Устройство пластинчатого теплообменника

виды, устройство и принцип работы

Введение

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

Типы, устройство и принцип работы пластинчатых теплообменников

Принцип работы всех пластинчатых теплообменных аппаратов одинаков:

На входы ТО подаются теплоносители.
Теплоносители движутся по внутреннему контуру теплообменного агрегата, который сформирован пакетом пластин.
В процессе движения, контактируя с поверхностью пластины, более горячий теплоноситель отдает часть тепла нагреваемой среде.
С выходов теплоносители, с изменившейся температурой, поступают в систему отопления, водоснабжения или вентиляции.

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.

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.

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.

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.

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.

Применение пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменные аппараты используются в:

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

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

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.

Заключение

Пластинчатый теплообменник – это современный тип теплообменных аппаратов, которые активно вытесняют аналоги устаревших типов, такие как кожухотрубные агрегаты. Этому способствует их компактность, низкая цена и высокие показатели технических характеристик.

В следующей статье мы рассмотрим, как происходит сборка и разборка пластинчатого теплообменника.

Подписывайтесь на наши новости!

Устройство пластинчатого теплообменника и конструкция

Описание конструкции

Теплообменник пластинчатый представляет собой аппарат, в котором через тонкие пластины (из стали, меди, графита и т.д.) происходит передача тепла от нагретой к более холодной среде.

Конструктивные особенности:

Пластинчатые теплообменники используются практически во всех технологических процессах и могут применяться в качестве охладителей среды, подогревателей и кондиционеров.

Подбор и расчет стоимости теплообменника удобным для вас способом

Получить консультацию

Проконсультируем по задаче
Подскажем где взять данные
Поможем с подбором
Скажем цену по маркировке

Рассчитаем по параметрам

Делаем расчёт точно и профессионально, без всяких манипуляций

Рассчитать

Есть готовый расчет теплообменника?

Рассчитаем стоимость по номеру расчета, серийному номеру, расчетному листу, спецификации, по шильдику теплообменника

Получить цену

перезвоним в течение 1 минуты

результат от 30 минут

результат от 5 минут

Расчетные данные (нагрузки, давления, температурные графики) выдаются теплоснабжающими организациями (тепловыми сетями, котельными) в виде пояснительных записок, Технических условий (ТУ).

Также эти данные вы можете взять из договора с теплоснабжающей организацией, или из проекта модернизации или переоборудования ИТП, УУТО. Если у вас остались вопросы по данным для расчета, то можно обратиться к менеджеру за консультацией.

Устройство теплообменника:

Давайте разберемся, из чего состоит разборный теплообменник.

1 – передняя неподвижная плита, 2 – верхняя направляющая, 3 – задняя подвижная плита, 4 – задняя стойка (штатив) , 5 – рабочая пластина с уплотнением, 6 – нижняя направляющая, 7 – патрубки, 8 – ролики для перемещения пластин вдоль направляющих, 9 - шильд с названием и техническими данными, 10 - шпильки

Конструкция разборного пластинчатого теплообменника состоит из:

Гофрированных тонких пластин.

Могут выполняться из стали, титана и других сплавов, в зависимости от требований проекта. За счет рельефной поверхности, они обеспечивают высокую турбулентность потока рабочей среды и, соответственно, высокий коэффициент теплопередачи. При этом важно понимать, чтобы добиться максимальной производительности оборудования, нужно сделать правильный расчет пластинчатого теплообменника, который позволит найти оптимальное соотношение, между скоростью потока, объемом рабочей среды и габаритами агрегата.

Двух несущих балок.

Пластины теплообменника закрепляются на верхнюю балку и поддерживаются нижней.

Подвижной и неподвижной опорных плит.

Между ними размещается конструкция из балок и пластин (фиксация осуществляется стяжными болтами).

Уплотнительных прокладок.

Крепятся между пластинами, отвечают за герметичность каналов и препятствуют смешиванию рабочих сред. Прокладки теплообменника могут производиться из нитрилового каучука (для масляных сред), EPDM (для высоких температур) или материала HeatSeal (уникальная разработка компании Альфа Лаваль, применяемая в пароводяных средах).

Выше описана конструкция разборного пластинчатого теплообменника. Паяные модели изготавливаются по той же схеме, только соединение пластин в них производится методом пайки без использования уплотнительных прокладок. Поэтому такие модели дешевле разборных, но более дорогие в обслуживании и целесообразны лишь в средах высокого давления (около 50 Бар).

Конструктивные особенности:

Передняя неподвижная и задняя подвижная плита – представляют собой каркас агрегата и стягивают рабочие пластины.
Направляющие – закрепляются на передней плите и задней стойке-штативе, служат опорой для подвижной плиты и пластин (последние перемещаются вдоль направляющих по специальным роликам).
Теплообменные пластины имеют 4 отверстия и образуют между собой два изолированных и герметичных канала – для холодной и горячей рабочей среды.
Резиновые уплотнения фиксируются в канавках пластин при помощи эпоксидного клея или клипс. Клей не рекомендуется использовать в системах с большими перепадами давления, а клипсы – в окисляющей среде и при частых «вскрытиях» оборудования.
Разборные пластинчатые теплообменники производят на разных видах рам: консольной, двух- и трехопорной. Каждый агрегат обязательно оснащается шильдом, где указывается точное название модели и его техданные.

Виды пластинчатых теплообменников

Разборные теплообменники

Очень гибкие в настройках конструкции, позволяющие увеличивать или уменьшать площадь теплообмена путем добавления или убавления пластин. Легко монтируются и разбираются для очистки или ремонта.

Полусварные теплообменники

Часть такой конструкции может быть собрана при помощи прокладок и быть разборной, а часть – при помощи сварки. Используются очень редко.

Паяные теплообменники

Выгодно отличаются от разборных возможностью выдерживать более высокие давления и температуры. Но при этом, если изменится режим работы и понадобится изменение тепловой мощности, придется полностью заменить аппарат. К тому же их ремонт тоже связан с определенными трудностями: конструкцию придется полностью снять и отвезти в сервисный цех, что влечет за собой длительный простой в технологическом процессе.

Как вы уже поняли, прочитав данную статью, самая распространенная – это разборная модель. Она пригодна для работы с разными теплоносителями (жидкостью, паром и газом, двухфазной средой, при высоких и низких давлениях/температурах).

Пластинчатый теплообменник

с его низкой стоимостью, гибкостью, простотой обслуживания и высокой тепловой эффективностью не имеет себе равных среди теплообменников любого типа.

Теплопередача

Первый коммерчески успешный пластинчатый теплообменник в мире был представлен в 1923 году д-ром Ричардом Селигманом, основателем компании Aluminium Plant and Vessel Company Ltd. , широко известной сегодня как APV. Самый первый пластинчатый и рамный теплообменник Paraflow был сконструирован из литых пластин из бронзы и заключен в раму, которая установила стандарт для современных разработанных на компьютере теплообменников из тонких металлических пластин, известных во всем мире.

Функция пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник представляет собой устройство, которое непрерывно передает тепло от одной среды к другой без добавления энергии в процесс. Основная концепция пластинчато-рамного теплообменника состоит в том, что две жидкости текут по обеим сторонам тонкой гофрированной металлической пластины, поэтому тепло может легко передаваться между ними.
Пластины сжимаются с помощью стяжных болтов между неподвижной частью рамы (называемой головкой) и подвижной частью рамы (называемой толкателем).
Эффективность пластинчатого теплообменника требует меньше места на полу по сравнению с другими типами оборудования для теплопередачи и легче по весу.

Изображение принадлежит WCR

Конструкция пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник рассчитан на одноходовой или многоходовой поток в зависимости от режима работы. Для большинства задач подходит однопроходное и часто предпочтительное решение, так как все соединения остаются на неподвижной части рамы и, следовательно, упрощается разборка. Однако многопроходная система требуется, когда скорость потока низкая или когда температура на подходе близка. Другие факторы, такие как высота потолка здания или ограниченность пространства для обработки больших листов, часто приводят к решению использовать многопроходные и, следовательно, больше и меньше листов.

Типы пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники Paraflow
Paraflow — это оригинальный пластинчатый теплообменник, разработанный APV для обеспечения максимальной эффективности и экономичности при работе с широким спектром задач теплопередачи. Агрегаты бывают различных конфигураций, как указано ниже.

Одностенные разборные (парафлоу) пластинчатые теплообменники — традиционный пластинчатый теплообменник
Пластинчатые теплообменники с двойными стенками (Duo-Safety) — используются для предотвращения перекрестного загрязнения жидкостей
Полусварные (парасварные) пластинчатые теплообменники с парой пластин — без прокладок на одном пластинчатом канале, с прокладкой на другой стороне для максимальной гибкости и безопасности

Парапаянные пластинчатые теплообменники
Парапаянные теплообменники представляют собой компактные и экономичные устройства, обеспечивающие высокую тепловую эффективность при низком перепаде давления. Это идеальный выбор для многих однофазных и двухфазных систем теплопередачи в промышленности и холодильном оборудовании.

Гибридный теплообменник - Цельносварная конструкция
Цельносварной гибридный теплообменник сочетает в себе преимущества пластинчато-рамного теплообменника с преимуществами трубчатого теплообменника.

Пластинчатый теплообменник
— принцип работы

Преимущества пластинчатых теплообменников

Простота снятия и очистки

Пластинчатые теплообменники легко чистить, отвинтив стяжные болты и отодвинув назад подвижную часть рамы. Затем пакет пластин можно осмотреть, очистить под давлением или, при необходимости, снять для ремонта.

Расширяемый

Очень важной особенностью пластинчатого теплообменника является возможность его расширения. Повышение требований к теплопередаче означает простое добавление пластин вместо покупки нового теплообменника, что экономит время и деньги.

High Efficiency

Благодаря штампованным рисункам в пластинах и относительно узким зазорам достигается очень высокая турбулентность при относительно низкой скорости жидкости. Это в сочетании с противонаправленным потоком приводит к очень высоким коэффициентам теплопередачи.

Компактный размер

В результате высокой эффективности требуется меньшая площадь теплопередачи, что приводит к значительно меньшим размерам теплообменника, чем потребовался бы для той же работы с использованием других типов теплообменников. Обычно для пластинчатого теплообменника требуется от 20 до 40% пространства, необходимого для кожухотрубного теплообменника.

Близкая температура

Те же характеристики, которые обеспечивают высокую эффективность пластинчатого теплообменника, также позволяют достигать близких температур, что особенно важно в приложениях рекуперации тепла и регенерации. Возможно достижение температуры 0,5°C.

Несколько функций в одном блоке

Пластинчатый теплообменник может состоять из секций, разделенных простыми разделительными пластинами или более сложными разделительными рамами с дополнительными соединениями. Это позволяет нагревать, регенерировать и охлаждать жидкость в одном теплообменнике или нагревать или охлаждать несколько жидкостей с помощью одного и того же источника охлаждения или нагрева.

Меньшее загрязнение

Очень высокая турбулентность достигается благодаря рисунку пластин, множеству точек контакта и узкому зазору между пластинами. Это в сочетании с гладкой поверхностью пластин значительно снижает загрязнение по сравнению с другими типами теплообменников.

Низкие затраты

Высокие коэффициенты теплопередачи означают меньшую площадь теплопередачи и теплообменники меньшего размера, а иногда даже меньше теплообменников.

Ссылка.. ВКР

Принцип работы пластинчатого теплообменника

О пластинчатом теплообменнике
Как это работает
Техническое обслуживание и ремонт

Закон физики всегда позволяет движущей энергии в системе течь до равновесия. Тепло рассеивается, когда есть разница температур.

Теплообменник работает по принципу выравнивания. В пластинчатом теплообменнике тепло проходит через поверхность и отделяет горячую среду от холодной. Таким образом, для нагрева и охлаждения жидкостей и газов требуется минимальное количество энергии.

Теория теплопередачи между средами и жидкостями происходит, когда:

Тепло всегда передается от горячей среды к холодной.
Между средами всегда должна быть разница температур.
Теплота, потерянная горячей средой, равна количеству теплоты, полученной холодной средой.

Для решения тепловой задачи воспользуемся методом расчета пластинчатого теплообменника.

Теплообменник – это часть оборудования, передающего тепло от одной среды к другой.

Существует два основных типа теплообменников:

Прямой теплообмен, при котором обе среды находятся в непосредственном контакте друг с другом. Например, градирня, в которой вода охлаждается за счет прямого контакта с воздухом.
Непрямой теплообмен через разделенную среду.

Что такое пластинчатый теплообменник

Конструкция пластинчатого теплообменника (ПТО) состоит из нескольких теплообменных пластин. Удерживается фиксированной пластиной и свободной прижимной пластиной, образуя законченный блок. Каждая пластина теплопередачи снабжена прокладкой, образующей две отдельные системы каналов.

Расположение прокладок обеспечивает сквозной поток в отдельных каналах. Это позволяет первичной и вторичной средам двигаться в противотоке. Среды не смешиваются благодаря конструкции прокладки.

Гофрированные пластины создают турбулентность в жидкостях, протекающих через устройство. Эта турбулентность дает эффективный коэффициент теплопередачи.

Альфа Лаваль предлагает пластинчатые теплообменники для всех отраслей промышленности и областей применения: для отопления, охлаждения, рекуперации тепла, конденсации и испарения.

теплообменники пластинчато-рамные разборные
Серия промышленных линий
полусварной пластинчатый теплообменник промышленного типа
Сварные пластинчато-блочные теплообменники, напр. Альфа Лаваль Compabloc
Сварные кожухопластинчатые теплообменники, напр. Альфа Лаваль DuroShell и Packinox
Сварные спиральные теплообменники

Инновационные решения Альфа Лаваль экологичны. Оптимизация технологий для повышения энергоэффективности, сокращения выбросов и утилизации отходов и воды.

теплообменники пластинчато-рамные разборные
Серия промышленных линий
полусварной промышленный линейный пластинчатый теплообменник
Сварные пластинчато-блочные теплообменники, напр. Альфа Лаваль Compabloc
Сварные кожухопластинчатые теплообменники, напр. Альфа Лаваль DuroShell и Packinox
Сварные спиральные теплообменники

Принцип работы

Разборные пластинчатые теплообменники (РПТО) оптимизируют теплообмен. Гофрированные пластины обеспечивают легкий перенос тепла от одного газа или жидкости к другому.

Пластины разборного пластинчатого теплообменника с эластомерными прокладками. Они запечатывают каналы и направляют среды в альтернативные каналы. Пакет пластин находится между пластиной рамы и прижимной пластиной. Затем он сжимается болтами между пластинами. Верхняя несущая планка поддерживает канал и прижимную пластину. Затем они фиксируются в положении нижней направляющей планкой на опорной стойке. Эту конструкцию легко чистить и модифицировать (удаляя или добавляя пластины).

Вот три этапа сборки разборного пластинчатого теплообменника:

Зона теплопередачи разборного пластинчатого теплообменника состоит из гофрированных пластин. Они находятся между рамой и прижимными пластинами. Прокладки действуют как уплотнения между пластинами.

Жидкости проходят через теплообменник противотоком. Это дает наиболее эффективную тепловую производительность. Это также обеспечивает очень близкий температурный подход. Например, разница температур между входящими и выходящими рабочими средами.

Для термочувствительных или вязких сред холодная жидкость смешивается с горячей жидкостью. Это сводит к минимуму риск перегрева или замерзания носителя.

Пластины доступны с различной глубиной прессования, шевронным рисунком и гофрированной формой. Все разработано для оптимальной производительности. В зависимости от области применения каждый ассортимент продукции имеет свои специфические характеристики пластин.

Зона распределения обеспечивает приток жидкости ко всей поверхности теплопередачи. Это помогает избежать застойных зон, которые могут вызвать обрастание.

Высокая турбулентность потока между пластинами приводит к более высокой теплопередаче и падению давления. Тепловые конструкции Альфа Лаваль можно настраивать. Для различных применений, обеспечивающих наилучшие тепловые характеристики при наименьшем падении давления.

При наличии различных типов разборных пластинчатых теплообменников существуют преимущества и недостатки выбора разборных пластинчатых теплообменников:

Преимущества пластинчатых теплообменников: текущий расход, 80-9На 0% меньше удерживаемый объем.

Низкая стоимость - низкие капиталовложения, затраты на установку, ограниченные расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию.

Высочайшая надежность — меньше загрязнений, нагрузок, износа и коррозии.

Ответственность - минимальное потребление энергии для максимального эффекта процесса, снижение очистки.

Простота увеличения емкости – регулируемые пластины на существующих рамах.

Недостатки пластинчатых теплообменников:

Плохая герметизация может привести к возникновению течи, что вызовет затруднения при замене.
Ограниченное использование давления, как правило, не более 1,5 МПа.
Ограниченная рабочая температура из-за термостойкости материала прокладки.
Небольшой путь потока, не подходит для теплообмена газ-газ или конденсации пара.
Частое засорение, особенно взвешенными твердыми частицами в жидкости.
Сопротивление потоку больше, чем у кожухотрубного.
Learn more
ФИО*

E-mail*

Запрос*

Прикрепить файл