Теплообменник предназначен для переноса тепла от одной среды к другой. Используются такие сочетания как пар-жидкость или жидкость-жидкость. Передача тепла происходит через штампованные гофрированные пластины.

В теплообменнике выполняется движение теплоносителей по каналам щелевого типа, имеющим сложную форму. Каналы расположены так, что рабочие среды следуют поочередно, отдавая и принимая тепло.

Пластины обладают малым термическим сопротивлением, что делает теплообменники пластинчатого типа максимально эффективными при теплопередаче.

Движение носителей тепла выполняется по хорошо загерметизированным каналам. В качестве герметика выступают уплотнители из резины, расположенные по периметру пластины.

Уплотнение охватывает два отверстия, расположенные в диаметральных углах пластины, через которые осуществляется поступление и отток теплоносителя. Второй теплоноситель встречным потоком проходит через другие два отверстия, которые изолируются от первых
уплотнениями кольцевого типа. При повреждении уплотнителей, теплообменный элемент вытекает наружу через специально предусмотренные для этого канавки – данное техническое решение способствует быстрому обнаружению нарушения герметичности.

В теплообменнике после сборки пластины стягивают крепежными элементами до необходимого размера. Уплотнительные прокладки выступают в качестве частей изолированных герметичных каналов: это позволяет избежать протечки рабочих сред. Каждая последующая пластина
повернута на 180 градусов относительно предыдущей и благодаря этому, соблюдаются условия для создания турбулентного движения теплообменной жидкости. В результате, теплообмен становится более эффективным, а пластины приобретают дополнительную жесткость.

Каждый канал между пластинами соединяется со своим коллектором, и имеет точки подачи и отвода теплоносителя на неподвижной плите. Пакет пластин закрепляется на раме теплообменника.

Рама теплообменника имеет следующее устройство: подвижная и неподвижные плиты, верхняя и нижняя направляющие, стяжные крепежные элементы и станина. При сборке конструкции направляющие закрепляют на неподвижной плите и станине, затем на них надевают пластины
и подвижную плиту. Подвижная и неподвижная плиты фиксируются крепежом.

Теплообменники одноходового типа сконструированы так, что присоединительные патрубки располагаются на неподвижной плите. Для закрепления теплообменника к технологическим или строительным конструкциям, на станину и неподвижную плиту устанавливаются монтажные
пятки.

Различают несколько видов теплообменников пластинчатого типа, в зависимости от конструкции и размеров теплообменных пластин.

По конструкции теплообменники подразделяют на одноходовые, двухходовые с линией циркуляции, двухходовые, двухходовые моноблочного типа (используется для систем горячего водоснабжения), трехходовые.

К преимуществам теплообменников пластинчатого типа относят:

  • Большая экономия свободного пространства за счет уменьшения площади, занимаемой оборудованием;
  • Возможность самоочистки теплообменника;
  • Высокая эффективность, выраженная в высоком коэффициенте передачи тепла;
  • Невысокие потери давления;
  • Простые ремонт и обслуживание;
  • Низкое потребление энергоресурсов;
  • Ремонт оборудования можно выполнить в короткие сроки;
  • Низкая величина недогрева.

При компоновке и последующем размещении теплообменного оборудования, ключевую роль играют его габариты. Небольшие, по сравнению с другими типами теплообменников, размеры, позволяют получать более высокое значение теплопередачи. К примеру, площадь поверхности,
передающая тепло, в среднем, составляет 99,0-99,8 процентов от общей площади пластины.

Присоединительные штуцеры располагаются на неподвижной плите. Данное конструктивное решение позволяет сделать монтаж, а также подключение теплообменника более простым.

Низкая величина недогрева обеспечивается за счет того, что теплоноситель перемещается по каналам тонким слоем с турбулентностью, что обеспечивает большую отдачу тепла. Гофрированная поверхность пластины позволяет обеспечить турбулентность потока теплоносителя
при относительно невысоких скоростях движения.

Низкие потери давления достигаются за счет конструктивных особенностей пластинчатых теплообменников. Плавное изменение ширины канала позволяет существенно уменьшить гидравлическое сопротивление. Максимально допустимая величина гидравлических потерь уменьшается
посредством увеличения количества каналов в теплообменнике. Уменьшение коэффициента гидравлического сопротивления позволяет снизить расход электричества на насосах.

Обслуживание и ремонт оборудования просто и связано со сборкой и разборкой. При ремонте теплообменника нет необходимости в использовании подъемных механизмов, что позволяет бригаде в 2-3 человека быстро справиться с ремонтными работами.

Пластинчатые теплообменники имеют конструктивную возможность увеличения площади поверхности теплообмена, для чего необходимо добавить нужное количество пластин, что позволяет в кратчайшие сроки без замены всего теплообменного оборудования увеличить его
эффективность.

Пластинчатые теплообменники используются во многих сферах жизнедеятельности, в том числе при охлаждении воды на промышленных теплоэлектростанциях, производстве стали, в автомобильной промышленности. Пластинчатые теплообменники также используют в системах
отопления, водоснабжения и вентиляции, подогреве воды в бассейнах, охлаждении жидких пищевых продуктов, моторного, гидравлического и трансформаторного масел

Пластинчатый теплообменник морской воды

Теплообменное оборудование применяется практически в любом производстве. Широкое распространение получили пластинчатые теплообменники, среди достоинств которых можно выделить следующие: — Высокая эффективность;
— Невысокая относительная стоимость за 1м2 поверхности (в сравнении с кожухотрубным);
— Небольшая площадь для монтажа;
— Простота в эксплуатации и обслуживании;
— Широкий диапазон рабочих параметров;
— Широкая номенклатура видов исполнения.

Основными элементами теплообменника являются:
— Опорная, верхняя и направляющая балки;
— Фиксированная «головная» плита;
— Подвижная прижимная плита;
— Пластины и прокладки; — Подключения; — Стяжки.

Пластинчатые теплообменники

Благодаря специально разработанной системе крепления и выравнивания обеспечивается высокая стабильность пакета пластин, что позволяет использовать более тонкие и термически более эффективные пластины при этом без ущерба надежности и безопасности процесса.
Пластины легко монтируются на направляющей, образуя выровненный и стабильный пакет, что позволяет избежать неправильной сборки и сокращает время обслуживания.

«Рисунок» пластин (расположение, направление и глубина каналов) определяется в зависимости от требуемых характеристик теплообмена и свойств рабочей среды.
Конструкция зоны распределения потока по пластине (поверхность пластины около входного/выходного порта) обеспечивает его эффективное распределение и использование всей ширины пластины, что предотвращает неправильное распределение и образование «мертвых зон».

Пластинчатые теплообменники

Зона теплопередачи спроектирована таким образом, чтобы обеспечить максимальную турбулентность, соответствующую требуемому перепаду давления и минимальному загрязнению. Различные размеры пластин, формы гофр и углы наклона обеспечивают высокую гибкость конструкции в соответствии с требованиями конкретных условий эксплуатации.
Толщина листа пластины может
варьироваться в диапазоне от 0,4 мм до 0,9 мм.
Более тонкие пластины лучше проводят тепло, что сокращает общее количество пластин в теплообменнике.
Глубина рифления пластин выбирается согласно характеристикам процесса. Ширина канала в пластинах определяется удвоенной глубиной рифления и в предлагаемом теплообменнике составляет 6,4 мм (3,2 мм х 2).
Ширина канала между пластинами непосредственно влияет на эффективность самоочистки теплообменника. Чем выше ширина канала, тем ниже эффект самоочистки. Зазор между пластинами составляет 6,4 мм. Расчет и проектирование аппарата осуществляется с учетом самых оптимальных параметров самоочистки. Самые крупные примеси будут задерживаться сетчатым фильтром на входе морской воды. Размер ячейки фильтра выбирается таким образом, что пропускаются только те примеси, размер которых позволяет вымывать их из теплообменника за счет эффекта самоочистки.
Главное преимущество предлагаемых теплообменников – улучшенные показатели напряжения сдвига (благодаря рисунку пластины), которое составляет около 70 Па на стороне морской воды. Это обеспечивает интенсивный эффект самоочищения, что способствует увеличению срока работы теплообменника без очистки.
Также, одной из особенностей предлагаемого теплообменника является асимметричность «рисунка» (рифления) пластин, что позволяет подобрать более компактный теплообменник. Асимметричность «рисунка» пластин обуславливает диспропорцию (по отношению к расходу жидкости) в перепаде давления на горячей и холодной стороне теплообменника.
Улучшение параметров процесса (в т.ч. увеличение коэффициента теплопередачи) может достигаться следующими способами:
— уменьшением термического сопротивления пластины, за счет применения более тонких пластин, что в свою очередь приведет к снижению расчѐтного давления аппарата;
— увеличением теплопроводности пластины, за счет применения более эффективного материала, например титана или никеля, что в свою очередь может повлиять на стоимость аппарата; — уменьшением сопротивления теплопередаче в горячей и холодной жидкости за счет увеличения турбулентности потока, что достигается изменением «рисунка» пластин и глубины их каналов. Любой из способов повышения эффективности теплообменника требует точного расчета и определения наиболее целесообразного варианта исполнения (рабочее давление/перепад давления – толщина пластин – материал пластин).
Обычно перепад давления определяется Заказчиком, однако если требование не установлено, значение перепада давления может быть принято на уровне 100 кПа (обычно расчет/проектирование проводится с максимально допустимым перепадом давления).
Повышение перепада давления позволяет получить повышение турбулентности потока, уменьшение толщины ламинарной пленки и, как следствие, повышение теплопередачи. В то же время увеличение перепада давления приводит к увеличению расходов – выше потребление электроэнергии на прокачку рабочих жидкостей через аппарат.
При расчете/проектировании всегда необходимо соблюдать баланс между параметрами аппарата.
Рабочая среда теплообменника далеко не всегда представляет чистую жидкость. Зачастую рабочая жидкость содержит взвешенные вещества, органические загрязнители (водоросли), другие загрязняющие вещества, кристаллизуется и/или является коррозионно-активной, как, например, морская вода.
Пластинчатые теплообменники

Со временем эти свойства рабочей жидкости могут вызывать «зарастание» каналов, что, в свою очередь, приводит к:
— снижению скорости теплопередачи, и, как следствие, к снижению
производительности;
— неправильному распределению жидкости по каналам;
— повышению перепада давления и
увеличению расхода электроэнергии; — снижению пропускной способности и сокращению времени пребывания жидкости в каналах;
— к износу и/или разрушению материала пластин.
Для предотвращения/снижения
влияния указанных негативных факторов
рабочей среды, предлагаемые Рис. 3. Сетчатый фильтр на входе морской воды теплообменники могут оснащаться сетчатым фильтром на входе морской воды или, для удобства обслуживания, сдвоенным сетчатым фильтром, устанавливаемом на подающем трубопроводе.
Пластинчатые теплообменники
Для предотвращения выхода среды из теплообменника пластины уплотняются по периметру прокладками из бутадиен-нитрильного каучука (NBR), что обеспечивает длительный срок службы прокладок особенно при невысоких температурах (выбор материала прокладок осуществляется, исходя из рабочих характеристик аппарата и свойств жидкости).
Для исключения возможности смешивания рабочих жидкостей, в случае выхода прокладки из строя, зоны пластин около портов имеют двойное уплотнение.
Пластинчатые теплообменники
Форма прокладок и конструкция их крепления к пластине обеспечивают легкую и надежную фиксацию прокладок на пластинах, а также быструю и несложную их замену в случае необходимости. Особенностью предлагаемого теплообменника является то, что прокладки полностью помещены в пакет пластин.

Подключение аппарата к линиям Заказчика осуществляется посредством фланцевого соединения на шпильках (по DIN2501). Поверхность прилегания фланца к плите Пластинчатые теплообменникитеплообменника дополнительно уплотняется прокладкой. Присоединительные/ответные фланцы не входят в объем поставки. Выбор и поставку присоединительных фланцев осуществляется Заказчик, исходя из материального исполнения трубопроводов, их диаметра и толщины труб.

Для предотвращения негативного воздействия (коррозия, эрозия) рабочей среды на материал входных и выходных портов они имеют плакировку.
Плакировочный материал выбирается в зависимости от рабочей среды и условий процесса.
Пластинчатые теплообменникиПластинчатые теплообменники
Со временем, из-за наличия в рабочей жидкости механических и/или биологических (водоросли) частиц, просвет каналов пластин может уменьшаться и/или может наблюдаться рост бактерий, что приводит к росту перепада давления и снижению эффективности теплообмена.
Обслуживание предлагаемых теплообменников не занимает много времени и представляет собой простую процедуру мойки пластин. Возможна как безразборная (CIP – Cleaning-in-Place) мойка, так и мойка каждой пластины (например, с помощью мойки высокого давления) при полной разборке.
Пластинчатые теплообменники8
Т.к. характер отложений на разных сторонах теплообменника отличается: на стороне морской воды – по большей части водоросли, ракушки, а на стороне обычной воды – соли жесткости, то при безразборной мойке сторона морской воды очищается промывкой обратным потоком при повышенном давлении, а сторона простой воды – промывкой прямым потоком с помощью химических реагентов по следующей схеме:
промывка водой > промывка 1,5% раствором NaOH (pH 13, 65ºC, 30 мин) > промывка водой > промывка 1% раствором HNO3 (pH 1, 65ºC, 30 мин) > промывка водой.

Предлагаемые теплообменники зарекомендовали себя как надежные и простые в обслуживании аппараты.

Теплогидравлический расчет

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛООБМЕННИКА

ГОРЯЧАЯ СТОРОНА

ХОЛОДНАЯ СТОРОНА

Рабочая среда

Вода

Морская вода 3,5%

(для расчета принята соленость воды на уровне мирового
океана – более

жесткий вариант, чем вода из

Каспийского моря)

Расход массовый

992 223,00 кг/ч

1 451 204,00 кг/ч

Расход объемный

1 000,00 м3

1 418,00 м3

Температура на входе

40,0 ºС

24,0 ºС

Температура на выходе

28,0 ºС

32,6 ºС

Перепад давления (расч.)

0,388 Бар

0,799 Бар

Скорость теплообмена (рабоч.)

13 816,00 кВт

Расч. (рабоч.) коэффициент теплопередачи

6 065,00 Вт/ºС·м2

Разница коэффициента теплопередачи (запас поверхности)

10,0 %

Напряжение сдвига

33,3 Па

68,2 Па

Среднелогарифмическая разность температур

5,5 ºС

Допустимая скорость потока в порте

3,68 м/с

5,24 м/с

Скорость потока в каналах

0,468 м/с

0,656 м/с

Объем жидкости в теплообменнике

792 л

792 л

ХАРАКТЕРИСТИК

И РАБОЧЕЙ СРЕДЫ*

*


тепловые характеристики и / или перепады давления


.



Расчеты основаны на заданных свойствах жидкости.
Отклонение от заданных свойств может оказать
влияние на

Плотность

0,994 кг/л

1,02 кг/л

Теплоемкость

4,18 кДж/кг·ºС

4,00 кДж/кг·ºС

Теплопроводность

0,620 Вт/м·К

0,612 Вт/м·К

Вязкость на входе / на выходе

0,651 / 0,831 сП

0,976 / 0,813 сП

СПЕЦИФИКАЦИЯ

ТЕПЛООБМЕННИКА

Тип / размер рамы

Стандартная конфигурация / макс. 447 пластин

Габариты (Д х Ш х В) (см. эскиз ниже)

3305 х 980 х 2323 мм

Общая площадь

411,525 м2

Общее количество пластин / зазор / канал

377 шт. / 3,2 мм / 6,4 мм

Компоновка пластин (проходов / пластин)

1 х 188

1 х 188

Пластины (толщина / материал)

0,5 мм / Ti Gr1 SB265

0,5 мм / Ti Gr1 SB265

Материал уплотнений

NBR

NBR

Соединения

ПОРТ Ø300

Плакировка SS316L

Фланец (DIN2501) на шпильках

ПОРТ Ø300

Плакировка Ti

Фланец (DIN2501) на шпильках

Нормы проектирования

PED Статья 4, Параграф 3

Расчетная температура (макс. / мин.)

+95,0ºС / 0,0ºС

Расчетное давление / давление испытаний

10,0 / 13,0 Бар

10,0 / 13,0 Бар

Масса (заполненный / пустой)

5 954 кг / 4 370 кг

Покраска

Специальные грунтовочное покрытие и краска для морского
климата (при работе «на берегу» («On shore»)).

Нормы проектирования

PED Статья 4, Параграф 3

Сертификация

Вместе с оборудованием предоставляется

Декларация соответствия требованиям

ТР ТС 010/2011 «Безопасность машин и оборудования»

Пластинчатые теплообменники