Пластинчатый теплообменник типа моноблок- основа двухступенчатой смешанной системы ГВС (горячего водоснабжения)
«Моноблок» - тип пластинчатого теплообменника предназначенный для работы в двухступенчатой системы ГВС, в котором обе ступени объединены в одном теплообменнике, такой теплообменник имеет шесть патрубков. (см. рис.).
Основные и пожалуй единственные плюсы моноблока является, компактность, в сравнение с двумя теплообменниками раздельно и соответственно меньшая стоимость, тем и обуславливается широта применения теплообменников типа «Моноблок».
Теперь попробуем определить его минусы.
Рис. Моноблок для двухступенчатой системы ГВС. Расположение патрубков: Н1 - Вход обратного теплоносителя из системы отопления, Н2 - Вход циркуляционной воды ГВС, Н3 - Выход нагретой воды ГВС, Н4 - Вход горячего тепло носителя из теплосети, F3 - Вход холодной водопроводной воды, F4 - Выход общего обратного теплоносителя в теплосеть.
«Простота» монтажа.
Считается что смонтировать один аппарат проще, чем несколько таких же. Но установленный моноблок выглядит как паук, опутанный паутиной трубопроводов, различной запорной арматуры и приборов. Таким образом теряется основное преимущество- простота обслуживания и ремонта. Если в одноходовом пластинчатом теплообменнике все патрубки расположены на передней плите Н1-Н4 и для его обслуживания и ремонта необходимо всего лишь воспользоваться запорной арматурой и сбросниками, то для разборки системы моноблока неизбежен демонтаж патрубков подвижной задней плиты. Также трубопроводы задней плиты могут перекрывать доступ к моноблочному теплообменнику. Для нормальной эксплуатации моноблока для начала стоит сделать грамотный проект привязки к трубопроводам теплоносителя, холодной и горячей воды с целью обеспечения лёгкого доступа для обслуживания и ремонта. Правильно смонтированный моноблок занимает место не меньше, чем два отдельно стоящих теплообменных аппаратов.
Надежность.
Важно помнить, что два отдельных теплообменника надежнее одного, выполняющего те же функции. Что мы получаем при выходе из строя одного из теплообменников? В таком случае система сможет работать с неполной нагрузкой, пока отремонтируется или пройдёт обслуживание второй теплообменник. Моноблок при неработоспособности даже одной ступени должен быть выведен из работы весь, потому что корпус один на обе ступени.
Эффективность.
При расчете моноблочного теплообменника тоже есть свои нюансы. Достаточно часто трудно создать моноблочную систему двухступенчатой смешанной схемы ГВС, по эффективности сопоставимую с двумя отдельными пластинчатыми теплообменниками. Это обусловлено тем, что установленный вид пластины в моноблоке для двух ступеней один. И в пределах теплофизических свойств этого типа нам необходимо решать задачу по компоновке пакетов пластин для обеих из ступеней, в то время как одна от другой ступени могут различаться по расходам, особенно по стороне теплоносителя. Вот, например, требования для первой ступени способность пропустить суммарный расход теплоносителя системы отопления и теплоносителя второй ступени при обеспечении небольших гидравлических сопротивлений и среднем теплосъеме. Для второй ступени это относительно малые расходы по стороне теплоносителя и воды горячего водоснабжения, более высокие допустимые гидравлические сопротивления и существенно больший теплосъем. То есть, если бы это были два отдельных теплообменника, то теплообменник первой ступени должен быть с большим диаметром патрубков и с «короткой» пластиной, а теплообменник второй ступени с меньшим диаметром патрубка и более «длинной» пластиной.
Есть вариант задания для подбора оборудования для двухступенчатой смешанной схемы. Исходные данные таковы: нагрузка системы горячего водоснабжения 0,4 Гкал/ч, нагрев холодной воды с 5°
С до 60°
С, общая нагрузка системы отопления 1,2 Гкал.ч, температурный график 150-70.
Разбивая нагрузку на ступени, в соответствии с (СП 41-101-95), для заданных условий получаем исходные данные для подбора теплообменников ступеней (см. табл.).
Фактически величина NTU характеризует тот тепловой режим, на котором будет работать теплообменник. Чем больше NTU, тем больше должна быть тепловая «длина» пластины теплообменника.
В этом случаях видно, что теплообменник второй ступени должен обладать большей, почти на 50%, способностью к теплосъему (тепловой «длиной»), чем теплообменник другой ступени. Кроме того, расходы по греющей стороне обеих ступеней отличаются почти в 3 раза. Это означает, что если для теплообменника второй ступени достаточны патрубки Ду32, то для теплообменника первой ступени патрубки должны быть больше, не менее Ду50.
Пакет пластин
Вышесказано, моноблок это, по сути, два теплообменника, расположенных в одной раме. А значит, и два пакета пластин, размещенных в одной раме, поделённые разворотной пластиной, имеющей два (верхних или нижних) глухих отверстия порта. Зачастую ближе к неподвижной плите находится пакет второй ступени, а за ней пакет первой ступени. Из-за разных функций, выполняемых этими пакетами (см. выше), они имеют разную компоновку и количество пластин. И так как все эти пакеты находятся в одной раме, есть возможность того, что в процессе сервисного обслуживания произойдет ошибка при сборке всего пакета пластин моноблока. То есть, если после разборки моноблока пакеты поменять местами или неправильно их скомпоновать то, вновь собрав аппарат, мы не получим от него заложенных тех характеристик, которые заложены в него изначально.
Таблица. Данные для подбора теплообменников.
С двумя теплообменными аппаратами ситуация проще. В этом случае, даже неправильно собрав весь пакет, мы не получим такого колоссального снижения мощности, расходов и изменения гидравлического сопротивления, как с моноблоком.
В итоге
Плюсы и минусы пластинчатого теплообменника с моноблочной компоновкой:
Плюсы:
1. Небольшая стоимость.
2. Моноблок немного компактнее двух теплообменников.
Минусы:
1. Сложный монтаж и неудобства в облуживания из-за трубопровода на прижимной плите.
2. Меньшая надежность.
3. Менее продуктивная работа.
4. Требовательность к сборке пакета пластин теплообменника.
Пластинчатые теплообменники от « Завода Триумф» сегодня являются одним из передовых и оптимальных решений проблем теплообмена на малом и большом производстве. Поэтому их активно применяют все промышленные отрасли.
Среди достоинств комплектующих можно отметить следующие:
- низкие затраты на производство, обслуживание устройств не является дорогостоящим;
- обеспечение эффективной и качественной тепловой передачи (коэффициент удалось повысить в 3-5 раз по сравнению с гладкотрубными теплообменниками);
- экономичность благодаря использованию ассиметричных каналов;
- устройство занимает небольшую площадь, так как использует наименьшую разницу температурного режима;
- среди основных преимуществ пластинчатых теплообменников – эффект самоочищения при помощи потока с высокой турбулентностью;
- мощность увеличивается за счет расширения пакета пластин.
Устройство является надежным и практичным, исключается смешение сред. Оборудование имеет небольшой вес, что предполагает легкость промывки и демонтажа.
Использование оборудования
Преимущества применения в эксплуатации теплообменников пластинчатого типа:
- простота установки, использования и ремонта устройства;
- для увеличения мощности предусматривается применение дополнительных пластин;
- турбулизация потока позволяет производить наименьшее загрязнение рабочей поверхности;
- небольшие габаритные параметры оснащения позволяют экономить производственную площадь и финансовые средства на обслуживание;
- конфигурация уплотнения не дает жидкостям смешиваться;
- комплектация предусматривает высокую стойкость перед коррозийными процессами.
Оборудование имеет оптимальную комплектацию. Устройство подбирается по требованиям заказчика. Предоставляется широкий выбор профилей и размерных параметров пластин. Максимально допустимая нагрузка для оснащения – 60 МВт. Поверхность теплообмена охватывает от 5 до 1750 квадратных метров.
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:
- На входы ТО подаются теплоносители.
- Теплоносители движутся по внутреннему контуру теплообменного агрегата, который сформирован пакетом пластин.
- В процессе движения, контактируя с поверхностью пластины, более горячий теплоноситель отдает часть тепла нагреваемой среде.
- С выходов теплоносители, с изменившейся температурой, поступают в систему отопления, водоснабжения или вентиляции.
- 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!
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.
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.
