих сред. Прокладки теплообменника могут производиться из нитрилового каучука (для масляных сред), EPDM (для высоких температур) или материала HeatSeal (уникальная разработка компании Альфа Лаваль, применяемая в пароводяных средах).

Выше описана конструкция разборного пластинчатого теплообменника. Паяные модели изготавливаются по той же схеме, только соединение пластин в них производится методом пайки без использования уплотнительных прокладок. Поэтому такие модели дешевле разборных, но более дорогие в обслуживании и целесообразны лишь в средах высокого давления (около 50 Бар).

Конструктивные особенности:

  • Передняя неподвижная и задняя подвижная плита – представляют собой каркас агрегата и стягивают рабочие пластины.
  • Направляющие – закрепляются на передней плите и задней стойке-штативе, служат опорой для подвижной плиты и пластин (последние перемещаются вдоль направляющих по специальным роликам).
  • Теплообменные пластины имеют 4 отверстия и образуют между собой два изолированных и герметичных канала – для холодной и горячей рабочей среды.
  • Резиновые уплотнения фиксируются в канавках пластин при помощи эпоксидного клея или клипс. Клей не рекомендуется использовать в системах с большими перепадами давления, а клипсы – в окисляющей среде и при частых «вскрытиях» оборудования.
  • Разборные пластинчатые  теплообменники  производят на разных видах рам: консольной, двух- и трехопорной. Каждый агрегат обязательно оснащается шильдом, где указывается точное название модели и его техданные.

принцип работы, действия и устройство

Пластинчатый теплообменник имеет в комплектации следующие составляющие:

  • набор рельефных пластин,
  • плиты для стяжки,
  • стяжные болты.

Устройство пластинчатого теплообменника от «Завода Триумф» предусматривает сжимание гофрированных пластин при помощи стяжных плит. Нужное положение пластины получают благодаря направляющим деталям, а фиксируются посредством стяжных болтов. Именно от числа пластин в блоке устройства будет зависеть, до какой степени они будут сжиматься.

Уплотнение пластин друг с другом происходит при помощи термостойкой резины. Форма уплотнительного соединения позволяет правильно направлять потоки жидкостей: при такой конструкции смешение материалов невозможно. Рабочие среды поступают в теплообменник через патрубки, необходимые для полноценного процесса передачи тепла.

Функционирование оборудования

Если рассматривать пластинчатые теплообменники, то принцип действия этих аппаратов основан на создании теплообменной поверхности за счет набора пластин с гофрированными сторонами. Они должны быть одинаковыми по форме и размеру. Конструкция выглядит просто, но эффективность действия аппарата достаточно высокая.

Принцип работы и действия пластинчатого теплообменника заключается в распределении рабочих сред между каналами щелевидной формы. Они образуются за счет соприкосновения соседних пластин, сами же среды движутся в режиме противотока. Высокий КПД и компактность теплообменника достигаются именно за счет особого рисунка пластин. В пристенном слое за счет гофрированных поверхностей поток турбулизируется, что дает возможность интенсифицировать теплоотдачу даже при незначительных гидравлических сопротивлениях.

Благодаря усиленной турбулизации пластины загрязняются меньше, и не приходится часто выполнять работу по очистке поверхностей. В передних и задних плитах устанавливаются патрубки для подачи рабочих сред. При необходимости увеличения тепловой мощности и энергоэффективности устройства возможно добавление новых пластин, это не влияет на принцип работы пластинчатых теплообменников. Для наращивания мощностей может потребоваться дополнительное пространство, поэтому перед выбором и установкой аппарата стоит предусмотреть эту возможность.

Принципы работы

Принцип действия пластинчатого теплообменника связан с тем, что во время прохода сред через теплообменник происходит передача тепла пластине. Последняя охлаждается с обратной стороны нагреваемой средой. Пластины изготавливаются из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм. При специальном заказе комплектующих возможно изготовление более толстой стенки в 0,6 мм.

Плиты формируются по методу холодной штамповки. Уплотнительные прокладки изготавливаются из резиновой смеси EPDM. В устройстве плиты поворачивают относительно друг друга по оси на 180 градусов, в этом случае гофры на сопрягаемых поверхностях направляются в противоположные стороны.

Существует несколько типов теплообменников:

  • одноходовые,
  • двухходовые с циркуляционной линией и без нее,
  • двухходовые моноблочные,
  • трехходовые.

пластинчатый теплообменник, наше оборудование

23.06.2015, 9762 просмотра.

Пластинчатые теплообменники: 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.

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 пластин100 (101)[-]
Длина пластины8.000[m]
Ширина пластины0.500[m]
Толщина пластины0.002[m]
Ширина холодного и горячего каналов0. 008[m]
Температура горячей воды353.15[K]
Температура холодной воды293.15[K]
Массовый расход горячей и холодной воды400.0[kg/s]
Коэффициент загрязнения на горячей и холодной стороне0.00005[m2W/K]
Теплопроводность материала пластин50[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 поверхностиA_hx = 8.000 * 0.500 * 100 = 400[m2]
Количество горячих и холодных каналовN_ch = 50[-]
Площадь сечения одного каналаA_fch = 0.008 * 0.5 = 0.004[m2]
Периметр сечения каналаC_fch = 2 * (0.008 + 0.5) = 1.016[m]
Гидравлический диаметрD_hyd = 4 * A_fch / C_fch = 0.015748[m]
Площадь сечения для жидкостиA_flow = N_ch * A_fch = 0.2[m2]
Массовый расход жидкостиG = M_flow / A_flow = 400.0 / 0.2 = 2000.0[kg/m2/s]
Плотность воды при 50°Cu_w = 0. 0.4 = 10372 [W/m2/K]
Коэффициент теплового сопротивления пластины на м2R_pl = thickness/cond = 0.002 / 50 = 0.00004[m2W/K]
Общее сопротивление теплопередаче на м2R_t = 2/U_w + 2 * R_foul + R_pl
R_t = 2/10372 + 2*0.00005 + 0.00004 = 0.0003328
[m2W/K]
Общий коэффициент теплопередачиU_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.






























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.

Пластинчатые теплообменники: типы, принцип работы, конструкция

Назначение

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

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

История

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

Типы пластинчатых теплообменников

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

  • разборные,
  • паяные,
  • сварные
  • полусварные.

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

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:

Рисунок 2 – Конструкция пластинчатого теплообменнника

ПТ состоит из:

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

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

Типовые пластины и прокладки

Пластины

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

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

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

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

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).

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

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

Многопроходная схема

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

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

Достоинства и недостатки

Достоинства

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

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

Недостатки

  1. Ограничения температуры и давления: важное ограничение ПТ связано с пластинчатыми прокладками. Давление и температура, превышающие 25 атм и 160 °С соответственно, недопустимы, поскольку они могут привести к утечке стандартных прокладок. Однако прокладки, изготовленные из специальных материалов, выдерживают температуру до 400 °С, и есть возможность приварить или припаять пластины друг к другу, чтобы работать в более тяжелых условиях. Это имело бы дополнительные преимущества увеличения эксплуатационных пределов, а также возможность работы с агрессивными жидкостями, поскольку это исключило бы необходимость в прокладках. Однако ПТ утратит свои основные преимущества гибкости и простоты очистки, а оборудование станет более дорогим.
  2. Высокий перепад давления: из-за гофрированных пластин и небольшого пространства потока между ними перепад давления из-за трения высок, что увеличивает затраты на перекачку. Падение давления может быть уменьшено путем увеличения числа проходов за проход и разделения потока на большее число каналов. Это уменьшает скорость потока в канале, следовательно, уменьшая коэффициент трения. Однако коэффициент конвективной теплопередачи также снижается, что снижает эффективность работы теплообменника.
  3. Фазовый переход: в особых случаях ПТ могут использоваться в операциях конденсации или испарения, но не рекомендуются для газов и паров из-за ограниченного пространства внутри каналов и ограничений давления.
  4. Типы жидкостей: обработка жидкостей, которые являются высоковязкими или содержат волокнистый материал, не рекомендуется из-за высокого перепада давления и проблем распределения потока внутри ПТ. Следует также учитывать совместимость между жидкостью и материалом прокладки. Следует избегать легковоспламеняющихся или токсичных жидкостей из-за возможности утечки.
  5. Утечка: трение между металлическими пластинами может вызвать износ и образование небольших отверстий, которые трудно обнаружить. В качестве меры предосторожности рекомендуется нагнетать технологическую жидкость под давлением, чтобы уменьшить риск загрязнения в случае утечки из пластины.

Принцип работы пластинчатых теплообменников

Пластинчатый теплообменник предназначен для теплообмена в технологических процессах, в которых необходим нагрев или охлаждение теплоносителей. Теплоносителями являются следующие рабочие среды: жидкость, газ, пар. Принцип работы связан с нагревом (охлаждением) одной среды за счет другой через каналы между теплопередающими пластинами.
Конструкция аппарата

Пластинчатый теплообменник состоит из гофрированных пластин, которые изготавливаются из металлов и сплавов, в зависимости от условий эксплуатации. Наиболее распространенным из них является нержавеющая сталь марок AISI и SMO. Для специального назначения подбираются такие материалы как: титан, никель, латунь и различные сплавы. Теплопередающие пластины прикрепляются между собой и закрепляются рамами. Между пластинами используются уплотнения, которые образуют герметичность и препятствуют смешиванию теплоносителей.

В совокупности такая конструкция гарантирует высокую турбулентность потоков и существенно увеличивает коэффициент теплопередачи.

Alfa Laval Group является мировым лидером производства теплообменников различных типов. Научная база и накопленный десятилетиями опыт позволяет разрабатывать инновационное оборудование для различных сфер применения. Пластинчатый теплообменник Альфа Лаваль гарантирует максимальную эффективность, высокое качество, долговечность и безопасность в работе.
Области применения пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменные устройства широко используются практически во всех отраслях промышленности.

Жилищно-коммунальный комплекс — системы отопления, горячего водоснабжения, тепловые пункты, нагрев воды в бассейнах.

Машиностроение — в системах охлаждения масел и производственного оборудования;

Пищевая промышленность – охлаждение сиропов, пивного сусла, молока и йогуртов;

Нефтяная и нефтехимическая промышленность и ряд других направлений.
Принцип работы аппарата

Теплоноситель двигается по каналам между пластинами, в которых чередуются рабочие среды (греющая, нагреваемая и далее по порядку).

Виды теплообменников

Рассмотрим типы данных устройств:

Одноходовой. Греющий теплоноситель движется непрерывно в одном направлении по площади пластин за счет противотока жидкостей.

Многоходовой. В основном используется в случае незначительной разницы в температуре теплоносителей, которые двигаются в разном направлении.

Многоконтурный. Является наиболее оптимальным вариантом, потому что имеются 2 независимых потока рабочих сред, каждый из которых расположен на противоположной из сторон теплообменника.

Необходимая мощность достигается за счет количества теплопередающих пластин, количество может варьироваться от 5 шт. до 700 шт. и более. К тому же, в разборных теплообменных аппаратах имеется возможность варьировать количество пластин и тем самым увеличивать или уменьшать мощность.

Необходимо грамотно подходить к выбору пластинчатого теплообменника, потому что для различных производств и процессов используются специальные материалы. Тем самым обеспечивается максимальная эффективность работы.

«Комплексное снабжение» занимается производством и поставками теплообменного оборудования по всем регионам РФ и Казахстана. Опытные инженеры производят точный расчет и подбор варианта по соотношению цена-качество.

ИА «МордовМедиа». При использовании материала гиперссылка обязательна.

Не забудьте поделиться с друзьями в социальных сетях и мессенджерах:

Альфа Лаваль — Как работает пластинчатый теплообменник

Разборные пластинчатые теплообменники (GPHE) оптимизируют теплообмен. Гофрированные пластины обеспечивают легкий перенос тепла от одного газа или жидкости к другому.

Пластины разборного пластинчатого теплообменника с эластомерными прокладками. Они закрывают каналы и направляют среду в альтернативные каналы. Пакет пластин находится между пластиной рамы и прижимной пластиной. Затем он сжимается болтами между пластинами.Верхняя несущая планка поддерживает канал и прижимную пластину. Затем они фиксируют в этом положении с помощью нижней направляющей планки на опорной стойки. Эту конструкцию легко чистить и модифицировать (удаляя или добавляя пластины).

Вот три этапа сборки пластинчатого теплообменника с разборкой:

Зона теплопередачи пластинчатого теплообменника с разборками состоит из гофрированных пластин. Они находятся между рамой и прижимными пластинами. Прокладки действуют как уплотнения между пластинами.

Жидкости проходят через теплообменник в противотоке. Это дает наиболее эффективные тепловые характеристики. Это также позволяет очень близко подходить к температуре. Например, разница температур между входящей и выходящей рабочей средой.

Для термочувствительных или вязких сред холодная жидкость соединяется с горячей. Это сводит к минимуму риск перегрева или замерзания носителя.

Пластины доступны с различной глубиной прессования, с шевронным углом и гофрированной формой.Все создано для оптимальной работы. В зависимости от области применения каждый ассортимент продукции имеет свои особенности пластины.

Зона распределения обеспечивает поток жидкости ко всей поверхности теплопередачи. Это помогает избежать застойных зон, которые могут вызвать засорение.

Высокая турбулентность потока между пластинами приводит к более высокой теплопередаче и перепаду давления. Температурные расчеты Альфа Лаваль можно настраивать. Подходит для различных областей применения, обеспечивая максимальные тепловые характеристики при минимальном падении давления.

Альфа Лаваль — Метод расчета

Для решения тепловой задачи нам необходимо знать несколько параметров. Затем можно определить дополнительные данные.

Шесть наиболее важных параметров включают:

  • Количество передаваемого тепла (тепловая нагрузка)
  • Температура на входе и выходе на первичной и вторичной сторонах
  • Максимально допустимый перепад давления на первичной и вторичной сторонах
  • Максимальная рабочая температура
  • Максимальное рабочее давление
  • Расход на первичной и вторичной сторонах

Если известны расход, удельная теплоемкость и разница температур на одной стороне, можно рассчитать тепловую нагрузку.

Метод расчета

Тепловая нагрузка теплообменника может быть получена по следующим двум формулам:

1. Тепловая нагрузка, расчет Theta и LMTD

Где:

P = тепловая нагрузка (БТЕ / ч)

м = массовый расход (фунт / ч)

c p = удельная теплоемкость (BTU / фунт ° F)

δt = разница температур на входе и выходе с одной стороны (° F)

k = коэффициент теплопередачи (btu / ft 2 h ° F)

A = площадь теплопередачи (футы 2 )

LMTD = средняя логарифмическая разница температур

T1 = Температура на входе — горячая сторона

T2 = Температура на выходе — горячая сторона

T3 = Температура на входе — холодная сторона

T4 = Температура на выходе — холодная сторона

LMTD можно рассчитать по следующей формуле, где ∆T1 = T1 – T4 и ∆T2 = T2 – T3

2.Коэффициент теплопередачи и расчетный запас

Общий общий коэффициент теплопередачи k определяется как:

α 1 = Коэффициент теплопередачи между теплой средой и поверхностью теплопередачи (btu / ft 2 h ° F)

α 2 = Коэффициент теплопередачи между поверхностью теплопередачи и холодной средой (btu / ft 2 h ° F)

δ = Толщина поверхности теплопередачи (фут)

R f = Фактор загрязнения (фут 2 ч ° F / BTU)

λ = теплопроводность материала, разделяющего среду (btu / ft h ° F)

k c = Коэффициент чистой теплопередачи (Rf = 0) (BTU / ft 2 ч ° F)

k = Расчетный коэффициент теплопередачи (БТЕ / фут 2 ч ° F)

M = Расчетная маржа (%)

Комбинация этих двух формул дает: M = k c · R f

и.e чем выше значение k c , тем ниже значение R f для достижения того же расчетного запаса.

Для более полного объяснения теории теплопередачи и расчетов загрузите следующую брошюру:

Теория теплопередачи

Свяжитесь с нами, и мы свяжем вас с инженером по пластинчатым теплообменникам, который поможет вам в ваших расчетах.

Быстрые ссылки:

Как работают GPHE

Руководство по выбору

Важные особенности

Пластинчатая техника

GPHE и кожухотрубный

Метод расчета

Типы GPHE

Обслуживание GPHE

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

Выбор технологического теплообменника для вашего приложения

Кожухотрубные теплообменники, впервые представленные в 1900-х годах, уже давно используются во всех типах технологических приложений из-за их прочной конструкции. Кожухотрубные теплообменники способны выдерживать высокие давления и температуры, и эти особенности являются одной из причин их широкого использования.

В последнее время пластинчатые теплообменники становятся все более популярными благодаря их высокой эффективности и малой занимаемой площади.Конструкции пластинчатых теплообменников состоят из нескольких слоев гофрированных пластин, образующих серию каналов, по которым протекают жидкости. Эта высокоэффективная конструкция позволяет уменьшить размер блоков и требует меньшего содержания жидкости, чем кожухотрубные блоки той же мощности. Пластинчатые теплообменники по своей конструкции обеспечивают хорошую теплопередачу.

Гибрид — пластинчатая конструкция — сочетает в себе возможности кожухотрубного теплообменника при высоких давлениях и температурах с эффективностью и меньшими габаритами пластинчатого теплообменника.Гибридная конструкция позволяет некоторым процессорам заменять кожухотрубные блоки пластинчато-кожуховыми, что обеспечивает повышенную эффективность теплопередачи.

При более внимательном рассмотрении вариантов раскрываются преимущества каждой конструкции. Имейте в виду, что выбор лучшего теплообменника для технологического процесса зависит от многих факторов, в том числе рабочих параметров конструкции, совместимости с жидкостями, температуры подхода, распределения пространства и бюджета.

Наиболее распространенный тип пластинчато-рамочного теплообменника — это пластинчато-рамная конструкция с разборкой.

Кожухотрубная конструкция

Большинство людей знакомы с кожухотрубной конструкцией. В теплообменнике этого типа пучок трубок малого диаметра заключен в цилиндр или кожух большого диаметра. Как упоминалось ранее, одним из основных преимуществ этой конструкции является ее способность выдерживать высокие рабочие давления и температуры.

Еще одно преимущество кожухотрубного теплообменника — удобство обслуживания. Однако в некоторых сервисах трубы легко загрязняются.Такое загрязнение снижает общую эффективность системы.

Кожухотрубная конструкция является самым большим типом теплообменников, поэтому требуется достаточно места на полу. Из-за его большого размера и количества материала, необходимого для его изготовления, первоначальная стоимость может быть выше, чем у других вариантов теплообменника.

А пластинчатые теплообменники, сваренные с помощью лазерной сварки, могут использоваться для термической обработки жидкостей, паров или газов.

Пластинчато-рамочная конструкция

Пластинчато-рамочные теплообменники предлагаются в нескольких сборках.Самая распространенная — разборная пластинчато-рамная конструкция.

В конструкции с разборными пластинами и рамой между пластинами помещается прокладка из синтетического каучука для образования каналов для жидкости. Эта конструкция может быть ограничена в отношении температуры, давления и совместимости с жидкостями из-за эксплуатационных ограничений материала прокладки. Как правило, максимальная температура составляет 392 ° F (200 ° C), а максимальное расчетное давление — 400 фунтов на квадратный дюйм. За исключением молочных и санитарных применений, эти рабочие параметры обычно слишком низки для большинства производственных сред.

Если проектные параметры для технологического процесса предусматривают конструкцию с разборными пластинами и рамой, также важно подтвердить, что жидкости, проходящие через установку, совместимы с прокладками. Пластинчато-рамный теплообменник в сборе с уплотнением обеспечивает легкую очистку конструкции и простую замену загрязненных пластин.

Второй вариант пластинчато-рамной конструкции — цельносварной агрегат. Поскольку она сконструирована без прокладок, эта конструкция не имеет ограничений по температуре и давлению, присущих конструкции с прокладками.Сварные пластинчатые теплообменники используются во многих технологических процессах.

В дополнение к более высоким рабочим параметрам, цельносварная конструкция обеспечивает хорошую коррозионную стойкость. По сравнению с конструкциями с разборными пластинами, цельносварные узлы требуют больше усилий для очистки. Они не очень подвержены обрастанию и могут обеспечить долгий срок службы при правильном уходе. Кроме того, цельносварная конструкция исключает утечку, что может быть проблемой, пусть и небольшой, при конструкции с прокладками.

Пластинчатая конструкция

В этой конструкции полностью сварной пакет пластин вставлен в кожух, который распределяет напряжение и устраняет необходимость в прокладках. Этот тип теплообменника может выдерживать экстремальные температуры и давления. Он работает с жидкостями, газами или их переходными фазами.

Пластинчатый агрегат часто проектируется и изготавливается с учетом конкретных потребностей заказчика, а тип используемого металла определяется применением. Нержавеющая сталь является нормой, хотя титан используется, когда в процессе участвует высококоррозионная жидкость, такая как соляная кислота.

В отличие от кожухотрубной конструкции вероятность образования отложений при пластинчатой ​​конструкции мала. Вместо этого эти устройства почти всегда являются самоочищающимися: при пропускании жидкости через пластинчатые устройства, чем выше скорость работы, тем чище пластины. Трубки не обладают такими самоочищающимися свойствами и, следовательно, подвержены загрязнению.

Многие нефтеперерабатывающие заводы модернизируют свое оборудование на пластинчатую конструкцию. Пакеты, сваренные с помощью лазерной сварки, могут быть заменены трубными пучками в существующих кожухах теплообменников.Поскольку пакеты пластин меньше пакетов, установки перекрывают (например, сваркой) часть корпуса. В результате процесс обеспечивает более высокую эффективность при меньшей занимаемой площади. Эти пластинчатые теплообменники могут быть менее дорогими в эксплуатации, чем кожухотрубные, которые они заменяют, из-за снижения энергопотребления.

Большинство людей знакомы с кожухотрубной конструкцией. В теплообменнике этого типа пучок маленьких трубок заключен в большой цилиндр или кожух. Одним из основных преимуществ этой конструкции является ее способность выдерживать высокие рабочие давления и температуры.

Пластинчатая конструкция для пара

Недавняя установка может продемонстрировать некоторые преимущества модернизации пластинчатого теплообменника в технологическом процессе.

Химическая компания обратилась к нескольким производителям теплообменников в поисках единого теплообменника, который можно было бы использовать как для конденсации технологического пара, так и для переохлаждения пара. Инженеры одного производителя теплообменников разработали блок с высокоэффективными пластинами в пакете из двух пластин. Они поместили рюкзаки спиной к спине в оболочке с двойными открывающимися концами.Обширное тестирование продемонстрировало работоспособность обменника и позволило проекту продвинуться вперед.

Как правило, для конденсации технологического пара и переохлажденного пара требуются две отдельные части оборудования. В новой конструкции два пакета пластин позволяют иметь два входа и два выхода на стороне пластин. Это приводит к вдвое большему количеству холодной воды, поступающей во входное отверстие. Подача большого количества холодной воды в агрегат при запуске системы гарантирует, что агрегат поддерживает среду, необходимую для термической конденсации.

При этом установка предназначена для охлаждения пара водой из градирни. В результате установка может конденсировать и переохлаждать пар в одной единице оборудования. В новой конструкции пар конденсируется в одном блоке и переходит из выпускного отверстия в другой блок, который его переохлаждает.

Оборудование введено в эксплуатацию, и руководители химической компании довольны результатами. Снижены эксплуатационные расходы предприятия, поскольку перед теплообменником требуется меньшее охлаждение из-за высокой эффективности пластинчатого теплообмена.Кроме того, по словам руководителей химической компании, обслуживающий персонал ценит двойные открывающиеся концы, облегчающие обслуживание.

В заключение, хотя существует несколько типов теплообменников, решение о покупке часто может быть сужено из-за температуры и давления, необходимых для процесса. Другие факторы, которые следует учитывать, включают площадь основания оборудования и температуру приближения. Они идут рука об руку: чем меньше температура приближения, тем больше устройство.Кожухотрубные агрегаты обычно плохо работают при температурах ниже 20 ° F (11 ° C), поэтому для таких применений лучше подходят пластинчатые теплообменники.

Помните, что технологические требования для пластинчатых изделий обычно зависят от заказчика. Пластины поставляются разных размеров, а размеры теплообменника (количество и размер пластин, материал прокладок и т. Д.) Могут быть адаптированы к условиям работы клиента. Такая настройка не обязательно означает длительный график или более высокую первоначальную стоимость.Решения могут быть адаптированы из стандартных продуктовых линеек для удовлетворения технологических требований в различных отраслях промышленности.

Пластинчатый теплообменник

| Спецификация — Plate Concepts

A. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  1. Оборудовать и доставить на стройплощадку пластинчатые и каркасные теплообменники с мощностью и размерами, указанными в планах проекта (графики HVAC).
  2. Выбор пластинчатого теплообменника должен быть проверен производителем для обеспечения требуемой площади теплопередачи для рабочих условий и перепадов давления, как указано в графиках и / или чертежах.
  3. Пластинчато-рамный теплообменник должен поставляться полностью собранным, отдельно стоящим, испытанным на заводе под давлением, промытым, высушенным и готовым к подключению на строительной площадке.
  4. Когда требуется монтаж в полевых условиях, производитель должен выполнить испытания под давлением на заводе, промыть их, очистить и высушить, затем разобрать и надлежащим образом упаковать в ящики и промаркировать для монтажа на строительной площадке. На стройплощадке потребуется надзор производителя, и гарантии, собранные на заводе, останутся в силе.

B. КОНСТРУКЦИЯ ПЛИТ И РАМЫ

  1. Рама в сборе должна иметь болтовую конструкцию, чтобы можно было производить монтаж на месте, где это необходимо. Сварные сборки каркаса не допускаются. Подъемные проушины, предназначенные для подъема всего устройства.
  2. Все впускные и выпускные соединения должны быть расположены в неподвижной крышке. Предпочтительна такая же картина бокового потока.
  3. Пластинчатый блок должен быть спроектирован таким образом, чтобы выдерживать полное расчетное давление в каждом контуре независимо.Вся установка должна пройти гидростатические испытания в соответствии с Кодексом ASME, разд. VIII, разд. 1 для 1,3-кратного расчетного давления при максимальной рабочей температуре.
  4. Пластинчато-рамный теплообменник должен иметь емкость для будущего расширения не менее чем на 20% дополнительных пластин.

C. КОНСТРУКЦИЯ ПЛИТЫ И РАМЫ

  1. КРЫШКИ
    • Неподвижные и подвижные крышки должны выдерживать заданное расчетное давление без дополнительной арматуры или ребер жесткости. Подвижная крышка должна быть снабжена узлом роликового подшипника для тяжелых условий эксплуатации для агрегатов диаметром 3 дюйма и более.Материалом крышки должна быть коррозионно-стойкая углеродистая сталь (SA-516-70), очищенная (пескоструйная обработка), грунтованная и окрашенная эмалью или эпоксидной смолой.
  2. ПЛИТЫ
    • Должны быть предусмотрены пластины из нержавеющей стали (SA-240, 304SS или 316SS), спрессованные с гофрировкой в ​​елочку для оптимизации теплопередачи. Толщина должна быть не менее 0,4 мм. Пластины должны быть усилены в канавке несущей шины для предотвращения деформации и перекоса. Пластины должны иметь конструкцию выравнивания, предпочтительно блокирующий механизм, вдавленный в каждую пластину, который блокируется с соседней пластиной, обеспечивая точное совмещение пластины с пластиной для обеспечения надлежащего уплотнения пакета пластин.
  3. ПРОКЛАДКИ
    • Цельная формованная эластомерная прокладка, совместимая с жидкостями, показанными на чертежах. Прокладка должна иметь разгрузочные канавки в областях с двойными прокладками, чтобы предотвратить любое перекрестное загрязнение между горячими и холодными жидкостями. Прокладки должны быть из нитриловой резины (NBR) (для непаровых применений), где максимальные рабочие температуры ниже 250 ° F.
  4. ПЕРЕНОСКИ
    • Каждая пластина должна поддерживаться и направляться верхней и нижней несущей балкой, которая точно устанавливает пластины в сборке рамы.Верхняя планка, контактирующая с пластинами из нержавеющей стали, должна иметь обработанную поверхность из нержавеющей стали, которая обеспечивает легкость перемещения пластин. При открытии устройства конструкция несущей балки должна позволять удаление любой пластины из пакета пластин без удаления соседних пластин.
  5. СОЕДИНЕНИЯ
    • Трубные соединения диаметром 3 дюйма и более должны иметь конструкцию порта со шпильками. Трубные соединения диаметром менее 3 дюймов должны быть выполнены из нержавеющей стали с внешней резьбой типа MNPT.
  6. ЗАТЯЖНЫЕ БОЛТЫ
    • Должны быть предусмотрены болты из высокопрочной углеродистой стали (SA-193, B7). Фиксированные и свободные гайки должны быть из углеродистой стали для тяжелых условий эксплуатации (SA-194, 2H). Болты, гайки и шайбы должны быть оцинкованы.
  7. ОПОРЫ РАМЫ
    • Должны быть предусмотрены стальные опорные плиты для крепления к полу. Рама должна быть снабжена концевой опорой (выносной опорой) для агрегатов с портами размером 3 дюйма и более.
  8. ЗАЩИТНЫЙ КОЖУХ И ИЗОЛЯЦИЯ
    • Защитный кожух из оцинкованной стали должен охватывать связку внешних пластин.Заводская изоляция плиты и рамы, если требуется, должна быть показана на планах.

D. ТРЕБОВАНИЯ К КОДУ

  1. Производитель или его агент должны быть зарегистрированы в Национальном совете. Пластинчато-рамный теплообменник должен быть спроектирован и испытан в соответствии с последним Кодексом ASME, разд. VIII, разд. 1 требования. Расчетное давление и максимальные рабочие температуры должны соответствовать планам проекта.
  2. ДОПОЛНИТЕЛЬНО (согласно планам проекта) на блоке должна быть проставлена ​​печать с символом «U», а Инженеру должна быть предоставлена ​​заполненная ФОРМА U-1 для передачи Владельцу.

E. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

  1. После получения заказа производитель может предоставить в течение 1 недели необходимое количество сертифицированных отпечатков и данные о гарантии качества.
  2. Один (1) комплект необходимо вернуть производителю с пометкой «УТВЕРЖДЕНО» или с комментариями и исправлениями, если это необходимо.

F. УСТАНОВКА

  1. Производитель должен предоставить руководства по установке, эксплуатации и техническому обслуживанию.
  2. Устанавливать в соответствии с рекомендациями производителя.

G. ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

  1. Изготовитель пластинчатых и рамных теплообменников должен иметь как минимум 5-летний опыт работы.
  2. Приемлемые производители: PLATE CONCEPTS или аналогичные.

Какой теплообменник лучше? Объяснение трех основных типов …

Все теплообменники работают, пропуская горячую и холодную жидкости через противоположные стороны куска металла. Тепло от одной жидкости проходит через металл (который является теплопроводным) в другую жидкость без соприкосновения жидкостей.Высокая скорость жидкости, высокая турбулентность, большая площадь поверхности и большой перепад температур способствуют более эффективной передаче тепла. Однако разные конструкции более эффективны, чем другие, в зависимости от области применения.

Есть три распространенных типа теплообменников. Все они могут быть эффективными в различных приложениях теплопередачи, но оптимизация эффективности, стоимости и площади во многом зависит от конкретного процесса, в котором установлен теплообменник. В этой статье объясняются основные качественные различия между распространенными теплообменниками, чтобы помочь вам решить, какой из них наиболее подходит для вашего применения.

Кожухотрубные теплообменники

Кожухотрубные теплообменники названы правильно — основными компонентами являются пакет труб (вверху справа) и кожух, в который они помещаются. Одна жидкость проходит по трубкам, а вторая проходит через большую оболочку, окружающую трубки. Прототип кожухотрубного теплообменника имеет только одну внутреннюю трубку и обычно используется для обучения студентов-инженеров базовой концепции теплообменника.Однако на практике упаковка труб меньшего размера намного более эффективна, поскольку она значительно увеличивает площадь поверхности теплопередачи (и оказывает незначительное положительное влияние на турбулентность).

Кожухотрубный теплообменник на фотографии выше примерно в двенадцать раз эффективнее гипотетического однотрубного теплообменника того же размера. Однако у меньших трубок есть недостаток — если жидкость в вашем применении очень вязкая или содержит твердые частицы, она может засорить трубку и нарушить процесс теплопередачи.

Кожухотрубные теплообменники доминировали на рынке теплообменников до второй половины 20-го века, поскольку пластинчатые теплообменники начали заменять их во многих промышленных и большинстве систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Благодаря своей простой конструкции они также занимают видное место в программах инженерного образования во всем мире. У них есть много преимуществ, которые помогли им добиться этих достижений. Во-первых, они относительно дешевые — по сути, это просто связка трубок. Кроме того, благодаря гидро- и аэродинамической конструкции они могут поддерживать более высокие рабочие температуры и давления, чем ваш типичный пластинчатый теплообменник, который из-за своей компактности должен менять направление потока много раз за цикл.Это также означает, что падение давления от входа к выходу меньше, что может снизить затраты на электроэнергию.

Несмотря на преимущества, предпочтение отдается пластинчатым теплообменникам из-за лучшей теплопередачи (мы скоро увидим почему), более простого обслуживания и очистки, модульности и компактности.

Пластинчато-рамный теплообменник (пластинчатые теплообменники)

Пластинчатые теплообменники состоят из ряда пластин, скрепленных вместе в большой раме.Есть два входа и два выхода, а промежутки между пластинами чередуются между двумя жидкостями (горячая, холодная, горячая, холодная и т. Д., Как показано выше, справа). Эта конструкция обеспечивает очень высокую эффективность теплопередачи за счет большой площади поверхности — намного больше, чем кожухотрубный теплообменник, занимающий такое же пространство. Пластинчатые теплообменники также намного проще чистить и обслуживать, поскольку они спроектированы таким образом, чтобы их относительно легко разбирать и проверять. Кроме того, если в пластине обнаружен дефект, вы можете просто удалить две пластины и снова ввести устройство в эксплуатацию с немного меньшей производительностью, пока вы ждете замены.Кожухотрубные теплообменники не разделяют этой роскоши.

Хотя все пластинчатые теплообменники имеют гофрированные пластины, они могут отличаться по способу их уплотнения. В порядке возрастания герметичности (и цены) пластинчатые теплообменники могут быть разборными, паяными или сварными. Прокладки более подвержены поломке под давлением, но недороги и их легко заменить. Они также обладают незаменимым преимуществом модульности — разборный пластинчатый теплообменник можно полностью разобрать, а пластины можно добавить для увеличения мощности в любое время.Если пластинчатый теплообменник паяется или сваривается, очень сложно и дорого добавлять пластины постфактум. Как правило, разборные пластинчатые теплообменники предпочтительны в промышленных условиях, где гибкость имеет первостепенное значение. Сварные пластинчатые теплообменники встречаются редко из-за их дороговизны, но паяные пластинчатые теплообменники распространены в установках HVAC, где замена проще, чем обслуживание.

Пластинчатый теплообменник с ямками и пластинчатым змеевиком

Хотя ее доля на рынке намного меньше, чем у двух предыдущих категорий, технология змеевиковая пластина / пластина является лучшим решением для приложений, в которых одна из жидкостей не движется.Это также полезно при модернизации, например, при рекуперации отработанного тепла, что не было учтено в первоначальных чертежах. В общем, это хороший вариант для пассивного нагрева или охлаждения резервуара для хранения (например, резервуара для светлого пива или резервуара для молочных продуктов), где охлаждение или отопление в противном случае были бы дорогими.

Идея очень проста — два стальных листа свариваются точечной сваркой, а затем надуваются, чтобы образовались каналы между пластинами для протекания жидкости. Благодаря своей простоте и дешевизне материалов, технология змеевика / пластина с ямками обычно может быть адаптирована к любому конкретному применению.Наиболее распространенным применением является кожух резервуаров для пивных и молочных резервуаров, но секции пластины с углублениями также могут быть вырезаны, чтобы поместиться внутри резервуара, и погружены в хранящуюся жидкость для эффективной теплопередачи.

Пластина / пластинчатый змеевик с ямками предлагает лучшее из обоих вышеупомянутых типов теплообменников — он дешев, настраивается и компактен, но может выдерживать невероятно высокие давления и температуры благодаря конструкции и материалам. Его также можно добавить во многие производственные процессы, особенно для снижения затрат на электроэнергию или соблюдения экологических норм.

Какой вариант подходит для вашего приложения?

Пластинчатый теплообменник

ПТО

превосходят кожухотрубные варианты во многих секторах благодаря своей компактности, эффективности и простоте обслуживания. Если вам необходимо эффективно нагреть или охладить жидкость, которая является частью вашего существующего технологического процесса, то пластинчатые теплообменники могут стать для вас правильным решением. Узнайте, как конструкция и материалы, используемые в ПТО, делают их отличным источником теплопередачи при тесноте на полу.

ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Пластина с углублениями / Катушка с пластиной

Для приложений с высоким давлением / температурой, которые исключают использование традиционного пластинчатого теплообменника, лучшим решением может быть пассивная теплопередача, адаптированная к вашему существующему резервуару.Узнайте, как добавить в резервуар пластину с ямками, чтобы повысить эффективность и в то же время сэкономить место.

МНОГИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ТЕПЛООБМЕНА

Проектирование и выбор разборного пластинчатого теплообменника для переработки газа

R. Pramanik, Fluor Daniel India, Гургаон, Харьяна, Индия

В последние годы пластинчатые теплообменники (PHE) стали жизнеспособной альтернативой кожухотрубным теплообменникам (S & THE). ПТО, с его способностью оптимизировать тепловые характеристики, сделал тесный подход и перекрестные температурные приложения экономически целесообразными там, где они неэкономичны или практичны с конструкциями S & THE.

Однако, в отличие от своих коллег из S & THE, проектирование и проектирование PHE обычно выполняется поставщиком, а не компаниями, занимающимися предварительным проектированием (FEED) и детальным проектированием. Этот сценарий иногда затрудняет инжиниринговым компаниям оптимальное определение требований к PHE, что приводит к длительным обсуждениям на этапе детального проектирования и приводит к срыву сроков выполнения проекта.

Здесь обсуждаются основные вопросы проектирования и выбора ПТО с разборкой, наиболее распространенного типа пластинчатых теплообменников.При тщательном рассмотрении инженерными подрядчиками на ранней стадии разработки спецификаций на разборные ПТО, надлежащее проектирование может иметь большое значение для минимизации изменений на этапе детального проектирования.

Проблемы, связанные со спецификацией PHE. При разработке спецификаций PHE необходимо решить несколько вопросов.

Расчетное давление. Расчетное давление зависит от материала используемой прокладки и обычно ограничивается примерно 16 бар изб. Однако в некоторых случаях оно может достигать 25 бар изб.

Расчетная температура. Как и расчетное давление, расчетная температура также ограничивается материалом прокладки. Она варьируется от примерно 135 ° C с нитрилбутилкаучуком (NBR) до примерно 180 ° C с этилен-пропилен-терполимерным (EPT) каучуком, двумя наиболее распространенными формами прокладок. Однако использование специального прокладочного материала (сжатое асбестовое волокно) может повысить расчетную температуру примерно до 260 ° C. 1

Тип жидкости. ПТО может работать с парами низкой плотности, но он не должен сочетаться с большим потоком.Комбинация либо приведет к очень большому расстоянию между пластинами, что сделает передачу тепла неэффективной, либо потребует очень большого перепада давления при стандартном расстоянии между пластинами
.

Пластинчатый материал. Помимо пластичности, пластины в ПТО не ограничиваются материалом пластины (который в первую очередь определяется типом обслуживания) и могут быть изготовлены из множества различных материалов (например, нержавеющей стали, титана, хастеллоя, инколой 825, никель 200, монель 400, алюминиевая латунь, тантал и др.).

Одно из наиболее распространенных применений ПТО — это обслуживание морской воды. Ряд сплавов успешно использовался в качестве пластинчатого материала в морской воде. Медно-никелевые сплавы и аустенитные нержавеющие стали серии 300 обычно считаются минимальной отправной точкой для выбора материалов в морской воде, при этом супераустенитные нержавеющие стали, сплавы на основе никеля и титан предназначены для более тяжелых условий эксплуатации.

Щелевая коррозия является основным фактором при проектировании компонентов и выборе сплава для работы с морской водой и часто определяет выбор материалов, когда невозможно избежать трещин.Титан 1-го сорта, самый чистый и податливый, широко используется в ПТО.

Материал прокладки. Стандартные прокладочные материалы для ПТО — EPT и NBR. EPT обычно используется для нежирных / масляных аппликаций, а NBR — для масел / жиров. Однако применение масла / жира может иметь низкое содержание жира, что делает приложение более подходящим для EPT, а не для NBR. Другие каучуки, используемые для PHE, — это гидрированный нитрильный каучук (HNBR) и фторуглеродный каучук (FKM).

При высоких температурах резина будет быстрее подвергаться воздействию используемых химикатов, а также окружающего кислорода.Процесс окисления либо делает резину тверже (чаще всего), либо делает ее мягче (встречается реже), либо и то, и другое одновременно. В любом случае изменение свойств снизит производительность. Все резиновые материалы имеют максимальную постоянную температуру. Для поддержания хороших характеристик и достижения разумного срока службы эту температуру не следует превышать.

При низких температурах увеличивается жесткость и уменьшается эластичность. Это колебание влияет на уплотняющую силу прокладок.Все резиновые материалы имеют определенную самую низкую температуру, которая должна быть превышена, чтобы материал работал достаточно хорошо в качестве прокладки.

Способ прокладочного соединения. Прокладки крепятся к пластинам с помощью клея или механическим способом. В таблице 1 показано сравнение двух способов подключения.

Испытание прокладок. Если поставщик не имеет опыта использования предлагаемых прокладок для конкретной области применения, прокладку следует подвергнуть испытанию на погружение, чтобы измерить набухание прокладки, ее твердость и подверженность химическому воздействию.Испытание следует проводить при рабочей температуре с использованием куска указанного прокладочного материала максимальной толщиной 8 мм. Минимальная продолжительность теста — 15 дней. Изменение твердости прокладки не должно превышать 15 международных степеней твердости резины (IRHD) для фторполимеров и 10 IRHD для других. Изменение громкости не должно быть более 15%. 2

Тестирование клея. Если поставщик не имеет опыта использования предлагаемого клея для конкретной области применения, то клей следует подвергнуть испытанию погружением, чтобы измерить прочность клея и подверженность химическому воздействию.Испытание следует проводить с использованием 100-миллиметрового куска указанной прокладки при рабочей температуре в течение 15 дней. Половина (50 мм) прокладки должна быть приклеена к поверхности, эквивалентной поверхности канавки под прокладку предлагаемой пластины, т. Е. Следует использовать гладкую поверхность, если поверхность канавки под прокладку предлагаемой пластины гладкая, и гофрированная поверхность. поверхность, если поверхность канавки-прокладки предлагаемой пластины гофрированная. Конечная прочность на отрыв в ньютонах должна быть в пять раз больше ширины прокладки в мм (или в фунтах-силах, в 28 раз больше ширины прокладки в дюймах). 2

Граница загрязнения. В ПТО, как и в других компактных теплообменниках, обычной практикой является обеспечение запаса по засорению, который представляет собой величину, на которую необходимо увеличить площадь поверхности для учета засорения. Одним из вопросов, который горячо обсуждается при подготовке спецификаций ПТО, является запас загрязнения. В большинстве случаев запас засорения обычно завышается для PHE, поскольку игнорируются лежащие в основе различия в схемах потока между PHE и S & THE.

При определении факторов загрязнения ПТО следует учитывать несколько моментов:

  1. Турбулентность и напряжение сдвига стенки — два наиболее важных параметра, влияющих на загрязнение.Напряжение сдвига стенки, которое прямо пропорционально коэффициенту трения, 1 намного выше в ПТО. Турбулентность также намного выше в PHE по сравнению с S & THE. Оба эти фактора приводят к более низкой склонности к загрязнению в PHE по сравнению с S & THE.
  2. ПТО изготовлены из коррозионно-стойких материалов. Следовательно, вероятность загрязнения из-за коррозии намного ниже, чем у обычных S&T.
  3. Более высокая граница загрязнения требует большей площади поверхности, которая может быть обеспечена либо путем увеличения площади поверхности каждой пластины (путем выбора пластин с большей длиной и шириной), либо путем увеличения количества проточных каналов, либо и того, и другого.В таблице 2 показано сравнение того, как можно компенсировать дополнительный запас загрязнения путем увеличения длины пластины вместо количества проточных каналов. Увеличение количества проточных каналов или ширины пластины приведет к снижению скорости, что приведет к нарушению ограничений минимальной скорости. Это увеличивает вероятность засорения и сводит на нет цель дополнительной маржи. 3

Требуемые факторы загрязнения, которые должны быть указаны для PHE, всегда ниже, чем соответствующие значения для S & THE (например,g., как рекомендовано в TEMA 4 ), а запас загрязнения в типичном ПТО никогда не превышает 20% –25%.

Несколько рекомендаций по краям загрязнения доступны в API-661 2 и HTRI. 1 При отсутствии полевых данных при определении разумного запаса загрязнения для PHE можно использовать следующие рекомендации:

  1. API-662, приложение A: 2 Должен быть включен минимум 10% запаса по засорению. Для сырой нефти эту маржу, возможно, потребуется увеличить до 25%.Помимо фактора загрязнения, необходимо также указать сдвиг стенки, поскольку напряжение сдвига стенки является хорошим показателем тенденции к загрязнению в ПТО. Рекомендуется минимальное напряжение сдвига стенки 50 Па.
  2. HTRI: 1 Рассмотрите фактор загрязнения, который составляет примерно 25% от соответствующего значения для S&TH (приведенного в TEMA 4 ), или используйте факторы загрязнения, как рекомендовано в отчете HTRI PHE-1.

Философия экономии. В случае ПТО, имеющего несколько параллельных агрегатов для обслуживания большого теплового режима и требующего частого обслуживания (например,g., морская вода по сравнению с закрытой водой), поддержание большего количества единиц в работе с более высоким пределом загрязнения и меньшее количество единиц запасных, чтобы избежать простоев, иногда может быть контрпродуктивным, поскольку больший предел загрязнения может фактически привести к более высокому уровню загрязнения. склонность к засорению, что приводит к большему, чем ожидалось, простою. Следует тщательно выбирать использование философии экономии в этом типе услуг, чтобы минимизировать капитальные и эксплуатационные расходы.

Толщина листа. Пластинчатые материалы в ПТО выбираются так, чтобы противостоять коррозии.По этой причине он не предназначен для включения припуска на коррозию. Толщина пластины полностью зависит от перепада давления на пластине, характера гофрирования пластины и пластичности материала пластины. Обычно он варьируется от 0,5 мм до 1 мм, при этом минимум
указан в API-662.

Пластинчатый зазор. Типичный зазор между соседними пластинами варьируется от 2,5 мм до 5 мм в зависимости от расчетного давления и ограничений технологии изготовления пластин.В приложениях, где технологическая среда содержит твердые частицы или когда может происходить большое количество накипи, следует тщательно учитывать свободное пространство канала между соседними пластинами.

Гофра пластина. Гофрирование количественно определяется углом шеврона пластины (β). Способность пластины к теплопередаче и падению давления определяется β. Номенклатура β варьируется — β 1 или β 2 , как показано на рисунке 1. Примечание: β 2 = 180 — β 1 . Гофра листа (как определено β 1 ) обычно изменяется в пределах 25–65 °, при этом соответствующие значения для β 2 составляют 130–50 °.

Рис. 1. Способность пластины
к теплопередаче и падению давления определяется углом
ее шеврона (β).

Диапазон NTU пластины. Диапазон количества единиц передачи (NTU) — один из двух наиболее важных параметров для определения пластин PHE. 5 NTU определяется как отношение изменения температуры одной жидкости к средней логарифмической разнице температур между пластинами.NTU относится к общему коэффициенту теплопередачи (U) и падению давления (ΔP), как показано в уравнениях. 1 и 2: 5

(1)

(2)

где:

L = длина плиты

v = скорость через канал пластины.

Фактические показатели и константы пропорциональности указанных выше соотношений зависят от β. В зависимости от значения β возможны два типа пластин NTU:

  1. Пластины с низким NTU: NTU <1 и β приближается к 65 ° (пластина с малым углом наклона).Коэффициент трения и число Нуссальта уменьшаются, что приводит к низкой теплопередаче и падению давления. NTU может составлять всего 0,3 для однопроходного ПТО, работающего с водными жидкостями.
  2. Пластины с высоким NTU: NTU> 1 и β приближается к 25 ° (пластина с большим углом наклона). Коэффициент трения и число Нуссальта увеличиваются, что приводит к высокой теплопередаче и падению давления. NTU может достигать шести для однопроходного ПТО, работающего с водными жидкостями.

Максимальная пропускная способность. Этот второй по важности параметр для определения пластин PHE 5 регулируется размером отверстия в четырех углах пластины и определяет общий размер пластины, как показано на рис.1. Чем выше поток, тем больше диаметр порта и меньше полезная площадь теплопередачи, доступная для пластины определенной геометрии. Больший диаметр порта не только требует большего количества параллельных пластин для выполнения заданной задачи, но также вынуждает проектировщика выбирать пластину, которая шире, чем требуется с точки зрения теплового расчета. Эти два требования приводят к снижению скорости и увеличению вероятности засорения.

Один из способов размещения портов большого диаметра (с максимальным ограничением примерно 450 мм) и обеспечения очень высокого расхода (с максимальным ограничением примерно 3000 м 3 / час) без увеличения ширины пластины заключается в использовании «распорки» для смещения фланцевого соединения прямо перпендикулярно пластине.Типичная деталь проставки показана на рис. 2.

Рис. 2. Типовая деталь проставки.

Допустимый перепад давления. Поскольку коэффициент трения ПТО намного выше, чем в ПТО, для ПТО должно быть указано большее падение давления, чем для ПТО. Однако использование имеющегося перепада давления в PHE лучше, чем в S & THE; следовательно, общий перепад давления в ПТО будет меньше, чем в ПТО.

Скорость через пластинчатый канал. Типичная скорость v варьируется от 0,1 м / с до 1 м / с, при этом минимум определяется напряжением сдвига стенки 50 Па (поскольку значение ниже 50 Па может привести к частому загрязнению PHE 2 ), а максимальное значение зависит от имеющегося перепада давления.

Коэффициент расхода. Типичная геометрия ПТО не допускает большой разницы между расходами жидкостей в соседних каналах, не влияя на эффективность теплопередачи.Типичный однопроходный ПТО с максимальной эффективностью теплопередачи может обеспечивать соотношение потоков между двумя теплоносителями от 0,7 до 1,4. За пределами этого диапазона должен быть принят неравный проход, требующий значительного поправочного коэффициента LMTD.

Проблемы дизайна. При проектировании эффективности теплопередачи необходимо учитывать несколько ограничений, как подробно описано в следующих разделах.

Распределение потока. Правильное распределение потока через ПТО требуется для оптимального преобразования имеющегося перепада давления в теплопередачу, и для правильного понимания его необходимо подразделить на распределение потока через отдельные пластины и распределение через весь ПТО.

Раздача через индивидуальную тарелку. Распределение потока внутри пластины зависит от трех факторов:

  1. Расположение портов: входные и выходные порты могут быть диагональными или вертикальными, как показано на рис. 3, при этом диагональ обеспечивает лучшее распределение.
  2. Соотношение сторон: более высокое соотношение сторон (длина к ширине) приводит к лучшему распределению.
  3. Потери на входе в пластину: Так как области портов являются самой слабой частью пластины, они требуют усиления путем ограничения или уменьшения площади порта, что увеличивает потери на входе и рассчитывается приблизительно как 1 , как показано в уравнении.3:

(3)

где:

N p = Количество проходов

G p = массовая скорость порта.

Рис. 3. Диагональное и вертикальное расположение порта
.

Падение давления в порту должно составлять приблизительно 10% от общего падения давления в теплообменнике с хорошей конструкцией. 1 Это падение давления может достигать 25% для однопроходных теплообменников, но высокое падение давления в многопроходном теплообменнике будет влиять на теплопередачу.

Распространение через PHE. Возможны два типа распределения — U-образное и Z-образное, как показано на рис. 4. Каждая из этих схем характеризуется своими плюсами и минусами. В то время как U-образное расположение приводит к неравномерному распределению потока в канале, для этого требуются входные и выходные отверстия в фиксированной головной плите, что упрощает прокладку трубопроводов и техническое обслуживание.

Рис. 4. Сравнение U-образного расположения и Z-образного расположения.

Z-образное расположение, с другой стороны, обеспечивает одинаковую скорость по всем каналам, но усложняет трубопроводы и техническое обслуживание с впускным и выпускным портами в неподвижной головке и подвижных пластинах соответственно.

Когда правильное распределение становится столь же важным, как вопросы трубопроводов и обслуживания, разные типы каналов в U-образной схеме используются параллельно для одного и того же потока. Поток по каналам распределяется в зависимости от геометрии каналов, поскольку поток по всем пластинам остается одинаковым. Каналы L-типа рядом с подвижной пластиной приведут к меньшему падению давления и позволят большему потоку проходить через эти каналы, тем самым смягчая некоторые эффекты неправильного распределения U-образной конструкции.Такое расположение пластин предоставляется поставщиком PHE в виде «списка подвешивания пластин», и то же самое следует запросить на этапе детального проектирования, чтобы обеспечить надлежащее распределение потока через PHE.

Термическое смешение. Этот тип смешивания сочетает пластины с высоким NTU с пластинами с низким NTU в правильной пропорции, чтобы оптимизировать использование имеющегося перепада давления при теплопередаче, тем самым избегая многопроходности. Возможны три комбинации (как схематично показано
на рис.5):

  1. HH (H-канал): канал, образованный пластинами с высоким NTU с обеих сторон.
  2. HL (канал M): канал, образованный пластиной с высоким NTU с одной стороны и пластиной с низким NTU с другой. Этот канал используется, когда расход двух жидкостей сильно различается. Канал β принимается как среднее арифметическое значений β high и β low .
  3. LL (L канал): канал, образованный пластинами с низким NTU с обеих сторон.

Рис.5. Схематическое изображение трех типов комбинированных тарелок.

Справочник по проектированию теплопередачи 4 предоставляет типичный график зависимости NTU пластины от Δp смешанных пластин.

Рис. 6. Однопроходное устройство.

Типы расположения проходов. Иногда расположение проходов отличается от идеального 1–1 прохода (рис.6) и адаптирован к большим колебаниям расхода двух теплообменных жидкостей. Возможны два типа многопроходного режима, а именно многопроходный режим с равными проходами и многопроходный режим с неравными проходами, как показано на Рис. 7 и Рис. 8.

Рис. 7. Многопроходной с равным количеством проходов с обеих сторон.

Рис.8. Многопроходный с неравным количеством проходов.

Коррекция LMTD не требуется для однопроходного и многопроходного с равными проходами, поскольку потоки являются идеальным противотоком. Однако поправочный коэффициент требуется для многопроходного режима, когда проходы неравны, как, например, в случаях с большими неравными потоками, которые нельзя решить с помощью термического смешения. Однако эта поправка не так значительна, как в S&T, из-за отсутствия утечек или байпасных потоков. 1

Наконец, при определении деталей конструкции следует иметь в виду постоянный прогресс в технологии производства. Перед окончательным выбором пластинчатых теплообменников с разборными разводками следует уделить должное внимание рекомендациям поставщиков и пользователей. GP

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. 1 «Обзор существующего метода прогнозирования теплопередачи и падения давления в ПТО», Отчет PHE-1, Heat Transfer and Research Inc., март 1990 г.
  2. 2 «Пластинчатые теплообменники для нефтеперерабатывающих заводов общего назначения», Американский институт нефти, API-662, 1-е изд., Декабрь 1995 г .; и Международная организация по стандартизации, ISO-15547, ноябрь 2005 г.
  3. 3 Праманик Р., «Граница засорения пластинчатого теплообменника», «Мир химической инженерии», март 2014 г.
  4. 4 Ассоциация производителей трубчатых теплообменников Inc., «Стандарты ассоциации производителей трубчатых теплообменников», 8-е изд., 1999, Тарритаун, Нью-Йорк.
  5. 5 Тулукканам, К., Руководство по проектированию теплообменников, CRC Press, 2-е изд., 2013, Бока-Ратон, Флорида.

RITABRATA PRAMANIK обладает более чем 29-летним опытом в проектировании и проектировании теплового оборудования в нефтегазовой, нефтехимической, СПГ, минеральной, химической и энергетической отраслях. Его опыт включает управление проектами, консультирование по вопросам FEED и EPC, поставки и единовременные работы под ключ. Он работал с Fluor Daniel India в Нью-Дели с июля 2013 года.

Пластинчато-рамный теплообменник SUPERCHANGER®

Пластинчато-рамный теплообменник SUPERCHANGER®, иногда называемый разборным пластинчатым теплообменником или GPHE, обеспечивает выдающуюся эффективность передачи тепла от одной жидкости к другой, часто от воды к воде, или от пар в жидкость.Этот модульный теплообменник объединяет рамы, пластины и соединения, образуя множество конфигураций. Он используется во многих из тех же задач, что и кожухотрубные теплообменники.

ИНДУЦИРОВАННАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

Обеспечивает максимальную теплопередачу; вызывает очищающее действие, которое предотвращает засорение или образование накипи.

УМЕНЬШЕННЫЙ СЛЕД

Умещается на 20–50% площади корпуса и трубы, включая пространство для обслуживания и ремонта. И это стоит меньше

ВЫСОКАЯ УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ

Сотни стилей пластин, рисунков и глубин вытяжки для точного соответствия вашим требованиям

ПОДХОДЫ К ТЕМПЕРАТУРАМ

Менее 1 ° C (2 ° F), с буквами «U» или « к «значению от 3 до 6 раз выше, чем кожухотрубные теплообменники

ДОСТУПНОСТИ

Открывает в пределах своего собственного следа просто ослабив болты тяг и подвижные подвижную раму спину к опорной стойке

МАКСИМАЛЬНОЙ ЖИДКОСТЬ СОВМЕСТИМОСТИ

Диапазон сплавов, в том числе титана, а также различных эластомерных компаундов для прокладок, чтобы точно соответствовать характеристикам вашей жидкости для максимального времени безотказной работы

ХОТИТЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ТРЕБОВАНИЯХ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПЛАСТИНЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ?

Укажите свой адрес электронной почты, и мы отправим вам нашу техническую статью, в которой мы рассмотрим значение падения давления в теплообменнике.

СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАСТИНЫ И РАМЫ

  • Работа теплообменника при рабочих температурах и давлениях не выше 180 ° C (356 ° F) или 27,5 бар (400 фунтов на кв. Дюйм)
  • Расширение технологического процесса в ограниченном пространстве
  • HVAC
  • Рекуперация тепла из потоков низкосортных отходов
  • Вязкие жидкости или суспензии
  • Промышленные жидкости, подходящие для высоких скоростей теплопередачи при низких перепадах давления

СООТВЕТСТВУЮЩИЕ УСЛУГИ ДЛЯ ПЛИТ И РАМКИ

  • Технические специалисты сервисных центров Tranter имеют опыт и ноу-хау, прошедшие заводское обучение
  • Обеспечение обслуживания теплообменников для всех марок пластинчатых и рамных теплообменников в наших магазинах или на вашем предприятии
  • Безопасный осмотр и очистка пластинчатых и рамных теплообменников, а также услуги по замене прокладок и пластин, возвращение агрегатов в состояние OEM и эффективность
  • Все работы гарантируются письменными гарантиями на материалы и качество изготовления
  • 900 59

    ЛИТЕРАТУРА ПРОДУКЦИИ

    ПОДРОБНЕЕ О НАШИХ ПЛАСТИНАХ THERMOFIT ™

    • Самая высокая плита NTU DN200 в линейке Tranter.
    • Высокая турбулентность для уменьшения загрязнения, превосходная тепловая эффективность.
    • Уменьшенный размер, вес и занимаемая площадь устройства — меньшая стоимость.
    • Минимальная ширина листа во всем диапазоне размеров.
    • Пониженный перепад давления — меньшая насосная нагрузка.

    Конструкция пластин Tranter ThermoFit вызывает высокую турбулентность, которая улучшает как характеристики теплопередачи, так и снижает образование накипи или загрязнения. На самом деле здесь показаны четыре больших пластинчатых теплообменника с рамой в пределах примерно 400 кв.Пластинчатые и рамные теплообменники Tranter позволяют выполнять несколько технологических операций на небольшой площади.

    КАК РАБОТАЕТ ПЛАСТИНЧАТЫЙ И РАМНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

    В пластинчато-рамном теплообменнике прессованные гофрированные металлические пластины собраны в пакет и закреплены болтами в раме. Между каждой парой пластин имеется резиновая прокладка, которая предотвращает смешивание жидкостей и утечку из пакета пластин в окружающую среду.