Теплообменник — техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами, имеющими различные температуры.
По принципу действия теплообменники подразделяются на рекуператоры и регенераторы. В рекуператорах движущиеся теплоносители разделены стенкой. К этому типу относится большинство теплообменников различных конструкций. В регенеративных теплообменниках горячий и холодный теплоносители контактируют с одной и той же поверхностью поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным, как, например, в кауперах доменных печей.
Теплообменники применяются в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, атомной, холодильной, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.
От условий применения зависит конструкция теплообменника. Существуют аппараты, в которых одновременно с теплообменом протекают и смежные процессы, такие как фазовые превращения, например, конденсация, испарение, смешение. Такие аппараты имеют свои наименования: конденсаторы, испарители, градирни, конденсаторы смешения.
В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также при взаимно поперечном движении двух взаимодействующих сред.
Основные виды теплообменников
Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:
Кожухотрубчатые (кожухотрубные) теплообменники, Элементные (секционные) теплообменники, Двухтрубные теплообменники вида «труба в трубе», Витые теплообменники, Погружные теплообменники, Оросительные теплообменники, Ребристые теплообменники ,Спиральные теплообменники, Пластинчатые теплообменники, Пластинчато-ребристые теплообменники, Графитовые теплообменники, Миниканальные теплообменники. Геликоидные теплообменники.
Пластинчатый теплообменик.
1 — передняя неподвижная плита, 2 — верхняя направляющая, 3 — задняя подвижная плита, 4 — задняя стойка (штатив) , 5- рабочая пластина с уплотнением, 6 — нижняя направляющая, 7 — патрубки, 8 — ролики для перемещения пластин вдоль направляющих, 9 — ши льд с названием и техническими данными, 10 — шпильки
Пластинчатый теплообменник состоит из следующих элементов: двух плит ( одной неподвижной, а другой прижимной), входных и выходных патрубков с различными видами соединений, комплекта жестко и герметично соединенных рабочих пластин, специальных направляющих, резьбовых метизов и подставки для монтажа в системе теплоснабжения В зависимости от принципа работы они делятся на аппараты регенеративного и рекуперативного типа. Рекуператор имеет в своей конструкции стенку из материала с высокой теплопроводностью, разделяющую и изолирующую друг от друга движущиеся потоки теплоносителя.
Теплообменники описание видов и конструкции
... ёма аппарата. В кожухотрубном теплообменном аппарате реализована та же идея, что и в аппарате «труба в трубе», но вместо одной трубы в наружную трубу большого диаметра помещён пучок труб. Кожухотрубные теплообменники характеризуются компактностью. В 1м3объёма аппарата поверхность теплопередачи может ...
В теплообменниках регенеративного типа обмен тепловой энергией происходит на одной поверхности, с которой рабочие жидкие среды контактируют поочередно.
Главным элементом теплообменника являются пластины, которые предназначены для передачи тепловой энергии одного теплоносителя другому. Они изготавливаются из инертных материалов, стойких к коррозии. В производстве пластин используется операция штамповки. В зависимости от мощности они имеют толщину от 0,4 до 1 миллиметра.
Собранный теплообменный аппарат состоит из плотно прилегающих друг к другу пластин, образующих каналы в виде щелей. Их лицевые стороны имеют углубление по контуру под резиновую прокладку. Благодаря им пластины герметично прилегают друг к другу.
Такая конструкция теплообменника обеспечивает эффективную компоновку теплообменной поверхности и, соответственно, малые габариты самого аппарата.
Все пластины в пакете одинаковы, только развернуты одна за другой на 180°, поэтому при стягивании пакета пластин образуются каналы, по которым и протекают жидкости, участвующие в теплообмене. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов.
Пластины имеют одинаковую форму и изготавливаются из одного материала, в качестве которого может выступать недорогая нержавеющая сталь (например, марки AISI316), а также дорогостоящие сплавы тугоплавких металлов и титан. Выбор материала для производства пластинчатых теплообменников зависит от характеристик, которыми они должны обладать.
Пластинчатые теплообменники бывают следующих видов:
- разборные пластинчатые теплообменники;
- паяные пластинчатые теплообменники;
- сварные и полусварные пластинчатые теплообменники.
Пластины теплообменника
Во-первых, начнем с того, что изготавливают их только из нержавеющей стали. Всем известно, что этот металл прекрасно справляется и с негативным воздействием некачественного теплоносителя, и с высокими температурами в камере сгорания топлива. Так что производители сделали единственно правильный выбор. Технологический процесс изготовления — штамповка. Это и понятно, потому что сделать плиту со сложной конфигурацией, да к тому же, чтобы сам материал не потерял свои качества и свойства, можно только таким способом.
Хотелось бы добавить, что пластины теплообменника можно изготавливать не из всякой нержавейки. Есть специальные марки, которые рекомендуются к использованию. Из отечественных сталь марки 08Х18Н10Т.
Устройство самих плит очень интересное. В них использована так называемая технология «Off-Set». То есть, поверх плоскости созданы канавки, которые могут располагаться симметрично или нет. Такая рельефная поверхность увеличивает площадь теплового отбора, плюс происходит равномерное распределение самого теплоносителя.
В настоящее время производители выпускают два вида пластин для пластинчатых теплообменников.
Пластинчатый теплообменник
... легко отремонтировать в случае выхода из строя резинового уплотнения или теплообменной пластины.[2] По типам пластинчатые теплообменники делятся на пластинчатые теплообменники одноходовые, пластинчатые теплообменники двухходовые, пластинчатые теплообменники трехходовые. И на рисунке, который расположен внизу ...
Пластины с термически жестким рифлением. Их канавки расположены под углом 30є. Такие пластины обладают более высоким показателем теплопроводности, но не могут выдержать большого давления теплоносителя.
Элементы с термически мягким рифлением. Здесь используется угол 60є. Такие пластины имеют низкую теплопроводность, но выдерживают достаточно высокое давление внутри отопительной системы.
Вот как выглядят эти два типа рифления. Слева «жесткая» пластина, справа «мягкая» пластина.
Толщина пластины зависит от максимального рабочего давления. На давление до 1 МПа используются пластины толщиной 0,4 мм, на давление до 1,6 МПа — пластины толщиной 0,5 мм, на давление 2,5 МПа — пластины толщиной 0,6 мм. Естественно от толщины пластин, схемы компоновки и давления зависит стоимость теплообменника.
Уплотнения пластинчатых теплообменников
Уплотнения для теплообменников выполняют одну из главных функций в конструкции теплообменника. Именно с помощью резиновых уплотнений разделяют два контура теплообменника, препятствуя перемешиванию сред. По сути, образуется два независимых герметичных канала, между которыми и происходит обмен теплом. Уплотнения для теплообменника — это цельная резиновая прокладка, которая крепится к пластинам при помощи замков-клипс либо приклеивается специальными составами. Монтаж на клипсах более удобный — в случае необходимости уплотнение можно быстро и просто снять (например, для очистки пластин).
Уплотнения теплообменников EPDM устойчиво к горячей воде, пару, химическим составам (диапазон рабочих температур от -30С до +180С) и имеют широкое применение в различных областях.
Уплотнения теплообменников NBR — высокая устойчивость к нефтепродуктам и смазочным веществам, маслам, топливам, воде (диапазон рабочих температур от -30С до +140С).
Уплотнения теплообменников FKM(фтористая резина) для химически агрессивных сред (диапазон рабочих температур от -20С до +200С).
Срок службы уплотнений для теплообменников
Как и любые резинотехнические изделия, прокладки для теплообменников со временем стареют и теряют эластичность. Старение уплотнения зависит от интенсивности работы теплообменника — частоты перепадов температуры, агрессивности сред, давления, регулярности обслуживания пластин и т.д. Опыт эксплуатации теплообменников свидетельствует, причиной выхода из строя аппарата может быть повреждением одного из резиновых соединений (выдавливание прокладки гидроударом или разрыв резины окалиной).
В таком случае резиновые прокладки теплообменника необходимо срочно заменить.
Если теплообменник служит значительно время, то, скорее всего, протечки вызваны старением эластомера. Требуется немедленно заменить весь комплект уплотнений.
Значительно уменьшить срок службы уплотнений для пластинчатых теплообменников могут следующие факторы:
- несоблюдение правил по эксплуатации оборудования;
- теплообменник часто работает при завышенных показателях температуры и давления;
- для чистки теплообменников применяют агрессивные химические составы.
Для того чтобы гарантированно увеличить срок службы теплообменника, нужно четко соблюдать все правила по эксплуатации такого оборудования. Грамотно и вовремя проводить обслуживание, привлекать для работ только квалифицированных специалистов.
Материал уплотнений
Для производства прокладок и уплотнений для теплообменников используют специальный материал, способный выдерживать повышенные нагрузки, высокие температуры и агрессивные среды. Наибольшее распространение для изготовления уплотнений имеют такие материалы как EPDM (этилен-пропиленовый каучук) и NBR (бутадиен-нитрильный каучук, нитрил).
EPDM уплотнения. В теплообменниках, установленных на объектах ЖКХ (отопление, ГВС), обычно применяются уплотнения из материала EPDM, который способен работать при температуре до 160 градусов Цельсия.
NBR уплотнения. Уплотнения из материала NBR используются при температуре до 120 градусов Цельсия, для таких применений как вентиляция, кондиционирование, а так же в промышленных процессах, для нагрева масла, сусла и т.д. Особенность материала NBR в его стойкости к маслам, жирам и некоторым агрессивным средам.
FKMT уплотнения. На промышленных предприятиях, в теплообменниках, работающих с агрессивными химическими средами, такими как серная кислота, хлорированные органические компоненты, применяются уплотнения из материала на основе FKM (Витон, фторуглеродная резина).
Существуют разновидности материала уплотнений, такие как EPDMP, EPDMC, EPDMCT, основу которых составляет резина EPDM, с улучшением некоторых характеристик по температуре, давлению, и др. Для уплотнений из материала NBRP, NBRB используется в основе материал NBR(нитрил).
Внешне, по цвету, все уплотнения к теплообменникам выглядят одинаково. При этом, на уплотнения наносится специальная заводская цветовая маркировка, по которой можно определить материал резины и его характеристики. Например, прокладки к теплообменникам из резины EPDMCT имеют маркировку в виде одной серой полоски и двух желтых полосок. Прокладка из материала NBRPобозначается одной голубой полоской.
Помимо цветовой маркировки, на всех оригинальных прокладках к теплообменникам стоит штамп завода изготовителя.
Основные материалы уплотнений к теплообменникам и их характеристики
|
Материал уплотнения |
Описание уплотнения |
Рабочая температура, °C |
Цветовая маркировка уплотнения |
Область применения |
|
|
EPDM |
Клеевое уплотнение |
от -25 до 150 °C |
1серая полоска |
Широко используются в теплообменниках на объектах ЖКХ: Отопление, ГВС, пар. А также на промышленных применениях, кроме органических составов (масла, жиры).
|
|
|
EPDMC |
Уплотнение с замочками (клипсами) Clip-On |
от -25 до 160 °C |
1 серая + 1 желтая полоски |
||
|
EPDMCT |
Уплотнение на клипсах Clip-On, пар, максимальные температуры |
от -25 до 160 °C |
1 серая + 2 желтых полоски |
||
|
EPDMP |
Уплотнение на клипсах Clip-On, “Performance” |
от -25 до 160 °C |
1 серая + 1 зеленая полоски |
||
|
NBRP |
Нитрил, “Performance”, крепление на клипсах |
от -15 до 130 °C |
1 голубая полоска |
Высокая стойкость NBR к органическим соединениям, — масла, жиры, нефтяные составы, углеводороды. Широкое применение — в пищевой, в масло-жировой промышленности, на хладокомбинатах. Также применяют на объектах ЖКХ, — вентиляция, кондиционирование, отопление, ГВС, где температура сред не превышает 100-120°C. |
|
|
NBRB |
Стандартный нитрил, крепление на клипсах |
от -15 до 110 °C |
2 голубые полоски |
||
|
HNBR |
Высокотемпературный нитрил, крепление на клипсах. |
от -5 до 150 °C |
1 голубая + 1 красная полоски |
||
|
FKMT |
Высокотемпературный Витон. Клеевое уплотнение. |
от -20 до 180 °C |
4 фиолетовых полоски |
Уплотнения из материала FKM(Витон) имеют высокую стойкость к различным кислотам, в том числе к серной кислоте. Широко применяются в промышленных отраслях, — пищевая, химическая области, др. Работают на пару, с органическими соединениями и при высоких температурах. |
|
|
FKMG |
Клеевое уплотнение. Высокая стойкость к маслам, кислотам, растворителям. |
от -5 до 150 °C |
3 фиолетовых полоски |
||
Срок службы уплотнений и прокладок для теплообменников
пластинчатый теплообменик уплотнение
Как и любые эластомеры, прокладки для пластинчатых теплообменников со временем теряют свои свойства упругости. Скорость старения уплотнений во многом зависит от характера эксплуатации теплообменника, — перепады температуры, давления, агрессивность среды, периодичность обслуживания, правильность обслуживания т.д.
Из опыта работы с теплообменниками в России, можно отметить, что в среднем срок службы уплотнений в теплообменнике составляет от 6-ти до 8-ми лет. Признаком, указывающим на старение прокладок, является появление протечек в местах уплотнений, например, утечки при холодном пуске или при отключении потока горячей среды.
Если Вы заметили протекание уплотнений, а теплообменник работает недолго (1-5 лет), такая протечка может быть вызвана повреждением отдельного уплотнения, например, прорыв уплотнения окалиной или выдавливание уплотнения гидроударом. В таких случаях выполняется замена только поврежденных прокладок.
Если в теплообменнике начались протечки, а срок работы теплообменника достиг 6-ти — 8-ми лет, вероятнее всего такие протечки вызваны старением и потерей эластичности уплотнений, в этом случае рекомендуется замена полного комплекта уплотнений к теплообменнику.
Срок службы уплотнений может значительно сократиться в следующих случаях:
- если теплообменник не был осушен в перерывах эксплуатации,
- если теплообменник часто разбирается,
- если теплообменник эксплуатируется при давлении выше рабочего,
- если теплообменник эксплуатируется при завышенной температуре,
- если для очистки теплообменника используются агрессивные химические реагенты, не предназначенные для работы с теплообменниками.
Для увеличения срока службы уплотнений и теплообменника в целом, требуется правильная эксплуатация оборудования, грамотное и своевременное обслуживание теплообменников квалифицированным персоналом, с использованием рекомендованных моющих реагентов.
Подбор уплотнений для теплообменников
У всех уплотнений имеется свой идентификационный артикульный номер, по которому можно легко заказать уплотнения. Также подобрать уплотнения можно с помощью заводского номера теплообменника. Артикульный номер уплотнения или заводской номер теплообменника несут в себе полную информацию о производителе, модели теплообменника, о материале и типе уплотнения.
Преимущества и недостатки
Прежде всего, нужно сказать о том, что такие агрегаты отличаются хорошей производительностью и высоким уровнем мощности. Однако сразу же стоит отметить, что при необходимости мощность можно увеличить или уменьшить. Это достигается очень просто: нужно всего лишь добавить или убрать пластины. В результате прибавления новых пластин к конструкциитепловой пункт будет осуществлять прекрасную работу. Устройство сможет обеспечивать теплом большее количество человек.
Второе важное достоинство заключается в простом обслуживании. Если, к примеру, произойдёт засорение агрегата, то его без особых усилий можно будет легко разобрать и почистить. Для этого можно использовать обычную воду. После данной процедуры очень важно сначала хорошо высушить, а потом заново собрать. К тому же один человек легко справится с этой задачей, не потратив при этом большие физические усилия и много времени.
Однако здесь сразу же стоит сказать о том, что процедуру чистки не придётся совершать часто, поскольку поверхность пластинчатых теплообменников загрязняется медленно и несильно. Это связано с тем, что у такого агрегата имеется высокая турбулентность потока жидкости, возникающая за счёт рифления. К тому же на низкий уровень загрязняемости влияет и то, что каждая пластина отличается качественной полировкой.
Но и недостатки у пластинчатых теплообменников имеются. Прежде всего, необходимо указать, что стоит пользоваться только качественным теплоносителем
малая тепловая инерционность
требования к чистоте сред (ставятся на химочищенную воду)
высокая стоимость комплектующих (стоимость прокладок, требующих периодической замены, может превышать 50% стоимости теплообменника, в процессе эксплуатации уплотнения изнашиваются, трескаются или ссыхаются, они также повреждаются при очистке теплообменника)
требуют периодической промывки специальными составами (дорогостоящими) для очистки отложений (в коммунальном теплоснабжении рекомендуется использовать только разборные пластинчатые теплообменники).
более высокое гидравлическое сопротивление, что требует более мощных насосов
плохая ремонтопригодность (при замене поврежденной пластины (например, от коррозии) требуется полная разборка теплообменика, в кожухотрубных поврежденные трубки просто заглущаются)
нестабильность(ухудшение) характеристик(коэфф теплопередачи, гидравлические потери) от жесткости воды.
Область применения
|
Механическое производство охлаждающие машины охлаждение гидравлического масла охлаждение смазочно-охлаждающих жидкостей охлаждение трансмиссионного масла |
Поршневые и турбинные двигатели охлаждение машин теплообменники для дизельных электростанций охлаждение газовой турбины охлаждение паровой турбины охлаждение масляной турбины |
|
|
Энергетические станции охлаждение циркуляционной воды охлаждение смазочных материалов теплопередающие станции |
Судоходство центральное охлаждение охлаждение машинного масла |
|
|
Компрессоры охлаждение машинного масла охлаждение компрессора |
Текстильная индустрия возврат тепла от очистителей охлаждение окрашивающих машин подогрев красок |
|
|
Отопление, Вентиляция, Кондиционирование центральные тепловые пункты установки лучистого отопления нагрев циркуляционной воды солнечные установки установки центрального холодоснабжения системы кондиционирования холодильные системы |
Пищевая промышленность охлаждение молока охлаждение сусла пастеризационные установки возврат тепла с производства Обработка поверхностей охлаждение электролита охлаждение аэрозольных ванн охлаждение ванн для гальванопокрытия нагрев обезжиривающих ванн нагрев фосфатных ванн |
|
|
Сталелитейное производство охлаждение формы непрерывное литьевое производство охлаждение печи охлаждение кокса охлаждение смазки машин |
Автомобильная промышленность охлаждение прессов охлаждение шлифовальных машин охлаждение тестируемых двигателей охлаждение эмульсий |
|
|
Сахарная индустрия нагрев сырых соков нагрев газированных соков подогрев концентрированных и разбавленных соков нагрев сиропов |
||
Виды пластинчатых теплообменников и их применение
Сферы использования паяных теплообменников:
системы отопления и горячего водоснабжения (ГВС) котельных
тепловые пункты
бассейны
жилые дома и коттеджи
холодильная техника (пищевая промышленность)
климатическое оборудование (конденсатор или испаритель)
Сферы использования разборных теплообменников:
отопление, вентиляция и кондиционирование
компрессорные и турбинные установки
промышленность
холодильная техника
Сферы использования сварных теплообменников:
регулирование температур в химическом и фармацевтическом производстве
оборудование для выпуска напитков
охлаждение лазерной техники
в построении системы кондиционирования и тепловых насосах
подогрев воды для бытовых и промышленных нужд
подогрев воды для отопительной системы
в морозильном оборудовании (конденсаторы, испарители)
термодинамика в оборудовании для пищевой отрасли
системы для извлечения обратного тепла (рекуперации)
