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:

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

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:

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!

Ниже приведен список основных преимуществ разборных ПТО.

1. Компактность и высокая эффективность

КПД пластинчатого теплообменника для отопления и горячего водоснабжения 80-85%. При относительно небольших размерах, суммарная площадь поверхности всех пластин может достигать нескольких квадратных километров. 99,0-99,8% от общей площади — теплопередающая поверхность. Присоединительные порты находятся на одной стороне, это упрощает монтаж и подключение. Двухступенчатый теплообменник позволяет уменьшить площадь под ИТП (индивидуальный тепловой пункт). При проведении ремонтных работ требуется меньшая площадь, чем при использовании кожухотрубного теплообменного аппарата.

2. Низкие потери давления в ПТО

Конструкция пластинчатого теплообменника позволяет плавно менять общую ширину канала. Снижение максимальной величины допустимых гидравлических потерь достигается за счет увеличения количества каналов. Уменьшение гидравлического сопротивления снижает расход электроэнергии на насосах.

3. Экономичность, низкие трудозатраты и короткие сроки ремонта

Стоимость монтажа часто не превышает 2-4 % от стоимости оборудования. Разбор и промывку пластинчатого теплообменника специалист может провести за несколько часов. При небольших загрязнениях можно использовать безразборную промывку. Срок службы уплотнений ПТО, при правильной эксплуатации, достигает десяти лет, пластин — 15-20 лет. Стоимость замены всех уплотнений не превышает 15-20% от стоимости аппарата, при этом не обязательно менять сразу весь пакет.

4. Низкая загрязняемость

В теплообменных пластинах используются профили каналов, позволяющие добиться высокой турбулентности потока и как следствие — самоочищаемости. Это позволяет увеличить интервалы между сервисным обслуживанием.

5. Гибкость

Конструкция ПТО позволяет менять поверхность теплообмена для увеличения мощности. При росте потребностей, можно добавлять пластины без замены всего аппарата.

6. Индивидуальность

Программа завода изготовителя, позволяет специалисту произвести расчет и подобрать конфигурацию оборудования в соответствии с необходимыми температурными графиками и потерями давления по обоим контурам. Расчет по времени занимает 1-2 часа. Даже теплоноситель с заниженной температурой в системах теплоснабжения позволяет нагревать воду в ПТО до нужной температуры.

7. Устойчивость к вибрациям

Пластинчатые теплообменники высокоустойчивы к наведенной двухплоскостной вибрации, вызывающей повреждения трубчатого теплообменного аппарата.

Применение разборных теплообменных аппаратов позволяет достичь снижения затрат на 20-30% и более эффективно использовать источники энергии, повышая их КПД. Окупаемость ПТО в теплоэнергетике колеблется от 2 до 5 лет, а в некоторых случаях достигается за нескольких месяцев.

Расчет пластинчатого теплообменника

Чтобы узнать цену и купить пластинчатый теплообменник , нужно заполнить Опросный лист и отправить его по электронной почте info@сайт

Работа пластинчатого теплообменника — достоинства, недостатки, устройство

Теплообменные аппараты включают в себя штампованные пластины, не повергающиеся коррозионным процессам. Они могут использоваться в качестве воздухоохладителей или подогревателей различных видов жидкостей, таких как мазута, нефти, воды, масла и других.

Для правильного выбора отопительного оборудования нужно знать, как происходит работа пластинчатого теплообменника.

Мощность устройства может меняться, если увеличивать или уменьшать число пластин. Этого нельзя сделать в других видах приборов, потому что в них число теплообменных труб является постоянным. Прокладки, использующиеся в производстве аппаратов, укрепляют межпластинные каналы. Уплотнители из резины образуют два полностью герметичных канала, предназначающихся для жидкостей, которые циркулируют в процессе теплообмена.

Жидкости, которые движутся друг к другу, производят процесс, в результате которого горячий теплоноситель передает тепло холодной среде. Работа пластинчатого теплообменника основывается на данном эффективном принципе.

Теплообменное оборудование обладает высоким процентом производительности и уровнем мощности. Она регулируется, если изменяется количество пластин. За таким устройством легко ухаживать, разбирать и удалять различные загрязнения. Достоинством таких аппаратов является и то, что пластины загрязняются довольно медленно и не требуют частой очистки. Качественная полировка пластин, а также высокая турбулентность при работе прибора способствует очищению.

Недостатки

Но, как и все приборы, пластинчатые теплообменники обладают своими недостатками. Главный минус заключается в использовании оборудования низкого качества. При выборе некачественного прибора, устройство засоряется в кратчайшие сроки, а обыкновенная очистка, без применения специальных химических составов, не будет эффективной. Этот недостаток, наверное, является единственным у теплообменного оборудования.

Иногда пластинчатые теплообменники стоят больше, чем аппараты кожухотрубного типа, что является существенным минусом в некоторых случаях.

Нельзя забывать о том, что установка теплообменного оборудования требует выделение отдельного небольшого помещения. Этот факт тоже может стать недостатком и проблемой, если оборудование эксплуатируется в небольшом пространстве или частном доме. Иногда дополнительное пространство просто не было предусмотрено при строительстве сооружения.

Несмотря на некоторые незначительные недостатки, пластинчатые теплообменники являются очень практичным оборудованием, которое является очень популярным на современном строительном рынке.

При движении по межпластинному каналу нагреваемая среда обтекает волнистую поверхность пластин, обогреваемых с обратной стороны греющей средой. Нагреваемая среда затем попадает в продольный коллектор и выходит из аппарата через другой штуцер.

Греющая среда движется в аппарате навстречу нагреваемой и поступает в штуцер, проходит через нижний коллектор, распределяется по каналам и движется по ним. Через верхний коллектор и штуцер греющая среда выходит из теплообменника.

Основным узлом теплообменника является теплопередающая пластина. Общий вид пластины с прокладкой приведены на рисунке. Внешний вид («рисунок» пластины) - это визитная карточка любого теплообменника. «Рисунок» должен обеспечивать равномерное распределение потока по всей поверхности пластины, высокую турбулентность потока даже при малых его скоростях, и в то же время обеспечить необходимую жесткость пластины.

Пластины собираются в пакет таким образом, что каждая последующая пластина повернута на 180 о относительно смежных, что создает равномерную сетку пересечения и взаимных точек опор вершин гофр.

Между каждой парой пластин образуется щелевой канал сложной формы, по которым и протекает рабочая среда. Такие каналы получили наименование сетчато - поточных. Жидкость при движении в них совершает пространственное трехмерное извилистое движение, при котором происходит турбулизация потока.

Особенностью каналов является то, что суммарная площадь поперечного сечения межпластинного канала, перпендикулярного основному направлению движения потока жидкости, остается постоянной по всей длине пластины, за исключением участков входа и выхода. Расположение коллекторных отверстий для входа и выхода рабочей среды на углах пластины - одностороннее (левое или правое).

Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят от эксплуатационных требований к пластинчатому теплообменнику. Пластины штампуются из коррозийно-стойкого листового металла, марок Aisi-316, Aisi-321, титан и другие. По контуру пластины расположен паз для резиновых уплотняющих прокладок. Угловые отверстия для прохода рабочей среды имеют форму, обеспечивающую снижение гидравлических сопротивлений на входе в канал и выходе из него, снижение отложений на этих участках и позволяющую более рационально использовать всю площадь пластины для теплообмена.

Преимущества применения и эксплуатации пластинчатых теплообменников

1. Экономичность и простота обслуживания. При засорении ПТО может быть разобран, промыт и собран двумя работниками невысокой квалификации в течении 4-6 часов. При обслуживании кожухогрубчатых теплообменников (КТТО) процесс очистки трубок часто ведет к их разрушению и закупорке.

2. Низкая загрязняемость поверхности теплообмена вследствие высокой турбулентности потока жидкости, образуемой рифлением, а также качественной полировки теплообменных пластин.

3. Срок эксплуатации первой выходящей из строя единицы уплотнительной прокладки достигает 10 лет. Срок работы теплообменных пластин 15-20 лет. Стоимость замены уплотнений от стоимости ПТО колеблется в пределах 15-25 %, что экономичнее аналогичного процесса замены латунной трубной группы в КТТО, составляющей 80-90% от стоимости аппарата.

4. Стоимость монтажа ПТО составляет 2-4 % от стоимости оборудования соответственно. Что ниже на порядок, чем у кожухотрубчатого теплообменника.

5. Даже теплоноситель с заниженной температурой в системах теплоснабжения позволяет нагревать воду в ПТО до требуемой температуры.

6. Индивидуальный расчет каждого ПТО по оригинальной программе завода-изготовителя позволяет подобрать его конфигурацию в соответствии с гидравлическим и температурным режимами по обоим контурам. Расчет производится в течении 1-2 часов.

7. Гибкость: в случае необходимости площадь поверхности теплообмена в пластинчатом теплообменнике может быть легко уменьшена или увеличена простым добавлением или убавлением пластин при необходимости.

8. Двухступенчатая система ГВС, реализованная в одном теплообменнике, позволяет значительно сэкономить на монтаже и уменьшить требуемые площади под индивидуальный тепловой пункт.

9. Конденсация водяного пара в ПТО снимает вопрос о специальном охладителе, т.к. температура конденсата может быть 50 °С и ниже.

10. Устойчивость к вибрациям: пластинчатые теплообменники высокоустойчивы к наведенной двухплоскостной вибрации, которая может вызвать повреждения трубчатого аппарата.

Вывод: применение нового технологичного оборудования позволяет наряду с экономией первоначальных затрат (20-30%) переходить на другие режимы работы. Достигается более эффективное использование источников энергии, повышение их КПД. Окупаемость перевооружения объектов в теплоэнергетике колеблется от 2 до 5 лет, а в некоторых случаях достигает нескольких месяцев.

C анализом российского рынка пластинчатых теплообменников Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок пластинчатых теплообменников в России ».

[email protected]
WWW: www.akpr.ru

Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
. Маркетинговые исследования
. Технико-экономическое обоснование
. Бизнес-планирование

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.