Что такое пластинчатые теплообменники

Теплообменник — техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами , имеющими различные температуры, причем эти среды, холодные и горячие, никогда не встречаются и не смешиваются между собой. Среды могут быть любыми, такими как пар, вода, масло, хладагент и т. д.

Основные виды, которые вы можете встретить:

• Пластинчатый теплообменник
• Кожухотрубчатый (кожухотрубный) теплообменник
• Двухтрубный теплообменник вида «труба в трубе»

В этой статье подробно поговорим о пластинчатых теплообменниках, рассмотрим конструкцию, область применения и принцип работы.

Первоначальная идея пластинчатых теплообменников была запатентована во второй половине 19 века, а первая известная конструкция была представлена в 1923 году доктором Ричардом Селигманом, главой компании Aluminium Plant and Vessel Company Ltd.(Алюминиевый завод и Судостроительная компания) известной сегодня как APV. Самый первый пластинчатый и рамный теплообменник был сконструирован из литых пластин из пушечной бронзы и заключен в раму, которая установила стандарт для современных компьютерных тонких металлических пластинчатых теплообменников, известных во всем мире. Базовая конструкция осталась неизменной, но постоянные усовершенствования позволили повысить рабочее давление в современных машинах с 1 до 25 атмосфер

Пластинчатые теплообменники применяются в различных сферах, включая: пищевую и химическую промышленность, системы нагрева технических и пищевых жидкостей, охлаждение промышленного оборудования, для подключения зданий к сетям централизованного отопления и охлаждения.

Особенно широко используются в пищевой промышленности, поскольку они компактны и могут быть изготовлены в различных видах и легко чистятся. Осаждение материалов на горячих поверхностях (загрязнение) снижает тепловые и гидродинамические характеристики, требует периодической очистки (часто всего через несколько часов работы).

Многие промышленные предприятия используют пластинчатые теплообменники для таких целей, как пастеризация и утилизация отходящего тепла. Например, производственное предприятие может использовать воду для охлаждения горячего, недавно произведенного напитка. Горячий готовый жидкий продукт необходимо охладить перед розливом в бутылки, чтобы он прошел через пластинчатый теплообменник, подключенный к охлаждающему контуру чиллера(водоохлаждающая машина). Это отводит нежелательное тепло без смешивания двух жидкостей.

Пластинчатый теплообменник состоит из нескольких листов тонкого гофрированного металла (пакет пластин), образующих каналы. Прокладки находятся между пластинами и образуют уплотнение. Уплотнение предотвращает смешивание и утечку жидкостей, но они также определяют, по каким каналам может протекать каждая жидкость.

Пластинчатые теплообменники могут увеличивать или уменьшать свою нагревательную или охлаждающую способность за счет добавления или удаления внутренних пластин. Их также можно разобрать для очистки и обслуживания, кроме неразборных.

Эти аппараты могут быть :

• разборными
• полуразборными-
• неразборными (сварными или паяными).

В разборных теплообменниках теплопередача состоит из ряда гофрированных пластин, установленных между рамой и прижимными пластинами, которые сохраняют расчетное давление. Для достижения наивысших тепловых характеристик и обеспечения очень близкого температурного приближения жидкости обычно проходят через теплообменник противотоком.

Полуразборные теплообменники используются, когда прокладки не подходят в качестве одной из технологических сред, а также могут выдерживать более высокое расчетное давление по сравнению с полностью разборными пластинчатыми теплообменниками. Уплотнение между пластинами на промышленной полусварной линии чередуется между лазерной сваркой и прокладками. Канал, сваренный лазерной сваркой, позволяет использовать жидкости, несовместимые с обычными прокладками, а также обеспечивает более высокое расчетное давление, чем полностью разборные пластинчатые теплообменники.

Неразборные теплообменники не имеют не имеют открытых прокладок, это цельносварной пластинчатый теплообменник, который используется, прежде всего, в нефтегазовой, химической и нефтехимической промышленности. Рама, прочно закрепленная на болтах, состоит из четырех колонн, верхней и нижней частей, а также четырех боковых панелей. Используются для решения сложных задач, связанных с агрессивными средами, экстремальными температурами и высоким давлением.

Основным недостатком этих теплообменников является то, что они не снимаются, поэтому техническое обслуживание и очистка невозможны или, по крайней мере, трудны, а количество пластин поменять нельзя, но зато гораздо меньше подвержены загрязнению и засорению и требуют лишь периодического осмотра и очистки.

Отметим такую тонкость: Поверхность пластин гофрирована для увеличения турбулентности жидкости во время перетекания в каналы.

На рисунке показаны основные параметры гофры:

Шаг гофры р ; угол шеврона β по сравнению с основным направлением потока.

Угол наклона гофрированного рисунка влияет на теплообмен и производительность:

• Угол пластин β > 45 ° дает более высокий теплообмен с высоким давлением.
• Угол пластин β < 45 ° дает более низкие показатели теплообмена, но также и меньшие перепады давления.

Поэтому очень важен поиск компромиссного угла β между высокими коэффициентами обмена и приемлемыми потерями нагрузки.

Отношение между шириной W пластины и длиной L пластины также влияет на производительность, но в меньшей степени, чем угол наклона рисунка гофры.

Доступны различные эластомеры прокладок, которые обладают химической и температурной стойкостью в сочетании с хорошими герметизирующими свойствами.

Чаще всего это:

• Бутиловый каучук (IIR)
• Силиконовый каучук (VMQ, MQ, PVMQ)
• Резина (VIR)
• Тефлон (растягивающийся) (PTFE)

Рабочие температуры:

Разборные аппараты могут работать при давлении 0,002-1,0 МПа и температуре рабочих сред от -20 до +200°С. КПД - 95%

Полуразборные - при давлении 0,002-2,5 МПа и температуре рабочих сред от -20 до +350°С. КПД - 85%

Неразборные - при давлении 0,002-4 МПа и температуре рабочих сред от -100 до +900°С. КПД - 85%

1. Требуемое пространство и вес меньше по сравнению с другими теплообменниками.

2. Благодаря модульной конструкции плит монтаж и установка могут быть выполнены быстро.

3. Коэффициенты теплоотдачи выше.

4. Тепловая инерция ниже , что дает более быструю реакцию и способствует точному контролю температуры.

5. Быстрая и легкая разборка для очистки и контроля.

6. Адаптация к изменяющимся условиям эксплуатации путем добавления или удаления нагревательных пластин для изменения установленного теплового потока.

Самым большим преимуществом пластинчатых теплообменников по сравнению с другими теплообменниками является их эффективность теплопередачи. Пластины, разделяющие две жидкости, тоньше по сравнению с другими материалами. Это увеличивает скорость передачи тепла и, таким образом, снижает тепловые потери, которые могут возникнуть во время передачи.

Обменники бесценны благодаря этим функциям, которые увеличивают срок службы системы. Пластинчатые теплообменники могут выполнять множество функций, таких как нагревательный элемент, охлаждающий элемент, автоматический включатель или выключатель давления.

1. Часто механическая очистка не является предпочтительной, так как прокладки и пластины легко повреждаются в процессе очистки. Химическая очистка необходима.

2. Прокладки необходимо время от времени заменять, а это дорогостоящий элемент обслуживания.

3. Небольшие отверстия между пластинами склонны к забиванию посторонними частицами. Поэтому в процессе эксплуатации необходимо периодическое реверсирование потока. По некоторым свойствам жидкости обратный поток требуется часто. Так что это может повлиять на поток процесса.

Еще к недостаткам можно отнести, скорей не к недостаткам, а к неудобству это то что, при эксплуатации пластинчатых теплообменников, в 95 % случаев собственный персонал не имеет нужной квалификации и ничего не может поделать с чисткой, сборкой-разборкой и заменой прокладок на данном типе теплообменников, часто этот не квалифицированный персонал при замене уплотнений и промывке используют металлические щетки, чтобы сократить время мойки пластин. А это приводит к более быстрому износу и последующему прогоранию пластин.

Почти всегда приходится нанимать специализированную организацию для качественной работы или замены прокладок, поэтому необходимо оценивать состав своей ремонтной службы либо последующую готовность нести затраты на обслуживание пластинчатого теплообменника.

В славном городе Челябинске находится один из наших ключевых партнеров. Их главным преимуществом является собственное производство пластинчатых теплообменников с 2008г. Эти ребята знают про них все.

Они является сертифицированным сборочным производством и официальными дилерами немецких теплообменников Funke.Также они представляют другие бренды из Турции и Швеции.

Благодаря их большому ассортименту различных пластин, компания Квип может осуществлять ремонт теплообменников других производителей своими силами! Для того чтобы разобраться в проблеме от вас нужна спецификация вашего теплообменника.

Также есть возможность подобрать на замену те пластины и уплотнения, которые есть у заказчика.

Если проблема более серьезная, то потребуется демонтаж теплообменника и отправка его в Челябинск для диагностики и ремонта. Но это в любом случае намного дешевле, чем отправка за границу или покупка нового и это несомненно еще один плюс.

Мы регулируем пар, который подается в теплообменник.

Мы можем подобрать клапан для регулировки, шкаф, датчики и вообще собрать всю обвязку для осуществления правильной регулировки.

Не самая приятная история, но что есть, то есть. Эта история еще и связана с работой конденсатоотводчика. Мы отгрузили оборудование на один из молочных заводов Свердловской области, запустили процесс, через один теплообменник они грели воду и моющие растворы, а на другом узле молоко. Давление подающего пара в этих теплообменниках было рассчитано на 3 Бар.

В редукционном узле не был подключен клапан RP45, из-за этого давление в теплообменнике давило 5-6 Бар, как с котельной поступает, так и распределяется дальше без изменений. Максимальная эксплуатация уплотнений теплообменника 150°С, а 5-6 Бар это почти 160°С температура пара, что негативно влияет на сами уплотнения, они пересыхают, трескаются и начинается смешивание жидкостей внутри. Если вода попадает в пар это еще терпимая ситуация, а в этом случае смешивались моющие средства и продукт(молоко), происходило закисление конденсата, это в свою очередь начало разрушать и пластины, в них стали появляться “свищи”, сначала маленькие и незаметные, а потом уже прямо очень заметные. А это уже потеря потерь не только по теплу, но и по продукту.

Стали менять оборудование на конденсатной линии и добавилась проблема невозможности использования конденсата повторно. А это возможность экономии на нагреве, на водоподготовке конденсата, а по нашим расчетам это экономия до 1 миллиона рублей в месяц.

Начались упреки в нашу сторону, что мы отгрузили бракованные конденсатоотводчики. Мы конечно очень переволновались, т.к за свою продукцию отвечаем головой и уверены в ее качестве на все 100%. Собрали мощную доказательную базу, что наши конденсатоотводчики не при чем, а все дело в клапане!

Недоразумение было улажено, вопрос решился хорошо, инженеры завода все поправили, а мы и дальше сотрудничаем в мире и согласии.

Вторая история нам покажет, что внимательность и упорство дает свои плоды)

Один из наших сотрудников в годы своей юности работал на молочном заводе столкнулся со следующей ситуацией: пришло время технического обслуживания пастеризационно-охладительной установки ОКЛ-10, оно производится через определенные часы наработки. В этом теплообменнике около 250 пластин и они разбиты по секциям: подогрев, пастеризация, нормализация молока. При ослаблении резьбы на раме пластины можно растянуть, достать и помыть, что они благополучно и сделали. Сложности начались позже…., 200 с лишним пластин и у каждой свой вход/выход, собрали и ничего не работает. Надо искать ошибку, где-то неправильно установили пластину.

В итоге, чтобы разобраться и найти ошибку 3 человека потратили 2 дня, собирали в различных вариациях, сравнивали со схемой, нарисованной кем-то от руки в единственном экземпляре на весь завод, запускали и так по кругу, пока не нашли.

Вот схема ниже на фото, представляете, какая работа была проделана?

Прочитав эту статью до конца, мы надеемся, что вы узнали про пластинчатый теплообменник чуть больше.

Подписывайтесь на наш канал Телеграм, там всегда много полезного и интересного.