Принцип работы пластинчатого теплообменника

Теплообменник — это простое по своей конструкции оборудование, которое часто включается в схему различного рода промышленных устройств. В некоторых случаях

Содержание

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.

Введение

Пластинчатый теплообменник – один из видов рекуперативных теплообменных аппаратов, в основе работы которого лежит теплообмен между двумя средами через контактную пластину без смешения.

Технические предложения и решения (примеры)

1. Пластинчатый теплообменник (среда-товарная нефть, реагент-сырая нефть).

Описание

2. Пластинчатый теплообменник (среда –серная кислота, хладагент – вода)

Описание

Объем поставки: теплообменник в сборе с брызгозащитным щитком (материал 1.4401).

3. Пластинчатый теплообменник (среда-товарная нефть, реагент-сырая нефть)

Описание

Типы, устройство и принцип работы пластинчатых теплообменников

Принцип работы всех пластинчатых теплообменных аппаратов одинаков:

  1. На входы ТО подаются теплоносители.
  2. Теплоносители движутся по внутреннему контуру теплообменного агрегата, который сформирован пакетом пластин.
  3. В процессе движения, контактируя с поверхностью пластины, более горячий теплоноситель отдает часть тепла нагреваемой среде.
  4. С выходов теплоносители, с изменившейся температурой, поступают в систему отопления, водоснабжения или вентиляции.
  5. Входные и выходные отверстия теплообменных аппаратов могут иметь различное сечение (у агрегатов Ридан диаметр достигает 500 мм), и с помощью патрубков подключаются к трубопроводу основной системы.

Данный принцип действия и устройство пластинчатого ТО хорошо продемонстрированы в следующем видео:

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Виды пластинчатых теплообменников в зависимости от конструкции:

  • разборные;
  • паяные;
  • сварные;
  • полусварные.

Пластинчатые разборные теплообменные аппараты

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.

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.

Устройство пластинчатого разборного теплообменника

Конструкционная схема разборного теплообменника

Разборный теплообменник состоит из следующих элементов:

  • Неподвижная прижимная плита – основной элемент.
  • 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.
  • Пакет пластин – главный функциональный элемент, который образует внутренний контур устройства и осуществляет теплообмен.
  • Несущая база – направляющая балка, на которую надеваются пластины во время сборки агрегата.
  • Подвижная прижимная плита – прижимает весь пакет к неподвижной прижимной плите с помощью элементов крепления: стяжных болтов, подшипников, стопорных шайб.
  • Опорная станина – вертикальный элемент, к которому прикрепляются направляющие балки (верхняя и нижняя несущие балки).

Благодаря высокой скорости рабочих сред внутри разборных теплообменных аппаратов отложения и засоры скапливаются на его внутренних поверхностях медленнее, чем на поверхностях кожухотрубных агрегатов.

Несомненное достоинство данного вида ТО – возможность полной разборки аппарата, что позволяет производить не только промывку пластин, но и их механическую очистку.

Также стоит отметить, что возможность полной разборки агрегата позволяет не заменять его целиком в случаях протечек, а быстро выявить нерабочие элементы, поменять их и вновь запустить теплообменник в эксплуатацию. При наличии необходимых запасных частей «под рукой» вся процедура займет от нескольких часов до 1 часа.

Паяные теплообменные аппараты

Паяные теплообменники также в своей основе содержат пакет пластин, но отличие от разборных заключается в том, что они спаяны между собой, поэтому сборка/разборка такого пакета – невозможна.

Пайка производится с помощью никеля или меди, поэтому обозначают два основных вида паяных пластинчатых теплообменников: никельпаяный и меднопаяный. Никелевый припой используется для аппаратов, которые будут работать с более агрессивными средами.

Устройство паяного пластинчатого теплообменника

Паяный пластинчатый теплообменник в разрезе

Паяные теплообменные аппараты применяются в основном в бытовом сегменте благодаря своей низкой стоимости, простоте и небольшим габаритам. Чаще всего подобный тип устройств можно встретить в системах отопления частных домов, где теплообменник подключается к водонагревательному котлу.

Полусварные теплообменники

Полусварные теплообменные аппараты – агрегаты, в которых пакет пластин сделан комбинированным способом:

  • пластины попарно свариваются между собой;
  • с внешней стороны такого сдвоенного мини-пакета прикрепляются уплотнения;
  • далее прикрепляется следующий сваренный мини-пакет.

Попарная сварка пластин в полусварном пластинчатом теплообменнике

Места попарной сварки пластин 

Подобный тип конструкции позволяет использовать полусварные теплообменные аппараты в работе с агрессивными средами или в охлаждении, поскольку сварка пластин исключает возможность утечки фреона в охлаждающем контуре.

Сварные теплообменники

Сварные теплообменные аппараты – устройства, в которых пластины сварены между собой без использования уплотнителей.

Принцип работы пластинчатого сварного теплообменного аппарата

Внешний вид сварного теплообменника

Один из потоков теплоносителей движется по гофрированным каналам, второй по трубчатым. Принцип работы пластинчатого сварного теплообменника показан в этом видео:

Принцип работы сварного теплообменника

Сварные теплообменные аппараты применяются в технических процессах с предельными параметрами: высокими температурами (до 900 градусов Цельсия), давлением (до 100 бар) и крайне агрессивными средами, поскольку отсутствие резиновых уплотнителей и сварной метод сцепления исключают возможность протечки и смешения сред.

Основные недостатки подобного типа агрегатов: высокая стоимость и габариты.

Средние цены пластинчатые теплообменники

Средняя стоимость варьируется между 20 000 и 80 000 рублей, более конкретная цифра зависит от количества пластин, а значит, от мощности устройства.

Таблица средних цен и характеристик на различные модели теплообменников

Требования к прокладкам

К аппаратам с пластинами предъявлены довольно жесткие требования касательно герметичности оборудования, именно по этой причине на сегодняшний день прокладки начали изготавливать из полимеров. К примеру, этиленпропилен может с легкостью эксплуатироваться в условиях повышенных температур — и пара, и жидкости. Однако довольно быстро начинает разрушаться в среде, которая содержит большое количество жиров и кислот.

теплообменникТеплообменники различаются количеством пластин

Крепление уплотнителей к пластинам производится чаще всего с помощью клипсовых замков, в редких случаях — с помощью клеящего состава.

Применение пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменные аппараты используются в:

  • энергетике;
  • отоплении;
  • вентиляции и кондиционировании;
  • судоходстве;
  • пищевой промышленности;
  • машиностроении;
  • автомобилестроении;
  • металлургии.

Уплотнители теплообменников

От качества этих элементов зависит долговечность и надежность теплообменника.

Уплотнители предотвращают смешивание сред и направляют их по определенной траектории.

На настоящий момент в теплообменниках используется всего две разновидности подобных элементов: клипсовые и клеевые. Для изготовления уплотнителей обычно применяются материалы на основе каучука. Это могут быть, к примеру, EPDM, ПВР, витон и т. д.

Клеевые уплотнители крепятся в специальных канавках на эпоксидку. Клипсовые варианты устанавливаются посредством специальных фиксирующих элементов.

Устройство прямоточных теплообменников - изображение 38

Принцип работы

Если рассматривать, как работает пластинчатый теплообменник, то его принцип действия нельзя назвать очень простым. Пластины развернуты друг к другу под углом 180 градусов. Чаще всего в одном пакете находится по две пары пластин, которые создают 2 коллекторных контура: входа и выхода теплового носителя. Причем необходимо учитывать, что пара, которая находится с края, не задействуется во время теплообмена.

Сегодня изготавливается несколько различных типов теплообменников, которые, в зависимости от механизма работы и конструкции, делятся на:

  • двухходовые;
  • многоконтурные;
  • одноконтурные.

Принцип работы одноконтурного аппарата следующий. Циркуляция теплоносителя в приборе по всему контуру производится перманентно в одном направлении. Помимо этого, производится и противоток тепловых носителей.

Многоконтурные устройства применяются лишь во время незначительного различия между температурой обратки и входящего теплоносителя. Движение воды при этом производится в различных направлениях.

Подробнее о пластинчатом теплообменнике:

Двухходовые устройства имеют два независимых контура. С условием постоянной регулировки тепловой подачи использование этих устройств является наиболее целесообразным.

Технические характеристики пластинчатых теплообменников

Пластинчатый теплообменник имеет различные технические характеристики в зависимости от типа конструкции:

 

Разборные

Паяные

Полусварные

Сварные

КПД, %

95

90

85

85

Максимальная рабочая температура, °C

200

220

350

900

Максимальное рабочее давление, бар

25

25

55

100

Максимальная мощность, МВт

75

5

75

100

Срок службы, лет

20

20

10-15

10-15

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:

  • типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
  • типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
  • типа конструкции;
  • направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).

Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении:Теплообменник пластинчатый: виды, конструктивные особенности и принцип работы - изображение 64

Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы

По типу взаимодействия сред

Поверхностные

Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.

Смесительные

Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.

Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:

Какие бывают - фотография 65

Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО

Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.

К смесительным теплообменникам относятся:

  • паровые барботеры;
  • сопловые подогреватели;
  • градирни;
  • барометрические конденсаторы.

По типу передачи тепла

Рекуперативные

В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является .

Регенеративные

Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.

Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.

Внутренняя организация - изображение 66

Рис. 3. Регенеративный теплообменник

На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1 горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3 проходит холодный поток.

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1 заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.

Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.

По типу конструкции

Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:

  • мощность теплообменника;
  • давление в системе;
  • тип сред (агрессивные или нет);
  • рабочие температуры;
  • прочие требования.

Характеристики и расчет

Пластины и уплотнители в качестве главных деталей теплообменных устройств производятся из разных по своим показателям и характеристикам материалов. Во время выбора в пользу определенного изделия основную роль играет его предназначение и сфера применения.

Если рассматривать отопительные системы и ГВС, то в этой сфере чаще всего используются пластины, которые сделаны из нержавейки, и пластичные уплотнители из специальной резины NBR или EPDM. Наличие пластин из нержавеющей стали дает возможность работать с тепловым носителем, нагретым до 120 градусов, в другом же случае теплообменник может разогревать жидкость до 180°C.

теплообменник вторичныйМежду пластинами  для герметизации расположены прокладки

При применении теплообменников в промышленной сфере и их подключении к технологическим процессам с действием масел, кислот, жиров, щелочей и других агрессивных сред используются пластины, которые сделаны из титана, бронзы и иных металлов. В этих случаях требуется установка асбестовых или фторкаучуковых прокладок.

Выбор теплообменника выполняется с учетом расчетов, которые производятся с помощью специального программного обеспечения.

Во время расчетов необходимо учитывать:

  • расход нагреваемой жидкости;
  • изначальная температура теплового носителя;
  • затраты теплоносителя на отопление;
  • необходимая температура прогревания.

В качестве нагревающей среды, которая протекает через теплообменник, может применяться нагретая вода до температуры 90-120°C или пар с температурой до 170°C. Тип теплового носителя подбирается с учетом вида используемого котельного оборудования. Размеры и число пластин выбираются так, чтобы получился теплоноситель с температурой, которая соответствует действующим стандартам — не выше 65°C.

принцип действияТеплообменник может быть изготовлен из разных видов металла

Необходимо сказать, что главными техническими характеристиками, которые при этом также считаются и основными преимуществами, являются компактные габариты оборудования и возможность обеспечить довольно значительный расход.

Диапазон площадей обмена и вероятных расходов у аппаратов довольно высокий. Самые маленькие из них, к примеру, от компании Alfa Laval, имеют размер поверхности до 1 м² и при этом обеспечивают прохождение количества теплоносителя до 0,3 м³/час. Наиболее же габаритные приборы имеют размер около 2500 м² и расход, который превышает 4000 м³/час.

Плюсы и минусы пластинчатых теплообменников

Преимущества:

  • Удобство транспортировки и монтажа, поскольку пластинчатый теплообменник имеет меньшие габариты, чем другие виды рекуперативных теплообменных аппаратов.
  • Простота обслуживания – разборные, полусварные и сварные теплообменники легко промывать, так как они либо полностью разбираются, как в случае с разборными агрегатами, либо частично, предоставляя доступ к пластинам, как полусварные и сварные аппараты.
  • Высокая производительность – КПД пластинчатых агрегатов достигает 95%.
  • Цена – стоимость пластинчатых установок ниже, чем аналогичных кожухотрубных, спиральных или блочных агрегатов.

Недостатки:

  • Часто требуется заземление. Поскольку пластины имеют малую толщину – они подвержены воздействию блуждающих токов, что приводит к появлению дырок в них.
  • Более требовательны к качеству очистки теплоносителя. Так как между пластинами расстояние небольшое, то каналы будут загрязняться быстрее, чем внутренние поверхности кожухотрубного теплообменника, что в свою очередь приводит к снижению коэффициента теплопередачи и, как следствие, КПД пластинчатого теплообменника.

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.

Преимущества

  • возможность монтажа и демонтажа устройства непосредственно на месте, где будет эксплуатироваться пластинчатый теплообменник;
  • установка в тепловых системах без должной водоподготовки;
  • незначительный вес;
  • возможность быстро и легко изменять тепловую мощность путём дополнительной установки пластин;
  • гибкая регулировка температурного режима в системе.

Принцип работы пластинчатого теплообменника - фото 85

Разборные пластинчатые виды

Разборные пластинчатые теплообменники
Преимущества

  • минимум затрат на производство
  • минимальная стоимость монтажа
  • производительность подлежит регулировке
  • простота эксплуатации и ремонта
  • низкие расходы на эксплуатацию
  • время простоя минимально
  • небольшая энергоемкость

Применение

  • отопительные системы
  • жилые здания и помещения
  • бассейны
  • холодильные и климатические аппараты
  • системы снабжения горячей водой
  • тепловые пункты

Рекомендуем прочитать:

Как защитить дом от вирусов? Советы по уборке и дезинфекции

Не нашли статью на интересующую вас тему?

Просто напишите пару слов в форме в верхней части экрана, наш поиск сам подберет подходящие статьи.

Всё о загородной жизни и строительстве Куда расширяется Москва? И чем это грозит дачникам? 586522 Сможет ли ЦКАД разгрузить подмосковные шоссе? 328461 Как посчитать сотки земли? 272478 Какие районы Подмосковья самые чистые и грязные по экологии? 234517 Какие станции метро будут построены в Подмосковье? 210016

Сколько стоит подключить дом и участок к коммуникациям? 157596 Где лучше жить в Подмосковье? Рейтинг районов 127119 Сколько соток земли нужно для строительства дома? 124603 Районы Новой Москвы. В чем их достоинства и недостатки? 122332 Какие есть ограничения на строительство вблизи рек и водоемов? 106600 Какое отопление дома выгоднее: газовое или электрическое? 91610 Строительные нормы и правила застройки земельных участков 87137 Какие есть выставки готовых домов в Москве и Подмосковье? 82492 Лучшие коттеджные поселки Подмосковья 74987 Какие дома сейчас продаются в Московской области? 71058 Что такое земельные участки без подряда? 63403 Считаются ли цоколь и подвал этажами? 59357 Обустройство участка с нуля. С чего начать? 56364 Можно ли выйти из СНТ? 55216 Какие налоги нужно платить за дом, гараж, баню и другие постройки? 53086 Как переоформить участок? И сколько это стоит? 54453 Выгодно ли строить дом на продажу? 49722 Где скоро будет газ? План газификации поселков Подмосковья 46956 Лучшие места для рыбалки в Подмосковье 45577 Подводные камни при покупке дома

На что нужно обратить внимание? 44219 Как правильно торговаться за дом? 43096 Жизнь в коттеджном поселке. Плюсы и минусы 43039 Рейтинг районов Подмосковья по качеству жизни 46061 Стоит ли покупать дом в СНТ для постоянного проживания? 45718 Нужно ли получать разрешение на строительство дома на своем участке? 44080 Будет ли дом, построенный в СНТ, считаться жилым? 42271 Что делать после покупки участка? 38802 За какой срок обычно строятся частные дома? 36443 Самые большие и дорогие коттеджи в России 35652 Сколько будет стоить построить свой дом? 34879

Из чего лучше всего построить дом для ПМЖ? 31842 Как оформить арендуемый участок под домом? 31209 Стоит ли арендовать земли лесного фонда под строительство? 29013 На сколько этажей можно построить коттедж? 28775 Экопоселки и экопоселения. Что это такое? 27789 Каков размер коммунальных платежей в коттеджных поселках? 26705 Как построить дом на участке с уклоном? 26152 Ремонт и отделка коттеджа. Порядок работ и все этапы 25583 Покупка участка с неоформленным домом. Какие риски? 24136 Какие частные дома более теплые зимой? 23893 Раздел дома с участком. Как правильно оформить? 23048 Газ в частный дом. Как провести? 23048 Как сдать свой участок в аренду? 22473 Строительство дома под ключ? Как это? И сколько будет стоить? 21681 Износ состояния дома. Как понять? Как посчитать? 21108 Модульные дома. Что это такое? 20520 Сколько будет стоить содержать свой дом? 20195 Земли ЛПХ. В чем их плюсы и минусы? 19822 Прилесные участки (у леса). В чем их плюсы и минусы? 19260 Как изменить целевое назначение участка? 19127 Что лучше: Коттедж или Таунхаус? 18830 Можно ли сделать из дачи жилой дом? 18564

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...