Устройство и работа пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник

Пластинчатый теплообменник передает тепло от одной среды к другой с помощью одинаковых тонких пластин, изготовленных из титана или нержавеющей стали. Они удерживаются вместе с помощью тонкого зазора, поддерживаемого прокладочным материалом из резины и асбестового волокна. Они очень компактны и имеют дополнительное преимущество переменной емкости.

Из-за своей простой конструкции и большой поверхностной области пластины легко очистить и работать с теплообменным аппаратом. Он в основном состоит из шести основных частей, а именно: прижимная пластина, каркасная пластина, уходная штанга, направляющая штанга, пакет пластин и опорная стойка. В совокупности они образуют теплообменник пластинчатого типа, состоящий из пакета пластин из гофрированных металлических пластин с отверстиями для прохода текучей среды.

Пакет пластин удерживается на месте парой пластин; та, которая неподвижна, называется рамной пластиной, а та, которая может двигаться, называется прижимной пластиной. Даже количество пластин в пакете не является фиксированным, а определяется такими факторами, как расход, разность давлений, рабочая температура, типы жидкости и стоимость установки.

Одна металлическая пластина может иметь высокий или низкий тетра-рисунок, который способствует эффективному теплообмену между жидкостями. Эти типы гофрированных структур создают турбулентность в потоке, создавая гораздо лучший теплообмен между двумя средами. Плиты собраны таким образом, что горячее средство пропускает на одной стороне плиты пока холодные потоки на другом. Для лучшего теплообмена через металлическую пластину среды текут во встречном параллельном направлении.

Принцип работы

Пластинчатый теплообменник работает по простому принципу теплопроводности и второму закону термодинамики. Он в основном состоит из пакета пластин с четырьмя отверстиями для входа и выхода теплой и холодной среды. Эти теплые и холодные среды протекают по альтернативным каналам; с различными средами на противоположных сторонах пластины. Прокладка вдоль гофрированной пластинчатой структуры защищает среду от смешивания или перетекания на другую сторону пластины.

Две текучие среды в системе следуют по встречному пути потока: одна жидкость входит сверху, выходя снизу, а другая входит снизу и выходит сверху. Скорость потока контролируется в системе, чтобы избежать негативных последствий турбулентного потока, таких как эрозия. Тип и длина пластины выбираются в соответствии с требованиями заказчика; скорость теплообмена и его эффективность зависят от размера и толщины металлической пластины.

С серией пластин, сделанных с очень тонким зазором; тонкий слой жидкости образуется по обе стороны металлической пластины. Это обеспечивает большую площадь поверхности для теплообмена. Пластина может иметь различную гофрированную структуру в зависимости от требуемой эффективности расхода и разницы температур между жидкостями. При правильной работе можно добиться теплопередачи с разницей температур всего в один градус.

Распределение потока пластинчатого теплообменника

Простейшим типом устройства пластинчатого теплообменника является тот, в котором обе жидкости имеют только один проход, поэтому никаких изменений в направлении потоков жидкости не происходит. Этот тип известен как однопроходная схема 1-1 и делится на два подмножества: встречный поток и параллельный поток.

Заметным преимуществом однопроходной компоновки является то, что входы и выходы жидкостей могут быть установлены на неподвижной плите, что позволяет легко обслуживать и чистить оборудование, не прерывая работу трубы. Эта конструкция известна как U-образное расположение и является наиболее распространенной однопроходной конструкцией. Другой однопроходной конструкцией является Z-образная компоновка, в которой имеются входы и выходы жидкостей через обе концевые пластины.

Встречный поток, где токи текут в противоположных направлениях, обычно предпочтительнее параллельного потока, где токи текут в том же направлении из-за более высокой достижимой тепловой эффективности.

Многопроходные устройства также могут быть использованы для увеличения скорости теплопередачи или потока жидкости. Эти устройства обычно требуются в тех случаях, когда существует значительная разница между расходами токов. Ознакомиться с принципом работы и условиями эксплуатации пароводяных теплообменников можно в статье на нашем сайте.

Теплопередача пластинчатого теплообменника

Общая скорость теплопередачи между жидкостями, проходящими через пластинчатый теплообменник, может быть выражена следующим уравнением:

где U, A и ∆Tm-общий коэффициент теплопередачи, общая площадь пластины и эффективная средняя разность температур соответственно. 

Общая площадь плиты может быть рассчитана следующим образом:

Np и Ap - это количество пластин (кроме торцевых пластин) и площадь каждой пластины.

Типы пластинчатых теплообменников

Существует два основных типа пластинчатых теплообменников, включая Паяные пластинчатые теплообменники (BPHE) и Пластинчатые и каркасные теплообменники.

Пластинчатые и каркасные теплообменники

Пластины образуют каркас, в который пластины запрессовываются коллекторами и стяжными тягами в пластинчатом теплообменнике, а прокладки поддерживают уплотнение. В дополнение к их герметизирующему эффекту прокладка работает для направления потока жидкостей и помещается вдоль канавок на краях пластин.

Максимальная температура, используемая для уплотнения теплообменников, составляет от 80 до 200°C, а давление может быть поднято до 25 бар. Прокладки существуют в различных типах бутилового или силиконового каучука.

Основными особенностями данного типа теплообменника являются следующие:

• Быстрая и легкая разборка для очистки деталей и контроля операций;
• Совместимость с переменными условиями труда путем добавления или исключения тепловых пластин для изменения установленного теплового потока;
• Предотвращение загрязнения другой жидкости из-за любой утечки жидкости в результате неполного уплотнения шайб и направления ее в сторону;
• Ограничение для максимальных значений давления и температуры из-за работы прокладок;
• Возможность использования материалов, плохо приспособленных к пайке, например титана;
• Высокие затраты обусловлены конструкцией пресс-форм, прессов и всех этапов строительства;
• Высокая стоимость прокладок.

Паяные пластинчатые теплообменники

Паяные пластинчатые теплообменники не имеют коллектора, стяжек или прокладок, поскольку пластины паяются в печах при температуре 1100°C. На этапе сборки лист паяного материала (обычно медный, но также и никелевый) помещают между пластинами, плотно прижимают и затем выпекают в течение нескольких часов. Теплообменник BPHE более компактен и легче, чем теплообменник с прокладками.

Точки пересечения гофр двух соединенных пластин создают плотную сеть контактных точек, которые обеспечивают герметичность и вызывают закрученные потоки, усиливающие теплообмен. Таким образом, существует высокая турбулентность жидкостей даже при низких входных скоростях, и поток достигает от ламинарного до турбулентного при низких скоростях потока.

Мгновенно осознается, что путь, созданный флюидами, хаотичен. На самом деле поперечное сечение постоянно меняется. Основным недостатком этих теплообменников является то, что они не являются съемными. Поэтому техническое обслуживание и очистка нецелесообразны или, по крайней мере, сложны, и нет никакой гибкости, потому что количество пластин вообще не может быть изменено. Поверхность пластин гофрирована для увеличения турбулентности жидкости по каналам.

Оценка пластинчатого теплообменника

Все пластинчатые теплообменники внешне выглядят одинаково. Внутри них есть различия в деталях конструкции пластин и применяемых технологиях герметизации. Следовательно, при оценке пластинчатого теплообменника необходимо изучить детали изделий и проанализировать этапы исследований и разработок, проводимых производителем, послепродажное обслуживание и наличие запасных частей.

Важной особенностью, которую следует учитывать при оценке теплообменника, является его рифленая форма. Существует два типа гофр: промежуточные и шевронные. Как правило, большее усиление теплопередачи через шевроны происходит из-за увеличения перепада давления. Таким образом, они более используются, чем чередующиеся гофры.

Преимущества и недостатки пластинчатого теплообменника

В этом разделе мы упомянем некоторые сильные и слабые стороны пластинчатых теплообменников по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.

Преимущества

• Простая разборка и различные конфигурации пластин обеспечивают гибкость пластинчатых теплообменников для совместимости с новыми технологическими приложениями путем простого добавления или удаления или перестановки пластин.
• Узкие каналы между соседними пластинами обеспечивают небольшой объем жидкости, содержащейся в пластинчатом теплообменнике. Поэтому, прибор имеет быструю реакцию к изменениям с короткими временами запаздывания так, что температуры будут охотно проконтролированы.
• Производство пластинчатых теплообменников практически недорого.
• По сравнению с 50% рекуперацией тепла кожухотрубных теплообменников, до 90% тепла рекуперируется в пластинчатых теплообменниках из-за гофр пластин и малого гидравлического диаметра, вызывающих повышенную турбулентность и высокие скорости теплопередачи.
• Для той же области теплопередачи пластинчатые теплообменники часто занимают на 80% меньше места, чем кожухотрубные теплообменники.

Недостатки

• Важная слабость пластинчатых теплообменников связана со стандартными пластинчатыми прокладками, которые не выдерживают давления более 25 АТМ и температуры более 160 °С, вызывающих утечку;
• Гофрированная конфигурация пластин и небольшие проточные пространства вызывают падение высокого давления из-за трения, что повышает затраты на перекачку;
• Трение между пластинами может вызвать износ и, следовательно, образование небольших отверстий, которые трудно обнаружить;
• Хотя иногда пластинчатые теплообменники могут использоваться в процессах конденсации или испарения, они не рекомендуются для газов и паров из-за ограничений пространства внутри каналов и ограничений давления;
• Другим ограничением является использование пластинчатых теплообменников при обработке высоковязких жидкостей или жидкостей, содержащих волокнистый материал, из-за связанного с этим падения высокого давления и проблем с распределением потока.

Производственный отдел kvip.su с опытом более 20 лет может предоставить:

• аудит и выезд на производство;
• настройку оборудования;
• расчеты от 2-3 часов после оставления заявки;
• гарантию от 12 месяцев;
• обоснование стоимости;
• сопровождение в дальнейшем.

Ознакомиться с нашим ассортиментом товаров Вы сможете в каталоге.

Напишите нам. Наши менеджеры свяжутся с Вами в ближайшие сроки.