Навигация
Конструктивно РПТО состоит из набора тонких металлических пластин, которые образуют каналы для движения теплоносителей. Пластинчатые элементы зафиксированы и стянуты между собой в пакет, с помощью рамы и болтов, что позволяет легко разбирать аппарат для очистки или изменения конфигурации.
В статье рассматриваем, как работают разборные пластинчатые теплообменники и по каким критериям выбирают модель.
Принцип работы
Принцип работы разборного пластинчатого теплообменника основан на противоточном движении двух сред через каналы, образованные между пластинами. Каждый пластинчатый элемент имеет гофрированный рисунок, благодаря чему создается турбулентный поток, увеличивается площадь контакта между теплоносителями и повышается эффективность теплообмена. Характер рельефа напрямую влияет на степень турбулизации и потери давления в системе. Поэтому в идеале, производители стремятся найти решение для обеспечения большей турбулентности, при меньшем гидравлическом сопротивлении.
На практике, для каждой системы находят свое оптимальное решение, путем изменения угла рисунка, разделения плоскости на зоны, комбинирования направлений или ассиметричного дизайна. Например, пластины с традиционным узором «елочка», такие как Tranter GCP16 AISI 316L 0.5, обеспечивают параллельное направление потока и рекомендованы для случаев, где крайне необходима низкая потеря давления. Кроме того, элементы серии GCP производятся в исполнении с острым и тупым углом. Первые снижают перепад давлений, вторые увеличивают сопротивление потоку.
В процессе теплообмена, энергия передается от горячей среды к холодной через тонкую поверхность пластин. При этом теплоносители движутся по чередующимся каналам между пластинчатыми элементами и никогда не контактируют напрямую. Тепло передается быстро и с минимальными потерями, ввиду малой толщины стенок и высокой теплопроводности материала. Как правило, это нержавеющая сталь, титан, сплавы на основе никеля (хастеллой) или других металлов.
Несмотря на повсеместный спрос и универсальность, у РПТО существуют определенные ограничения. Например, они менее эффективны при использовании вязких жидкостей, работают с давлениями до 25 бар и температурами до +200 °С, поскольку уплотнения между пластинами могут терять свои свойства и не обеспечивать герметичность. Кроме того, продуктивность аппаратов зависит от качества сред, поскольку наличие примесей приводит к быстрому засорению узких каналов.
Как правильно выбрать теплообменник
Выбор разборного пластинчатого теплообменника требует учета множества факторов, чтобы обеспечить оптимальную тепловую производительность, долговечность и экономичность.
Основные критерии выбора:
- тип рабочих сред – необходимо учитывать физико-химические свойства жидкостей или газов, которые будут использоваться в качестве теплоносителей; это влияет на материал как самих пластин, так и уплотнительных прокладок
- температурный режим – максимальные значения температур рабочих сред определяют выбор уплотнений; так, для высокотемпературных применений рекомендованы термостойкие материалы, такие как Viton
- производительность – тепловая мощность модели должна соответствовать требованиям системы; она определяется в основном общей площадью, материалом и типом рельефа пластин
- давление в системе – этот параметр должен находиться в диапазоне характеристик теплообменника, в противном случае необходимо рассмотреть паяные или сварные аналоги, обладающие большей прочностью
- гидравлическое сопротивление – высокое сопротивление может потребовать установки более мощных насосов, поэтому важно рассчитать допустимые потери давления для конкретной системы
- компактность и вес – для установки в ограниченном пространстве, важно учитывать габариты и массу аппарата, несмотря на то, что пластинчатые модели по этим параметрам имеют преимущество перед кожухотрубными
Помимо этого, нужно оценить перспективы расширения системы, связанные с увеличением числа потребителей и, соответственно, общей мощности. Это повлечет установку нового аппарата, при невозможности наращивания существующей модели. Хотя разборные пластинчатые теплообменники легко адаптировать к изменяющимся условиям, путем добавления пластин, количество этих элементов не может быть безграничным. Каждая модель рассчитана на конечное число деталей и масштабируется до определенного уровня.
Важным критерием является и стоимость обслуживания. Несмотря на то, что РПТО обычно дешевле в производстве и эксплуатации, чем теплообменники других типов, нужно учитывать затраты на техническое обслуживание, включая замену уплотнений и очистку пластин. Это особенно важно при наличии факторов, усложняющих работу аппаратов. Например, агрессивных сред, теплоносителя ненадлежащего качества или нестабильного давления в системе.