Преимущества пластинчатого теплообменника перед кожухотрубным
Потребительские характеристики теплообменников
Классификацию теплообменников можно выполнить:
- по типу контакта между передающими тепло средами;
- по направлению взаимной ориентации тепловых потоков;
- по конфигурации передающих тепло поверхностей;
- по материалу, из которого изготовлены рабочие элементы;
- в зависимости от условий безопасности, надежности.
Таким образом, эксплуатационные параметры, по которым можно сравнивать показатели эффективности теплообменников – масса, габаритные размеры, долговечность, ремонтопригодность агрегатов. Параметры определяются в расчете на удельную тепловую мощность.
Конструкция и применение пластинчатого теплообменника
Пластинчатый теплообменник – совокупность металлических пластин, которые объединяются передней и торцевой крышками, уплотняются резиновыми прокладками - уплотнителями теплообменника. Для герметичности рамная конструкция соединяется стяжными болтами, которые подсоединяются к опорным планкам. Рама снабжается отверстиями, куда входит и выходит теплоноситель. Число пластин может уменьшаться или увеличиваться, что учитывается размерами рамы.
Теплопередающие пластины изготавливаются из сталей, алюминиевых сплавов, титана, никеля. Увеличению площади пластин способствуют поверхностные гофры, в форме волны, елочки, креста. Наиболее технологичным считается дизайн «в елочку».
Каждую рабочую пластину обрамляет резиновая прокладка (применяют и иные материалы герметика). В результате теплоноситель может двигаться только в определенных направлениях, для чего пластины набирают в стопку по схеме холодная-горячая-холодная-горячая. Такой порядок максимизирует интенсивность теплового смешивания потоков рабочей среды.
Нагретый теплоноситель поступает на верхний вход, затем последовательно опускается по каждой четной пластине, в то время как поток более холодной рабочей среды поступает через диагональ нижнего угла, откуда направляется на каждую нечетную пластину. Такой порядок позволяет операторам добавлять/удалять пластины, увеличивая или уменьшая теплопередающую способность теплообменника.
Прокладки монтируются так, чтобы создавать различные схемы потока, влияющие на скорость передачи тепла. Чаще используется противоток рабочих сред, когда их перемещение происходит во взаимно противоположных направлениях.
Разборные и паяные теплообменники пластинчатого типа используют:
- В системах рекуперации тепла.
- В компактных установках теплообмена.
- Для периодического регулирования объема передаваемой тепловой энергии.
- Для уменьшения трудоемкости технического обслуживания, ремонта.
Устройства отличаются также меньшими расходами на монтажно-транспортные операции.
Конструкция и применение кожухотрубного теплообменника
Эти теплообменники включают систему минимум двух параллельных металлических трубок, расположенных коаксиально или параллельно друг другу. Для фиксации трубок используют герметичные рамные кожухи.
Схема потока через кожухотрубный теплообменник имеет несколько вариантов, но при этом одна рабочая среда (с меньшей температурой) проходит через кожух, а другая, более высокой температуры – через трубы. В каждом из потоков происходит равномерный, постоянный обмен температур теплоносителя и нагреваемой рабочей среды.
Общий коэффициент теплопередачи аппарата зависит от его конфигурации:
- Теплообменники с прямым контактом между рабочими средами. Это позволяет теплоносителям, имеющим разные температуры, смешиваться напрямую. Тепло- и массообмен происходит одновременно, что характерно, например, для градирен.
- Прямоточные (параллельные) теплообменники, где поток сред с различной температурой имеет одно направление, что интенсифицирует теплообмен.
- Рекуператоры-испарители, которые устанавливаются в автомобильных радиаторах, ледовых установках.
- Регенеративные теплообменники, где тепло от поверхности нагрева попеременно накапливается и отводится, а поверхность входит и выходит из потоков холодного/горячего теплоносителя.
Области применения кожухотрубных теплообменников:
- устройства выработки энергии высокой мощности;
- высокопроизводительные промышленные системы отопления, вентиляции и кондиционирования;
- опреснительные установки;
- системы управления теплообменом в целлюлозно-бумажной промышленности;
- холодильное оборудование;
- охлаждение компрессорных установок в горнодобывающей промышленности и в металлургии.
С повышением мощности устройств необходимость в применении данной техники возрастает.
Сравнение кожухотрубного теплообменника с пластинчатым при условии одинаковых значений ключевых параметров
Сопоставление показателей проводят при одних и тех же значениях удельной тепловой мощности.
Вес
Вес гофрированных пластин при одинаковой площади рабочей поверхности меньше веса трубчатых элементов. С гофрами продольная жесткость пластин аппаратов возрастает, это позволяет изготавливать их из сравнительно тонкого металла. Трубы кожухотрубных теплообменников увеличивают нагрузку на поддерживающие элементы рамы, что вынуждает увеличивать ее массу.
Габариты
При равных значениях параметров пластинчатые теплообменники отличаются меньшими размерами, однако чистка гофрированных пластин – обязательная стадия регламентного обслуживания – по трудоемкости выше, чем очистка труб. При грамотно спроектированной раме вставка дополнительных теплообменных пластин не увеличивает размеры такого теплообменника, в то время как установка новой теплообменной трубы сопряжена с ростом габаритов.
Теплопередача
Преимущество кожухотрубных теплообменников в том, что они допускают эксплуатацию в условиях высоких температур и давлений. Однако для повышенной теплопередачи гофрированные элементы пластинчатых теплообменников приходится изготавливать из более дорогих и дефицитных металлов, например, титановых сплавов. Поэтому агрегаты с повышенными значениями теплообмена чаще производятся с трубчатыми, а не пластинчатыми рабочими поверхностями.
Эксплуатационный срок службы
Поскольку замена пластин – значительно менее трудоемкая операция, чем замена труб, то суммарный срок эксплуатации разборных пластинчатых теплообменников выше, чем трубчатых. Однако обнаружение утечек в этом случае затруднено, т. к. испытание давлением приходится выполнять по более сложной схеме.
Простота и стоимость сервисного обслуживания
Для кожухотрубных теплообменных аппаратов этот параметр выше, чем для устройств с теплообменными пластинами, поскольку очистку пластин можно выполнять турбулентным потоком теплоносителя. Однако первоначальная стоимость монтажа устройств с трубчатыми теплообменными деталями ниже, из-за простоты регулировочных операций.
- Комментарии