Как выбрать пластинчатый теплообменник: основные критерии выбора

Пластинчатый теплообменник – устройство для обмена тепловой энергией между физически разделенными средами.

Теплообменники представляют собой пакет пластин с каналами, входными и выходными патрубками. Пластины соединены пайкой, сваркой или стягиваются прижимными плитами. Работа аппаратов осуществляется по следующему принципу: при подаче в каналы теплоносителя (хладагента) и нагреваемой (охлаждаемой) жидкости, среда с более высокой температурой отдает часть тепловой энергии менее нагретой среде.

Теплообменники в различных системах

Пластины, в сравнении с трубками, значительно увеличивают площадь теплообмена и ускоряет его. При этом поток теплоносителя (хладагент) не контактирует напрямую с нагреваемой (охлаждаемой) средой.

Пластинчатые аппараты обладают следующими преимуществами:

• Высокий коэффициент теплообмена благодаря большой рабочей площади
• Относительно небольшие размеры
• Высокий КПД
• Высокая устойчивость к образованиям отложений благодаря завихрениям потока рабочей среды и теплоносителя

Пластинчатые теплообменники применяют в системах и технологическом оборудовании подогрева или нагрева, охлаждения, осушения. Устройства используют в химической, металлургической промышленности, на морских судах, в инженерных системах зданий и сооружений (ГВС, отопление, кондиционирование), для термической обработки пищевых продуктов, в энергетике и других отраслях.

Виды пластинчатых теплообменников

Различают несколько основных видов теплообменников: паяные, разборные, сварные и полусварные.

Первые состоят из пластин, соединенных пайкой. Составные части устройств для стандартных условий эксплуатации соединяют медным припоем, теплообменники для агрессивных жидкостей – сплавом на основе никеля.

К преимуществам паяных устройств относят:

• Устойчивость к высокому давлению
• Возможность применения при высокой температуре теплоносителя и окружающей среды

Паяные теплообменники Kelvion

Однако, такие теплообменники имеют свои недостатки. Агрегаты нельзя использовать для охлаждения или нагрева жидкостей с взвешенными примесями, которые могут засорить каналы. В этом случае нужно использовать фильтр.

Очистка внутренних поверхностей от отложений возможна только промывкой химическими реагентами. Кроме того, при нарушении герметичности каналов паяный теплообменник нужно заменить полностью.

Пластины разборных теплообменников стянуты резьбовыми шпильками. Герметичность внутренних каналов обеспечиваются уплотнительными прокладками из эластичных полимеров, расположенными между пластинами.

Разборные пластинчатые теплообменники:

• Обладают высокой ремонтопригодностью. При выходе из строя уплотнения или пластины их можно заменять
• Возможность механической очистки. Теплообменники такой конструкции можно разбирать для промывки и чистки без применения химических реагентов

Разборный теплообменник Ридан

К недостаткам разборных теплообменников относятся невозможность применения при высоком давлении и температуре. Устройства также нельзя использовать для сред, агрессивных к материалам уплотнителей.

Выпускают также сварные и полусварные теплообменники. Пластины первых соединены методом сварки. Достоинства и недостатки, область применения аппаратов аналогичны паянным теплообменникам. Полусварные устройства состоят из отдельных сварных секций, соединенных резьбовыми крепежами.

Сварные теплообменники

Полусварные теплообменник

Мощность и производительность

Важнейшие параметры теплообменников – мощность и производительность. Тепловая мощность аппарата рассчитывается по формуле:

P = m * cp * δt, где Р – искомая величина, ср – удельная теплоемкость рабочей жидкости, δt – разность температур горячей и холодной жидкости.

Массовый расход или производительность определяется как:

m=V * р, где V – объемный расход, р – плотность среды. Массовый расчет в свою очередь рассчитывается как:

V = G / Рд, где G – расход жидкости, Р – давление в контурах.

Исходя из производительности тепловой мощности определяют конструкцию пластинчатого теплообменника.

Материалы и коррозионная стойкость

Материалы для теплообменника подбирают исходя из условий эксплуатации, рабочей среды и применяемого теплоносителя. Устройства изготавливают:

• Из титана. Металл отличает высокая механическая прочность, небольшой вес, стойкость к коррозии
• Из меди. Материал обладает высокой пластичностью, устойчивостью к образованию отложений, к морской воде и другим аналогичным агрессивным средам, хорошо передает тепло
• Из нержавеющей стали. Металл отличается химической инертностью, значительной прочностью

Титановые пластинчатые теплообменники применяются в работе с агрессивными средами, например, в химической промышленности. Медные теплообменные аппараты применяют на морских судах, в средах с высоким содержанием солей. Устройство из нержавеющей стали применяют в пищевой промышленности, в системах ГВС и отопления.

Заключение

Итак, для выбора пластинчатых теплообменников нужные следующие данные:

• Назначение (отопление или ГВС, обогрев, охлаждение, и т.п)
• Тип рабочей среды (вода, сусло, молоко, другие жидкости)
• Вид теплоносителя (вода, пар, масло, фреон, гликоль и т.д.)
• Конструкция (сварные, разборные, паяные устройства)
• Материал пластин и патрубков (нержавейка, титан, медь)
• Тепловая нагрузка (массовый расход)

Поставщики пластинчатых аппаратов обычно предоставляют услуги по расчету и подбору теплообменников. Для этого необходимо предоставить данные, которые содержатся в проекте или технической документации.

Доступность запчастей – также важный критерий выбора теплообменников. При поломках гораздо выгодней заменить вошедшие из строя комплектующие, чем устройство целиком. При выборе следует отдать предпочтение брендам, которые не ушли с российского рынка и настроены увеличивать свое присутствие.