Навигация
Процессы теплообмена в промышленности нередко связаны с высоким давлением, температурой и агрессивностью сред. Это накладывает соответствующие требования к оборудованию, отвечающему за нагрев или охлаждение. Теплообменные аппараты должны выдерживать повышенные химические, силовые и термические нагрузки. Именно поэтому в области нефтехимии, переработки нефти и газа, металлургии, целлюлозно-бумажном производстве и других отраслях применяются сварные пластинчатые теплообменники.
Как работают аппараты этого типа, по каким критериям классифицируются и подбираются – тема этой статьи.
Принцип работы сварного пластинчатого теплообменника
Чтобы разобраться, как работают сварные пластинчатые теплообменники, нужно понимать, что входит в их конструкцию. Несмотря на множество исполнений, аппараты стандартно включают следующие детали:
- Теплообменные пластины, соединенные аргонно-дуговой, микроплазменной или лазерной сваркой
- Сборный, полусварной или полностью сварной корпус
- Уплотнительные прокладки для герметичности прилегания панелей корпуса
- Штуцеры для подключения трубопровода, с целью ввода/вывода рабочих сред
- Опорные ножки/подставка
Сварной пакет пластин – главный компонент теплообменного аппарата, обеспечивающий передачу тепла между теплоносителями. Аналогично конструкции разборных пластинчатых теплообменников, он состоит из конечного числа тонких гофрированных элементов. Пластины располагаются параллельно друг другу, образуя каналы для пропуска греющей и нагреваемой среды. Но в отличие от разборного варианта, сварные пакеты неразъемные. С одной стороны это минус, поскольку осложняет контроль за качеством промывки, с другой – плюс, потому что позволяет выдерживать значительно большие нагрузки и работать с практически любыми агрессивными средами.
Сборный корпус сварного теплообменника, как правило, состоит из верхней и нижней крышки, четырех угловых стоек и четырех боковых панелей. Как минимум, в две из них вварены соединительные штуцеры. Между собой панели и крышки собираются с помощью стяжек или болтов, с установкой по периметру каждой уплотнительных прокладок. Если исполнение корпуса полусварное, съемными могут быть одна или несколько панелей. В цельносварном варианте возможности разборки не предусмотрено.
Конструктивные особенности обуславливают определенные отличия в работе сварных теплообменников. В частности, в цельносварных пакетах оба теплоносителя перемещаются одновременно одним потоком по всем пластинам. При этом, один движется по каналам с прямой трубчатой формой, а второй – с криволинейной гофрированной. Последние формирует рифленая поверхность пластинчатых элементов. В разборных теплообменных аппаратах среды перемещаются последовательно. Причем в обоих случаях, они полностью изолированы и обмениваются тепловой энергией исключительно через пластины.
Таким образом два теплоносителя перемещаются в параллельных плоскостях во взаимно перпендикулярных направлениях (перекрестный ток). Причем ввод и вывод каждого потока может располагаться как на одной стороне аппарата, так и на противоположных. Конкретное исполнение зависит от конфигурации системы и особенностей подключения оборудования.
Классификация сварных пластинчатых теплообменников
Согласно имеющейся на сегодня классификации, сварные теплообменники, работающие на основе пластин, относятся к категории поверхностных рекуперативных аппаратов с плоской поверхностью. Понятие "рекуперативный" означает, что при теплообмене не происходит смешения сред. В этой же группе находятся спиральные теплообменники и модели с двойными стенками. Последние по сути являются полусварной версией разборных аппаратов, отличаясь лишь исполнением теплообменного элемента. Он состоит из двух пластин, сваренных между собой по контуру всех отверстий.
Непосредственно сварные пластинчатые теплообменники можно разделить по следующим критериям:
- Количество ходов – одно- и многоходовые
- Тип – нагреватель, конденсатор, испаритель
- Способ установки – горизонтальные, вертикальные, в подвесном и напольном исполнении
- Геометрическая форма – цилиндрические, прямоугольные
Многоходовые теплообменники содержат специальные разделители потока. Количество таких элементов зависит от числа ходов, назначаемых в зависимости от условий рабочего процесса и требований к расположению штуцеров.
Конденсаторы и испарители, в отличие от аппаратов стандартного нагрева, работают за счет изменения агрегатного состояния теплоносителя. В первом случае – конденсации пара, во втором – испарения жидкости. Причем, теплообменники-нагреватели ориентированы чаще всего вертикально, а конденсаторы и испарители – горизонтально.
Как выбрать сварной пластинчатый теплообменник
Сварные аппараты выбирают аналогично рекуперативным теплообменникам других видов. Во внимание принимают три фактора:
- Технические параметры
- Монтажные особенности
- Материал изготовления
Несмотря на то, что сварные пакеты пластин не имеют уплотнений и в связи с этим работают в расширенном диапазоне давлений и температур, важно соотнести параметры модели с фактическими условиями эксплуатации. Поскольку одни способны работать при давлении от вакуума до 40 бар и температуре среды от -15 до +400°C, а другие – при -1…32 барах и -40…350°C.
Подбирая модель, рекомендуется отдавать предпочтение варианту с тепловой мощностью, несколько превышающей расчетное значение. Это нужно, чтобы компенсировать снижение производительности при несвоевременной промывке каналов и накоплении отложений.
Для успешной интеграции теплообменника в систему, важно обеспечить соразмерность диаметров подключения, правильное расположение патрубков и тип соединений.
Выбор материала пластин зависит от типа сред, с которыми будет контактировать металл. Чаще всего это нержавеющая сталь AISI 316L и 316Ti с высокой устойчивостью к коррозии, сплав SMO 254, отличающийся хлоридо-, кислото- и коррозионной стойкостью, а также никелевый сплав С 276 с добавкой вольфрама, высокоустойчивый к коррозионному разрушению.