Пластинчатые паяные теплообменники применяют в холодильной технике, климатизационном оборудовании, выступая в качестве конденсатора или испарителя. Также косвенно их можно использовать в пищевой промышленности в роли охладителей или пастеризаторов молочной продукции, пивных напитков и т.д.
Зачастую называют сварными пластинчатыми теплообменниками, что в своем роде правильно, потому что процесс пайки нержавеющих пластин схож с процессом сварки.
Конструкция пластинчатого паяного теплообменника:
Паяные пластинчатые теплообменники изготавливают из нержавеющих гофрированных пластин, которые в свою очередь соединяются друг с другом, а в итоге в целый пакет посредством пайки в вакууме, где используется медный или никелевый припой. После того как все пластины спаяли в готовую конструкцию (главное это сделать грамотно), к внешним пластинам крепят патрубки, которые потом уже на объекте, либо каком либо строительстве соединяются с трубопроводными системами дома, коттеджа или промышленного предприятия.
При соединении пластин в пластинчатых паяных теплообменниках, соседние соединяются так что бы гофры у них были направлены в разные стороны. В некоторых точках стенки пластин соединяются, это нужно в качестве опорных точек (точек жесткости) для всего пакета пластин. По всем данным точкам производится дополнительная пайка. Это необходимо для того, чтобы пластинчатый теплообменник смог выдержать высокое давление и не разорваться где-нибудь по шву. Причем давление может достигать 4 и даже 5 МПа.
Паяные пластинчатые теплообменники отличаются многими моментами в изготовлении от разборных пластинчатых. Это связано с тем, что в отличие от разборных в паяных теплообменниках края пластин загибаются друг к другу, в месте загиба между пластинами прокладывается медная пластинка (толщина ее такая же как и сама гофрированная пластина). После чего весь пакет пластин сдавливается более прямыми и толстыми пластинами с одной и другой стороны, к которым впоследствии привариваются патрубки для соединения с трубопроводными системами. В конце всего процесса соединения, сдавливания и приваривания, производится пайка пакета пластин в специальной вакуумной камере.
В паяных пластинчатых теплообменниках в роли припоя используют медь (Меднопаяный пластинчатый теплообменник). Если же в теплообменнике по заказу нужно использовать в качестве рабочей среды какую то агрессивную жидкость, например, аммиак, то припой делаю никелевым, и такие теплообменники называются никелевыми.
Преимущества паяных пластинчатых теплообменников:
Основными преимуществами паяных пластинчатых теплообменников является то, что они малогабаритны и очень экономичны. Это связано с тем, что у паяных нет зажимных плит, поэтому они раз в десять легче разборных теплообменников, а также по цене паяные выигрывают в среднем треть от цены разборных, при одинаковой мощности и характере теплообмена.
Также паяные пластинчатые теплообменники могут выдерживать длительные нагрузки по температуре, даже если греющая рабочая среда температурой выше 150С.
При загрязнении паяных пластинчатых теплообменников процесс чистки и промывки занимает максимум 3 часа, причем очистку модно проводить, не разбирая сам теплообменник. Это можно сделать химической промывкой при использовании специальной химии, которая не будет разрушать поверхность пластин и медный (никелевый) припой. Таким образом, процесс обслуживания не требует больших перерывов в работе всей системы теплоснабжения, и причем не требуется текущего обслуживания.
В настоящее время многими компаниями осуществляется производство теплообменников . Данные агрегаты представляют собой специальные устройства, внутри которого происходит теплообмен, осуществляемый между двумя и более теплоносителями. Кроме того, в некоторых случаях теплообмен может осуществляться при помощи поверхности твёрдого тела и теплоносителя.
Существует множество различных моделей теплообменников. Это и спиральные, и кожухотрубные, и витые, и ребристые устройства и т.д. Среди этого большого разнообразия особое внимание следует уделить пластинчатым, так как они пользуются наибольшей популярностью. Их востребованность объясняется немалым количеством преимуществ.
В первую очередь следует отметить такое важное достоинство, как простота обслуживания. В тех случаях, когда происходит засорение данного агрегата, необходимо разобрать устройство и тщательно промыть его. После этого его следует просушить и собрать. При этом для данной процедуры не потребуются какие-то большие физические или временные затраты.
Второе преимущество связано с тем, что при использовании данного типа теплообменника можно наблюдать низкий уровень загрязняемости поверхности теплообмена. Это достигается за счёт высокой турбулентности потока жидкости, которая образуется рифлением. Кроме того, на данный фактор влияет также и то, что теплообменные пластины имеют качественную полировку.
Третье важное достоинство заключается в экономичности. Данный агрегат способен прослужить более 20 лет. При этом если в процессе потребуется провести замену пластин, то это легко можно сделать, при этом сэкономив немалые средства. Так, например, при ремонте кожухотрубного агрегата придётся распрощаться с большей суммой денег.
Поскольку речь зашла о пластинах, следует также сказать о том, что объём такого типа теплообменника в любой момент можно увеличить или уменьшить. Всё, что для этого требуется, - только добавить нужное количество пластин или, наоборот, убрать их. Это также является весьма существенным преимуществом такого рода оборудования.
Однако, несмотря на большое количество достоинств, необходимо также отметить и недостатки данного агрегата. Самым главным минусом пластинчатого теплообменника будет то, что если использовать некачественный теплоноситель, то устройство в скором времени загрязнится.
Заказать пластинчатый теплообменник или приобрести устройство другого типа в настоящее время можно при помощи интернета. Кроме того, он также позволит, к примеру, заказать монтаж ИТП или воспользоваться любой другой услугой для создания комфортных условий проживания.
Задачей этого узла является передача энергии от первоисточника к холодной рабочей жидкости: пластинчатый теплообменник распределяет тепло с помощью гофрированных пластин в качестве стенок, что защищает систему от смешивания сред.
При расчете пластинчатого теплообменника нужно принимать во внимание, что в основу аппарата закладываются:
- неподвижные и прижимные плиты;
- патрубки (входные и выходные) с разнообразными соединениями;
- монтажная подставка;
- направляющие;
- метизы с резьбой.
Энергия передается между теплоносителями через пластины, выполненные из устойчивых к ржавчине инертных материалов. Последние обрабатываются методом штамповки, их толщина варьируется в пределах 0,4-1 мм. В собранном виде узел представляет собой плотно прилегающие тонкие панели, в которых предусмотрены щелевые каналы. У всех элементов с лицевой стороны есть контурное углубление, в которое закладывается резиновый уплотнитель (за счет него обеспечивается герметичное прилегание элементов).
Пластины единообразны по форме и материалу, они могут быть изготовлены из нержавеющей стали, титана, тугоплавких сплавов (выбирают в зависимости от сферы применения). Для производства уплотнителей используются сложные полимеры на базе синтетического каучука, их можно эксплуатировать с гликолем и неагрессивными средами, паром и высокотемпературными жидкостями, нефтесодержащими и масляными теплоносителями.
Принцип работы и схема агрегата
Устройство, расчет и промывка пластинчатых теплообменников для отопления основываются на том, что узел функционирует благодаря наличию 4 отверстий:
- 2 отверстия для притока и отвода горячей рабочей среды;
- 2 отверстия для обеспечения герметичной стыковки пластин и предотвращения смешивания теплоносителей – данную задачу выполняют уплотнители.
Движение жидкости в агрегате осуществляется по принципу завихрения потока. В результате из-за относительно небольшого сопротивления движению рабочей среды усиливается интенсивность передачи тепловой энергии. Также вследствие небольшого сопротивления при прохождении жидкости уменьшается количество накипи во внутренних полостях.
Принцип работы пластинчатого теплообменника, базирующийся на петлях и завихрениях, способствует многократному обмену энергией. В результате достигается максимальный КПД агрегата, на что оказывает положительное влияние и вывод патрубков в оба виды панелей – прижимные и неподвижные.
Устройство теплообменника идеально соответствует условиям эксплуатации: количество пластин увеличивается соразмерно потенциальным потребностям в мощности системы. Число рабочих элементов оказывает прямое влияние на КПД и производительность отопительного или охлаждающего оборудования.
Технические параметры моделей
При изучении ассортимента опираются на следующие технические характеристики:
- материал, из которого изготовлены панели – это могут быть тугоплавкие соединения, тонкая листовая сталь, чистый титан;
- максимально допустимое давление среды в агрегате обычно не превышает 25 кгс/см²;
- в каждом узле число используемых пластин начинается от 7-10, их количество определяется будущей областью применения;
- устройства способны выдержать температуру теплоносителя не выше 180°C.
Одна рабочая единица способна обеспечить площадь теплообмена в пределах 0,1-2100 кв. м.
Разновидности пластинчатых теплообменников
По специфике исполнения и возможностям применения устройства делятся на паяные, сварные и разборные.
Паяные модели
Представляют собой цельные устройства, в их конструкции не предусмотрены уплотнительные резинки. Пластины объединены друг с другом методом пайки. Достоинства решения:
- бюджетная стоимость комплекта;
- высокая эффективность и надежность;
- компактные размеры;
- легкость монтажа.
Паяные теплообменники распространены в системах вентиляции и кондиционирования, их применяют в турбинной и компрессорной технике, внедряют в холодильные установки.
Разборные
Образуются из комплекта панелей и полимерных уплотнителей. Причины широкого распространения разборных пластинчатых теплообменников:
- низкая стоимость и простота монтажа;
- возможность регулирования уровня производительности;
- простота использования, отсутствие значительных эксплуатационных расходов;
- минимальные периоды простоя;
- невысокая энергоемкость;
- возможность дальнейшей переработки при утилизации.
Узлы обрели широкое применение в системах отопления домов и обслуживания бассейнов, ГВС, климатической и холодильной технике, тепловых пунктах.
Полусварные и сварные
Здесь рабочие элементы соединяются посредством сварных швов, в конструкции отсутствуют герметизирующие прокладки. Характеристики моделей:
- присутствуют условия для регулирования потока и промывки теплообменника;
- высокая устойчивость к агрессивным средам;
- возможность работы в условиях большого перепада рабочих температур;
- максимальная температура носителя может достигать 300°С, допустимое давление – не выше 4.0 Мпа;
- компактность узла, простота монтажа;
- неподверженность воздействию агрессивных веществ и абразивов;
- длительный эксплуатационный ресурс.
Сварные и полусварные модели распространены в пищевой, фармацевтической, химической промышленности, системах вентиляции, кондиционирования, рекуперации, тепловых насосах. Устройства обеспечивают охлаждение техники, позволяют координировать температуру воды в ГВС бань и аналогичных общественных объектов.
Преимущества и недостатки
Плюсы применения агрегатов:
- высокая эффективность при небольших габаритах. Средний КПД устройств, применяемых в горячем водоснабжении и отоплении, достигает 80-85%. Соединительные порты расположены с одной стороны, что облегчает монтаж;
- низкие показатели потери давления. Конструкция предусматривает возможность плавной регулировки ширины каналов, увеличение количества последних ведет к снижению гидравлических потерь. Уменьшение сопротивления среды позволяет снизить потребление электроэнергии насосами;
- ремонтопригодность, экономичность и легкость монтажа. Разбор и промывку оборудования можно осуществить за несколько часов, небольшие загрязнения удаляются безразборным методом. Средний срок службы теплообменника составляет 10 лет, притом пластины обладают эксплуатационным ресурсом в 15-20 лет;
- гибкость. Для увеличения мощности аппарата практикуется изменение поверхности его теплообмена. С ростом потребностей не обязательно заменять агрегат новым, достаточно добавить пластины;
- низкая загрязняемость. Профили каналов обеспечивают самоочищение благодаря высокой турбулентности потока. Так снижается частота сервисного обслуживания;
- индивидуальность. Специалисты рассчитывают и подбирают конфигурацию исходя из необходимых температурных графиков;
- вибрационная устойчивость. Изделия не подвержены типичной двухплоскостной вибрации, из-за которой обычно повреждаются трубчатые теплообменники;
- бесклеевые уплотнители легко заменить новыми, при этом они жестко фиксируются в каналах. Низкая вероятность появления протечек после механической очистки, они обнаруживаются сразу же (без разборки);
- комплект не нуждается в специальном укрепленном основании и дополнительной теплоизоляции
- средний срок окупаемости в зависимости от модели составляет 3-5 лет.
Слабой стороной агрегатов признаются высокие требования к качеству очистки рабочей среды. Так как между панелями остается небольшое расстояние, загрязнение каналов происходит быстрее по сравнению с полостями ближайшего конкурента – кожухотрубного теплообменника. Засорение ведет к понижению эффективности теплопередачи, уменьшению КПД устройства.
Критерии выбора
При определении оптимальной модели аппарата следует опираться на технические характеристики изделия:
- схема подключения ГВС;
- уровень тепловой нагрузки;
- параметры греющей и нагреваемой среды.
В последнем пункте принимается во внимание такая информация, как входная и выходная температура в зимние и летние периоды, потенциальный расход среды и допустимые потери давления, процентное соотношение запаса мощности. Эти сведения берутся за основу при расчете производительности пластинчатого теплообменника.
Нюансы монтажа и подключения
Теплообменник применяется только в связке и не подразумевает самостоятельного использования. Агрегат во время установки окружают вспомогательным оборудованием, таким как обратные клапаны, контрольно-измерительные устройства в виде термометров и манометров, запорная арматура (ручные заслонки и задвижки), циркуляционные насосы.
Подключение производится по одной из следующих схем:
- одноступенчатый параллельный (независимый) метод;
- двухступенчатый смешанный;
- двухступенчатый последовательный.
В первом случае образуется изрядная экономия полезной площади в зоне монтажа. Ключевое преимущество этого способа – простота исполнения (что важно в условиях ремонта, обслуживания, замены узла). Недостаток методики – отсутствие возможности подогрева холодной рабочей среды.
При двухступенчатом смешанном методе температура входящего теплоносителя повышается за счет обратного потока, в результате эффективность связки увеличивается на 35-40%. Но в этом случае для обеспечения горячего водоснабжения придется предусмотреть в системе два теплообменника, что увеличивает расходы на закупку и монтаж оборудования.
Последовательный двухступенчатый способ позволяет увеличить эффективность использования рабочей среды и стабилизировать нагрузку в сети. По сравнению с параллельной схемой здесь затраты на теплоноситель уменьшаются на 50%, на фоне смешанной методики – на 25%. Единственный недостаток решения – невозможность полной автоматизации теплового узла.
Сферы использования оборудования
Рассматриваемые модели применяются в коммунальном хозяйстве для достижения следующих целей:
- дополнительное прогревание среды в горячем водоснабжении;
- нагрев воды в бассейнах и бойлерах;
- обеспечение независимого контура отопления от ЦТП или ТЭЦ;
- вентиляция помещений;
- прокладка теплых полов.
В таких условиях максимальная температура воды может составлять 180°C на фоне давления в пределах 10-16 кПа. Пластины изготавливаются из нержавейки толщиной 0,4 мм, для уплотнителей используется этиленпропилен.
В пищевой отрасли теплообменники задействованы при производстве растительных масел, молочных продуктов, спирта, сахара, пива. Они применяются в качестве элементов испарительных, охладительных, пастеризующих линий. Здесь актуальны паяные и разборные модели.
В металлургии пластинчатые компоненты включены в оборудование для охлаждения рабочих жидкостей. В данной отрасли в интенсивном охлаждении нуждаются плавильные печи, прокатные и разливочные механизмы, травильные растворы, гидравлические смазки.
Теплообменники в нефтегазовой сфере помогают подогревать и охлаждать жидкости, вещества, задействованные в крекинге и технологической подготовке сырья. Агрегаты применяют в качестве составных частей сетевых систем, оборудования для химобработки воды, обеспечения низкого давления. Пластины для газовой и нефтяной промышленности изготавливают на базе чистого титана в виде листов толщиной не более 0,7 мм. К маркам полимера, применяемым для производства уплотнительных прокладок, предъявляются высокие требования по устойчивости к химическому и термическому воздействию.
Пластинчатые теплообменники, востребованные в судостроении, служат охладителями для всей системы и главного двигателя. Носителями в подобных условиях являются моторные масла, отличающиеся по вязкости, морская вода, СОЖ. Агрегаты также актуальны в составе отопительных контуров и ГВС на крупных морских судах.
Пластинчатые теплообменники от « Завода Триумф» сегодня являются одним из передовых и оптимальных решений проблем теплообмена на малом и большом производстве. Поэтому их активно применяют все промышленные отрасли.
Среди достоинств комплектующих можно отметить следующие:
- низкие затраты на производство, обслуживание устройств не является дорогостоящим;
- обеспечение эффективной и качественной тепловой передачи (коэффициент удалось повысить в 3-5 раз по сравнению с гладкотрубными теплообменниками);
- экономичность благодаря использованию ассиметричных каналов;
- устройство занимает небольшую площадь, так как использует наименьшую разницу температурного режима;
- среди основных преимуществ пластинчатых теплообменников – эффект самоочищения при помощи потока с высокой турбулентностью;
- мощность увеличивается за счет расширения пакета пластин.
Устройство является надежным и практичным, исключается смешение сред. Оборудование имеет небольшой вес, что предполагает легкость промывки и демонтажа.
Использование оборудования
Преимущества применения в эксплуатации теплообменников пластинчатого типа:
- простота установки, использования и ремонта устройства;
- для увеличения мощности предусматривается применение дополнительных пластин;
- турбулизация потока позволяет производить наименьшее загрязнение рабочей поверхности;
- небольшие габаритные параметры оснащения позволяют экономить производственную площадь и финансовые средства на обслуживание;
- конфигурация уплотнения не дает жидкостям смешиваться;
- комплектация предусматривает высокую стойкость перед коррозийными процессами.
Оборудование имеет оптимальную комплектацию. Устройство подбирается по требованиям заказчика. Предоставляется широкий выбор профилей и размерных параметров пластин. Максимально допустимая нагрузка для оснащения – 60 МВт. Поверхность теплообмена охватывает от 5 до 1750 квадратных метров.
Пластинчатый теплообменник типа моноблок- основа двухступенчатой смешанной системы ГВС (горячего водоснабжения)
«Моноблок» - тип пластинчатого теплообменника предназначенный для работы в двухступенчатой системы ГВС, в котором обе ступени объединены в одном теплообменнике, такой теплообменник имеет шесть патрубков. (см. рис.).
Основные и пожалуй единственные плюсы моноблока является, компактность, в сравнение с двумя теплообменниками раздельно и соответственно меньшая стоимость, тем и обуславливается широта применения теплообменников типа «Моноблок».
Теперь попробуем определить его минусы.
Рис. Моноблок для двухступенчатой системы ГВС. Расположение патрубков: Н1 - Вход обратного теплоносителя из системы отопления, Н2 - Вход циркуляционной воды ГВС, Н3 - Выход нагретой воды ГВС, Н4 - Вход горячего тепло носителя из теплосети, F3 - Вход холодной водопроводной воды, F4 - Выход общего обратного теплоносителя в теплосеть.
«Простота» монтажа.
Считается что смонтировать один аппарат проще, чем несколько таких же. Но установленный моноблок выглядит как паук, опутанный паутиной трубопроводов, различной запорной арматуры и приборов. Таким образом теряется основное преимущество- простота обслуживания и ремонта. Если в одноходовом пластинчатом теплообменнике все патрубки расположены на передней плите Н1-Н4 и для его обслуживания и ремонта необходимо всего лишь воспользоваться запорной арматурой и сбросниками, то для разборки системы моноблока неизбежен демонтаж патрубков подвижной задней плиты. Также трубопроводы задней плиты могут перекрывать доступ к моноблочному теплообменнику. Для нормальной эксплуатации моноблока для начала стоит сделать грамотный проект привязки к трубопроводам теплоносителя, холодной и горячей воды с целью обеспечения лёгкого доступа для обслуживания и ремонта. Правильно смонтированный моноблок занимает место не меньше, чем два отдельно стоящих теплообменных аппаратов.
Надежность.
Важно помнить, что два отдельных теплообменника надежнее одного, выполняющего те же функции. Что мы получаем при выходе из строя одного из теплообменников? В таком случае система сможет работать с неполной нагрузкой, пока отремонтируется или пройдёт обслуживание второй теплообменник. Моноблок при неработоспособности даже одной ступени должен быть выведен из работы весь, потому что корпус один на обе ступени.
Эффективность.
При расчете моноблочного теплообменника тоже есть свои нюансы. Достаточно часто трудно создать моноблочную систему двухступенчатой смешанной схемы ГВС, по эффективности сопоставимую с двумя отдельными пластинчатыми теплообменниками. Это обусловлено тем, что установленный вид пластины в моноблоке для двух ступеней один. И в пределах теплофизических свойств этого типа нам необходимо решать задачу по компоновке пакетов пластин для обеих из ступеней, в то время как одна от другой ступени могут различаться по расходам, особенно по стороне теплоносителя. Вот, например, требования для первой ступени способность пропустить суммарный расход теплоносителя системы отопления и теплоносителя второй ступени при обеспечении небольших гидравлических сопротивлений и среднем теплосъеме. Для второй ступени это относительно малые расходы по стороне теплоносителя и воды горячего водоснабжения, более высокие допустимые гидравлические сопротивления и существенно больший теплосъем. То есть, если бы это были два отдельных теплообменника, то теплообменник первой ступени должен быть с большим диаметром патрубков и с «короткой» пластиной, а теплообменник второй ступени с меньшим диаметром патрубка и более «длинной» пластиной.
Есть вариант задания для подбора оборудования для двухступенчатой смешанной схемы. Исходные данные таковы: нагрузка системы горячего водоснабжения 0,4 Гкал/ч, нагрев холодной воды с 5°
С до 60°
С, общая нагрузка системы отопления 1,2 Гкал.ч, температурный график 150-70.
Разбивая нагрузку на ступени, в соответствии с (СП 41-101-95), для заданных условий получаем исходные данные для подбора теплообменников ступеней (см. табл.).
Фактически величина NTU характеризует тот тепловой режим, на котором будет работать теплообменник. Чем больше NTU, тем больше должна быть тепловая «длина» пластины теплообменника.
В этом случаях видно, что теплообменник второй ступени должен обладать большей, почти на 50%, способностью к теплосъему (тепловой «длиной»), чем теплообменник другой ступени. Кроме того, расходы по греющей стороне обеих ступеней отличаются почти в 3 раза. Это означает, что если для теплообменника второй ступени достаточны патрубки Ду32, то для теплообменника первой ступени патрубки должны быть больше, не менее Ду50.
Пакет пластин
Вышесказано, моноблок это, по сути, два теплообменника, расположенных в одной раме. А значит, и два пакета пластин, размещенных в одной раме, поделённые разворотной пластиной, имеющей два (верхних или нижних) глухих отверстия порта. Зачастую ближе к неподвижной плите находится пакет второй ступени, а за ней пакет первой ступени. Из-за разных функций, выполняемых этими пакетами (см. выше), они имеют разную компоновку и количество пластин. И так как все эти пакеты находятся в одной раме, есть возможность того, что в процессе сервисного обслуживания произойдет ошибка при сборке всего пакета пластин моноблока. То есть, если после разборки моноблока пакеты поменять местами или неправильно их скомпоновать то, вновь собрав аппарат, мы не получим от него заложенных тех характеристик, которые заложены в него изначально.
Таблица. Данные для подбора теплообменников.
С двумя теплообменными аппаратами ситуация проще. В этом случае, даже неправильно собрав весь пакет, мы не получим такого колоссального снижения мощности, расходов и изменения гидравлического сопротивления, как с моноблоком.
В итоге
Плюсы и минусы пластинчатого теплообменника с моноблочной компоновкой:
Плюсы:
1. Небольшая стоимость.
2. Моноблок немного компактнее двух теплообменников.
Минусы:
1. Сложный монтаж и неудобства в облуживания из-за трубопровода на прижимной плите.
2. Меньшая надежность.
3. Менее продуктивная работа.
4. Требовательность к сборке пакета пластин теплообменника.
