Навигация
В условиях развития промышленных и коммунальных систем, способность адаптироваться под изменяющиеся условия – одно из главных требований к оборудованию. Теплообменные аппараты – не исключение. С точки зрения конструктивной гибкости, разборные пластинчатые теплообменники являются лидерами в своей категории оборудования.
О том, что они собой представляют, как классифицируются и подбираются, рассказываем в статье.
Что такое разборный пластинчатый теплообменник?
Разборные пластинчатые теплообменники – универсальные аппараты, получившие широкое промышленное, коммунальное и бытовое применение. Устойчивый спрос на эти устройства обусловлен их сборной конструкцией и высокой тепловой эффективностью. Вместе с тем разборное исполнение наделяет аппараты не только преимуществами, но и определенными ограничениями на использование. Прежде всего, это меньший диапазон рабочих температур и давлений, по сравнению со сварными и паяными теплообменниками.
Конструкция разборных теплообменных аппаратов включает следующие элементы:
- пластины теплообмена
- несущая рама
- уплотнительные прокладки
- крепежные элементы
- подводящие и отводящие патрубки
Каждая пластина выполнена из коррозионно-стойкого металла: меди, титана, нержавеющей стали или сплавов. Теплообменный элемент имеет рифленую поверхность с симметричным или ассиметричным рисунком. Рифление увеличивает площадь теплообмена и повышает турбулентность потока. Это оптимизирует передачу тепловой энергии от одной среды к другой. Пластины компонуются в пакеты, формируя чередующиеся каналы для горячего и холодного теплоносителей.
Несущая рама обеспечивает фиксацию пакета и отвечает за целостность всей конструкции. Состоит из неподвижной и подвижной (прижимной) плиты, опоры, верхней и нижней направляющих. Выполнена из прочных материалов, устойчивых к механическим и термическим нагрузкам.
Эластомерные уплотнительные прокладки устанавливаются по контуру пластин и отверстий. Уплотнения обеспечивают общую герметичность пакета, предотвращают смещение теплоносителей. Прокладки также направляют потоки сред по внутренним каналам.
Пластины и рама стягиваются с помощью болтовых соединений или шпилек и гаек. Благодаря этому теплообменник можно разобрать для очистки, обслуживания или замены отдельных элементов. Также сборная конструкция позволяет легко изменять конфигурацию аппарата, добавляя или удаляя пластины.
Теплоносители вводятся и выводятся через патрубки, расположенные на рамных плитах. В зависимости от принятой схемы, они могут находиться с одной или с двух сторон аппарата. Патрубки устанавливают попарно, отдельно для каждой среды. Как правило, соединение выполняют на резьбе или фланцах.
Принцип работы пластинчатых теплообменников состоит в передаче тепла от нагретого к холодному теплоносителю. Причем тепловой обмен осуществляется не напрямую, а через поверхность пластины. Именно по этой причине аппараты называют поверхностными или рекуперативными.
Классификация разборных пластинчатых теплообменников
Пластинчатые теплообменные аппараты разборного типа можно классифицировать по схеме движения теплоносителя, в связи с чем они бывают:
- одноходовые
- двухходовые
- трехходовые
Одноходовые теплообменники, такие как модель Funke FP 71, имеют одну компоновочную секцию, в которой каждая среда движется в одном направлении, после чего поступает в трубопровод. При этом теплоносители всегда перемещаются противотоком, а входные и выходные патрубки располагаются с одной стороны на неподвижной плите. Такое решение предпочтительно с точки зрения быстрой и простой разборки для наращивания, очистки или замены пластин.
В двух- и трехходовых конструкциях поток, проходя через теплообменник, меняет направление движения один или два раза, соответственно. В связи с этим пакет разбивают на две или три секции, формируя каналы по нужной схеме. Подобные решения применяют при большой разнице скоростей рабочих сред или при небольшом различии их температур. В двух- и трехходовых аппаратах присоединительные патрубки расположены на обеих плитах. В первом случае в верхней части, во втором – сверху и снизу. Это необходимо учитывать при проектировании инженерных систем.
Кроме того, выделяют решения с двумя независимыми циркуляционными контурами. Этот вариант предусматривает отдельные входы и выходы для каждой группы потоков. Решение оправдано для двухэтапного охлаждения или нагрева.
Как выбрать пластинчатый теплообменник?
Теплообменные аппараты выбирают, учитывая комплекс факторов, что позволяет подобрать модель, оптимально подходящую под конкретные условия. К основным критериям выбора относятся:
- теплотехнические характеристики
- рабочие параметры
- материал пластин и уплотнений
- конструктивные особенности
- эксплуатационные и экономические факторы
Теплотехнические характеристики включают два показателя: тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи. Первый указывает на количество тепла, которое должно быть передано между двумя средами. Зависит от температурного графика и расхода сред. Второй определяется конструктивными особенностями пластин, их материалом и характеристиками потоков.
К рабочим параметрам относятся давление, сопротивление потоку и диапазон температур. Важно, чтобы теплообменник выдерживал силовую нагрузку (рабочее давление в системе) и термическое воздействие со стороны горячих сред. Кроме того, правильная оценка гидравлических потерь позволит избежать перерасхода энергии на перекачку сред.
При выборе модели необходимо обращать внимание на материал пластин. Он должен быть устойчив к коррозии и совместим с рабочими средами. Уплотнения подбираются с учетом химической агрессивности сред и уровня температуры. Чаще всего изготавливаются из каучуковых материалов: EPDM, NBR, Viton. Обычно крепятся на клипсах, реже на клее.
К конструктивным особенностям относится количество пластин, тип рисунка, возможности масштабирования. От числа пластинчатых элементов зависит площадь теплообменной поверхности и общие габариты аппарата. Рисунок влияет на уровень турбулентности, эффективность теплообмена и гидравлическое сопротивление. Помимо этого, важно понимать, насколько модель может расширяться, поскольку число наращиваемых пластин не безгранично.
С точки зрения эксплуатации и экономичности, важны такие факторы, как возможность быстрой разборки и очистки, минимальные потери тепла и электроэнергии, срок службы аппарата. Лучше всего заранее оценить начальные вложения и будущие эксплуатационные расходы.
Рациональный подход к выбору пластинчатого теплообменника обеспечит надежность, эффективность и экономическую целесообразность системы теплообмена.