Как работает медный пластинчатый теплообменник
Пластинчатый теплообменник состоит из стопки тонких гофрированных металлических пластин, зажатых в раме или запаянных в паяный узел. Две жидкости текут через чередующиеся каналы между пластинами, и тепло передается непосредственно через стенку пластины от горячего потока к холодному потоку. Поскольку поток разбивается гофрированной структурой, пограничный слой постоянно нарушается, и коэффициент теплопередачи высок даже при умеренных скоростях.
Медь является предпочтительным материалом для пластин, если технологические жидкости совместимы с ней. Пластины изготавливаются из деформируемой меди с высокой-проводимостью, такой как C11000, или, если требуется более высокая коррозионная стойкость, из медного сплава или медно-никелевого сплава с такими же рабочими характеристиками.
Почему для пластин выбрана медь
| Свойство | Медь, кованая, с высокой-проводимостью | Последствия для обменника |
|---|---|---|
| Теплопроводность | Около 400 Вт/мК при 20 C | Очень небольшой перепад температуры теряется через стенку пластины. |
| Формируемость | Превосходен в отожженной и полу-твердой закалке. | Глубокие гофры можно сжимать без растрескивания, что дает большую вторичную поверхность. |
| Коррозионное поведение | Защитная поверхностная пленка в воде и в атмосфере | Долгий срок службы в пресной воде, конденсате пара и многих технологических потоках. |
| Загрязнение поведения | Гладкая поверхность, естественная защитная пленка. | Биологические и накипные отложения образуются медленнее, чем многие альтернативы. |
| Пайка | Легко паяется с медными или серебряными присадочными металлами. | Компактные паяные пластинчатые агрегаты могут изготавливаться без рамы и прокладок. |
Сочетание очень высокой теплопроводности и тонкой стенки — вот что заставляет концепцию пластины работать: тепло должно пересекать только толщину пластины, поэтому общий коэффициент теплопередачи определяется в основном двумя жидкостными пленками, а не металлом. Прессованные медные гофры затем увеличивают эффективную площадь и вызывают турбулентность, поэтому пакет медных пластин может выполнять большую работу, занимая небольшую часть площади эквивалентного кожухотрубного агрегата.
Варианты дизайна и конструкция
Разборные пластинчатые агрегаты.Пластины зажимаются между двумя торцевыми крышками с помощью эластомерных прокладок, поэтому упаковку можно открыть для очистки, а пластины можно добавить или снять для изменения режима работы. Медные пластины используются в узлах с разборками, где технологическая жидкость и прокладочный материал совместимы.
Паяные пластинчатые агрегаты.Пластины спаяны в вакууме с присадкой на основе меди-, образуя герметичный, очень компактный блок без прокладок. Агрегаты из паяных медных пластин обычно используются в системах охлаждения, кондиционирования воздуха и небольших тепловых пунктах-.
Сварные и полусварные-агрегаты.Используется, когда материалы прокладок не переносят рабочую среду, со сварными парами каналов для агрессивной стороны.
Пластина и рама покрыты пластинами из медного-сплава.Если жидкость умеренно агрессивна, пластина из алюминиевой латуни, адмиралтейской латуни или медно-никелевой-никелевой пластины заменяется при сохранении той же геометрии рамы и каналов.
Характеристики производительности
Компактное расположение-каналов обеспечивает близкий температурный диапазон между двумя потоками, что является причиной того, что пластинчатые теплообменники так часто используются в системах рекуперации тепла. Близкий подход означает, что большая часть доступной разницы температур превращается в полезную нагрузку, поэтому тепловую нагрузку можно удовлетворить с меньшими затратами энергии на отопление или охлаждение и с меньшим расходом рабочей среды.
Узкие каналы также означают низкий удерживаемый-объем, что сокращает запасы технологической жидкости и время пребывания. Реакция на изменения нагрузки быстрая, поскольку масса для нагрева или охлаждения невелика. Противоток-легко организовать, и там, где необходимо выполнять несколько задач, единую раму можно собрать из секций, чтобы один блок выполнял несколько этапов теплопередачи.
Типичные применения
Химическая обработка.Нагрев и охлаждение реакционных потоков, конденсация растворителей и рекуперация тепла между технологическими потоками.
Производство электроэнергии.Нагрев питательной воды котла, конденсация выхлопных газов турбины, контуры генератора и вспомогательного охлаждения.
Охлаждение и кондиционирование воздуха.Испарители и конденсаторы в холодильных установках и в оборудовании для кондиционирования воздуха.
ОВиК и централизованное отопление.Производство горячей воды для бытовых нужд и теплообмен на подстанции, где питьевая вода должна быть отделена от первичного контура.
Морской и оффшорный.Центральные контуры охлаждения с использованием медно-никелевых или алюминиево-латунных пластин для морской воды.
Еда и напитки.Пастеризация и технологическое охлаждение при работе с медь-совместимыми жидкостями.
Выбор, пределы обслуживания и обслуживание
Медь лучше всего работает в пресной воде, конденсате пара, деминерализованной воде и нейтральных технологических потоках. Перед заказом пластин необходимо проверить два предела. Во-первых, содержание хлоридов и скорость потока в водяном контуре определяют, приемлема ли медь или требуется медно-никелевая марка для морской и солоноватой воды. Во-вторых, жидкости не должны содержать аммиак или соединения аммония, разрушающие медные сплавы, а уровень pH и растворенного кислорода должен находиться в пределах, принятых для меди.
Техническое обслуживание основано на поддержании чистоты каналов. Загрязнение увеличивает перепад давления и одновременно снижает коэффициент теплопередачи, а сильная накипь также может вызвать коррозию под-отложениями. Загрязнение контролируется путем отслеживания падения давления на блоке относительно его чистой базовой линии, а очистка осуществляется путем циркуляции подходящего чистящего раствора на месте или путем открытия герметичной упаковки и промывки пластин по отдельности. Прокладки являются изнашиваемым элементом и заменяются с периодичностью, рекомендованной производителем. Края пластин и области портов следует проверять на наличие эрозии при каждом открытии устройства, а при закрытии упаковки размер зажима должен быть восстановлен точно так, как указано, поскольку как чрезмерная-затяжка, так и недостаточная-затяжка сокращают срок службы прокладки.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Почему в качестве материала пластин в пластинчатом теплообменнике используется медь?
Медь сочетает в себе очень высокую теплопроводность с превосходной формуемостью, поэтому тонкие пластины можно прессовать в глубокие гофры, которые создают большую площадь поверхности и турбулентный поток без большого перепада температуры через стенку.
Вопрос: В чем преимущество пластинчатого теплообменника перед кожухотрубным агрегатом?
Пакет пластин выполняет ту же задачу, занимая гораздо меньше места и при более близком к температурному режиму, поскольку гофрированные каналы обеспечивают высокие коэффициенты теплопередачи, а поток противоточный-.
Вопрос: Можно ли использовать медные пластины с морской водой?
Обычная медь – не лучший выбор для морской воды. Для работы в морской и солоноватой воде следует выбирать медно-никелевые или алюминиево-латунные пластины, сохраняя ту же геометрию рамы и каналов.
Вопрос: Какие жидкости следует хранить вдали от медных пластин?
Аммиак и соединения аммония, а также сильнокислые или сильнощелочные потоки разъедают медь. Перед заказом необходимо проверить уровень pH, уровень хлоридов и содержание растворенного кислорода на соответствие допустимому диапазону для данной марки.
Вопрос: Как очищается пластинчатый теплообменник?
Либо путем циркуляции совместимого чистящего раствора, либо путем открытия герметичного блока и очистки пластин по отдельности. Частота очистки определяется увеличением падения давления по сравнению с исходным уровнем очистки.
Вопрос: Каковы наиболее важные эксплуатационные ограничения?
Совместимость жидкости с материалами пластины и прокладки, рабочее давление и температура прокладочного состава, содержание хлоридов в водяных контурах и скорость потока во входных отверстиях пластины, где чрезмерная скорость вызывает эрозию.
