Пластинчатый теплообменник: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Нет описания правки Метки: через визуальный редактор с мобильного устройства из мобильной версии |
|||
| (не показано 36 промежуточных версий 20 участников) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Plate frame 1.png|thumb|right|Концептуальная схема пластинчатого теплообменника]] |
[[Файл:Plate frame 1.png|thumb|right|Концептуальная схема пластинчатого теплообменника]] |
||
[[Файл:Plate frame 2.png|thumb|right|Отдельная пластина пластинчатого теплообменника]] |
[[Файл:Plate frame 2.png|thumb|right|Отдельная пластина разборного пластинчатого теплообменника с уплотнительной прокладкой]] |
||
'''Пластинчатый [[теплообменник]]''' — устройство, в котором осуществляется передача [[теплота|теплоты]] от горячего [[теплоноситель|теплоносителя]] к холодной (нагреваемой) среде через стальные, медные, графитовые, [[Титан (элемент)|титановые]] гофрированные пластины, которые стянуты в пакет. Горячие и холодные слои перемежаются друг с другом. |
|||
{{нет ссылок|дата=12 сентября 2016}} |
|||
{{нет АИ|9|11|2016}} |
|||
'''Теплообме́нник пласти́нчатый''' — устройство, в котором осуществляется передача [[теплота|теплоты]] от горячего [[теплоноситель|теплоносителя]] к холодной (нагреваемой) среде через стальные, медные, графитовые, [[Титан (элемент)|титановые]] гофрированные пластины, которые стянуты в пакет. Горячие и холодные слои перемещаются друг с другом. |
|||
Первый агрегат пластинчатого теплообменника в близком к современному виде был изобретён доктором Ричардом Селигманом, основателем компании Aluminium Plant & Vessel Company Limited в 1923 году. Согласно другим источникам, создателем первого современного пластинчатого теплообменника была шведская компания [[Лаваль, Густаф де|Густава де Лаваля]], выпустившая первую модель, предназначавшуюся для пастеризационного оборудования, в 1938 году.{{нет АИ|12|09|2016}} |
|||
== История == |
|||
Появление первых пластинчатых теплообменников относят еще к 6 веку до нашей эры. В Галлии существовал культ богини [[Эпона|Эпоны]], покровительницы коневодства, поэтому к боевым лошадям здесь было особое отношение: омовение воинов в «термах» (древнеримских банях) было совместным с лошадьми. В целях дезинфекции воду для омовений нагревали почти до кипения, разбавлять же кипящую воду холодной не допускалось также из-за риска заражения микроорганизмами. Таким образом, появление первых теплообменных аппаратов было обусловлено потребностью в больших количествах воды для мытья при комфортной температуре. В походах роль теплообменников успешно играли пластинчатые доспехи или щиты, для бань же теплообменники изготавливались специально и представляли собой вогнутые металлические листы, погруженные в резервуар с проточной холодной водой. Теплообмен между холодной и горячей водой, протекающей по рифленой поверхности металлического листа, осуществлялся, таким образом, без смешивания жидкостей с разными температурами, посредством данного листа из меди или бронзы (иногда, из золота или серебра). Было подмечено, что наличие чеканного орнамента на металлическом листе значительно ускоряет процесс охлаждения воды, даже при площади меньшей, чем у такого же листа, но без орнамента. Таким образом, опытным путём была установлена зависимость скорости теплопередачи от наличия преград, заставляющих жидкость перемешиваться при её движении. |
|||
Нашёл широкое применение в [[Промышленность|промышленности]], [[Энергетика|энергетике]] и в [[Жилищно-коммунальное хозяйство|жилищно-коммунальном хозяйстве]], обладает высоким [[КПД]] и низким падением давления [[Теплоноситель|теплоносителя]] за теплообменником. |
|||
После распада Римской империи упоминания о теплообменниках мы встречаем в Монголии, Индии и Тибете. Многие теплообменники из римских терм, нередко изготовленных из золота, были вывезены варварами и получили активное применение. Однако, чеканные рисунки были заменены на эмали, отчего интенсивность теплообмена была снижена, зато пластины теплообменников приобрели коррозионностойкость, позволявшую использовать устройства даже в солёной морской воде. С помощью таких теплообменников охлаждали особые красители в шелковых мастерских на побережье Индийского океана. |
|||
Со 2 по 12 век теплообменник был однопластинчатым. Однако необходимость в уменьшении размеров агрегата для использования его в длительных боевых походах, привела к созданию первого многопластинчатого устройства. Изобретение нового типа пластинчатого теплообменника приписывают кузнецу Зелигман. Это был набор пластин (3-5 штук), уплотнением между которыми служил шнур, пропитанный тюленьим жиром. Устройство помещалось в бочку; во внутренние полости подавали горячую воду, а в наружные – холодную. По этому принципу работают и современные устройства. |
|||
Первый агрегат пластинчатого теплообменника в близком к современному виде был изобретён доктором Ричардом Селигманом, основателем компании Aluminium Plant & Vessel Company Limited в 1923 году. |
|||
Согласно другим источникам, создателем первого современного пластинчатого теплообменника была шведская компания [[Лаваль, Густаф де|Густава де Лаваля]], выпустившая первую модель, предназначавшуюся для пастеризационного оборудования, в 1938 году.{{нет АИ|12|09|2016}} |
|||
== Устройство и принцип работы == |
== Устройство и принцип работы == |
||
| Строка 24: | Строка 16: | ||
# Комплект резьбовых шпилек. |
# Комплект резьбовых шпилек. |
||
Такая конструкция |
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 [[теплообмен]]е. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов. |
||
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 [[теплообмен]]е. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов. |
|||
=== Теплообменные пластины с уплотнительными прокладками === |
=== Теплообменные пластины с уплотнительными прокладками === |
||
Основным элементом [[теплообменник]]а являются теплопередающие пластины, изготовленные из коррозионно-стойких сплавов толщиной 0,4-1,0 мм методом холодной штамповки. В рабочем положении пластины плотно прижаты друг к другу и образуют щелевые каналы. На лицевой стороне каждой пластины в специальные канавки установлена резиновая контурная прокладка, обеспечивающая герметичность каналов. Два из четырёх отверстий в пластине обеспечивают подвод и отвод греющей или нагреваемой среды к каналу. Два других отверстия, дополнительно изолированы малыми контурами прокладки предотвращающими смешение (переток) греющей и нагреваемой сред. Для предупреждения смешивания сред в случае прорыва одного из малых контуров прокладки предусмотрены дренажные пазы. |
|||
Основным элементом [[теплообменник]]а являются теплопередающие пластины, изготовленные из коррозионно-стойких сплавов толщиной 0,4 — 1,0 мм, методом холодной штамповки. |
|||
В рабочем положении пластины плотно прижаты друг к другу и образуют щелевые каналы. На лицевой стороне каждой пластины в специальные канавки установлена резиновая контурная прокладка, обеспечивающая герметичность каналов. Два из четырех отверстий в пластине обеспечивают подвод и отвод греющей или нагреваемой среды к каналу. Два других отверстия, дополнительно изолированы малыми контурами прокладки предотвращающими смешение (переток) греющей и нагреваемой сред. Для предупреждения смешивания сред в случае прорыва одного из малых контуров прокладки предусмотрены дренажные пазы. |
|||
Пространственное извилистое течение жидкости в каналах способствует турбулизации потоков, а противоток между нагреваемой и греющей средой способствует увеличению температурного напора и, как следствие, интенсификации теплообмена при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях. При этом резко уменьшается отложение накипи на поверхности пластин. |
Пространственное извилистое течение жидкости в каналах способствует турбулизации потоков, а противоток между нагреваемой и греющей средой способствует увеличению температурного напора и, как следствие, интенсификации теплообмена при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях. При этом резко уменьшается отложение накипи на поверхности пластин. |
||
| Строка 38: | Строка 25: | ||
При большой разнице в расходе сред, а также при малой разнице в конечных температурах сред существует возможность многократного теплообмена сред путём петлеобразного направления их потоков. В таких теплообменниках патрубки для подвода сред расположены не только на неподвижной плите, но и на прижимной, а вдоль пластин-перегородок среды движутся в одном направлении. |
При большой разнице в расходе сред, а также при малой разнице в конечных температурах сред существует возможность многократного теплообмена сред путём петлеобразного направления их потоков. В таких теплообменниках патрубки для подвода сред расположены не только на неподвижной плите, но и на прижимной, а вдоль пластин-перегородок среды движутся в одном направлении. |
||
Одним из важнейших элементов в конструкции пластинчатых теплообменников являются прокладки. Уплотнители в теплообменнике изолируют и направляют смежные жидкостные потоки и предотвращают протекание. Элементы представляют собой цельную каучуковую прокладку и фиксируются в специальных пазах по контуру пластины. |
|||
=== Схема теплообмена === |
|||
Система крепления уплотнений к пластинам используется как клеевое, так и безклеевое с помощью специальных замков. Для производства уплотнений используется 4 типа стандартных материалов (NBR, EPDM, Viton I, Viton S), кроме того, используется ряд материалов разработанных специально для нестандартного применения. |
|||
Среди наиболее распространенных уплотнений выделяют следующие виды: |
|||
- S187 VITON (FPM) |
|||
FP71 NBR (NITRIL) |
|||
GL-265 VITON (FPM) |
|||
XGM032 VITON GF/STEAM |
|||
NT 500M VITON (FPM) |
|||
ЭТ014С NBR (NITRIL) |
|||
S20 VITON GF/STEAM |
|||
NT 250M VITON (FPM) |
|||
MA30W-FKMS-C/PEAK RING GASKET (MA30W-FKMS-CLIP-кольцевое) |
|||
GL-85 NBR (NITRIL) |
|||
ЭТ004C NBR (NITRIL). |
|||
Выбор подходящего материала значительно влияет на срок службы прокладок. Но существуют и другие факторы, от которых зависит пригодность уплотнений: температурный режим, перепады давления, агрессивность среды, естественное старение. Установлено, что температура с показателями меньше, чем максимально допустимые, продляет срок эксплуатации. |
|||
=== Схема теплообмена === |
|||
В процессе [[теплообмен]]а жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное [[резина|резиновое]] уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей. |
В процессе [[теплообмен]]а жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное [[резина|резиновое]] уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей. |
||
| Строка 45: | Строка 61: | ||
Материалы для изготовления уплотнительных прокладок также различаются в зависимости от условий применения пластинчатых [[теплообменник]]ов. Обычно используются различные [[полимеры]] на основе натуральных или [[каучук|синтетических каучуков]]. |
Материалы для изготовления уплотнительных прокладок также различаются в зависимости от условий применения пластинчатых [[теплообменник]]ов. Обычно используются различные [[полимеры]] на основе натуральных или [[каучук|синтетических каучуков]]. |
||
=== Основные параметры === |
|||
Для '''разборных''' пластинчатых теплообменников характерны следующие параметры: |
|||
* материал пластин: тонколистовые стали (AISI304, AISI316), Титан, Hastelloy, 254SMO и др.; |
|||
* температура в пластинах носителя не превышает 180°; |
|||
* давление в пластинах носителя не превышает 25кгс/см<sup>2</sup>; |
|||
* поверхность теплообмена одного аппарата может значительно колебаться(0,1 и 2100 м<sup>2</sup>) в зависимости от назначения; |
|||
* число пластин также колеблется от самых малых значений(практикуют от 7-10 пластин) и до самых больших. |
|||
=== Виды пластинчатых теплообменников === |
=== Виды пластинчатых теплообменников === |
||
| Строка 61: | Строка 68: | ||
* сварные и полусварные пластинчатые теплообменники. |
* сварные и полусварные пластинчатые теплообменники. |
||
=== Основные параметры === |
|||
== Ссылки == |
|||
Для разборных пластинчатых теплообменников характерны следующие параметры: |
|||
# [http://www.teploobmenka.ru/oborud/art-phe/ Пластинчатый теплообменник. Устройство и принцип работы] |
|||
* материал пластин: тонколистовые стали (AISI304, AISI316), Титан, Hastelloy, 254SMO и др.; |
|||
* температура в пластинах носителя не превышает 200°; |
|||
* давление в пластинах носителя не превышает 25кгс/см<sup>2</sup>; |
|||
* поверхность теплообмена одного аппарата может значительно колебаться(0,1 и 2100 м<sup>2</sup>) в зависимости от назначения; |
|||
* число пластин также колеблется от самых малых значений(практикуют от 7-10 пластин) и до самых больших. |
|||
== Схема == |
|||
По схеме работы теплообменники делят на две разновидности: |
|||
* одноходовые; |
|||
* многоходовые. |
|||
Одноходовой теплообменник устроен так, что каждая среда протекает через щелевые каналы один раз. |
|||
После этого жидкость поступает в сборный коллектор и оттуда — в трубопровод. |
|||
При таком исполнении все присоединительные патрубки находятся с одной стороны устройства — на неподвижной плите. Подвижную плиту можно двигать как угодно, так что разбирать теплообменник для обслуживания и ремонта ничто не мешает. |
|||
Многоходовая схема применяется в тех случаях, когда в греющей среде после одного прохода остается еще много тепла. |
|||
Такое наблюдается в следующих случаях: |
|||
* пластины имеют маленькую площадь либо в кассете их установлено малое количество; |
|||
* расходы двух сред очень сильно отличаются; |
|||
* разность температур греющей и нагреваемой среды невелика, поэтому теплообмен протекает с низкой интенсивностью. |
|||
В кассету многоходового пластинчатого теплообменника добавляются пластины только с двумя портами, расположенными с одной стороны. Благодаря этому, каждая среда протекает по каналам два раза или более, так что нагреваемая среда усваивает от греющей намного больше тепла, чем при одноходовой схеме. |
|||
== Принцип работы теплообменника == |
|||
Во время осуществления теплообмена движение жидкостей происходит по направлению друг к другу. Наличие специального элемента из стали или дополнительного резинового уплотнения позволяет предотвратить смешение жидкостей в тех местах, где существует возможность протекания. |
|||
В зависимости от того, в каких именно условиях планируется эксплуатация конкретного теплообменника, количество пластин, а также способ обработки их поверхности, могут отличаться. Это относится и к применяемым расходным материалам. |
|||
Так, производители предлагают не только изделия из доступной нержавеющей стали, но и модели, выполненные из современных сплавов, устойчивые к длительному воздействию агрессивных сред. |
|||
== Литература == |
|||
== Примечания<ref>{{Cite web|url=http://www.teploprofi.com/plastinchatiy-teploobmennik/|title=Пластинчатый теплообменник Разновидности, конструкция, сравнение с кожухотрубными теплообменниками|author=|website=ТеплоПрофи - теплообменное оборудование|date=|publisher=}}</ref> == |
|||
* {{книга |автор = Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др.|часть = |заглавие = Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию|оригинал = |ссылка = |ответственный = Ю. И. Дытнерский|издание = |место = М.|издательство = Химия|год = 1991|том = |страницы = |страниц = 496|серия = |isbn = 5-7245-0133-3|тираж = 24000}} |
|||
{{примечания}} |
|||
[[Категория: |
[[Категория:Теплообменники]] |
||
[[Категория:Теплоэнергетика]] |
|||
Текущая версия от 21:23, 6 января 2024
Пластинчатый теплообменник — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные, медные, графитовые, титановые гофрированные пластины, которые стянуты в пакет. Горячие и холодные слои перемежаются друг с другом.
Первый агрегат пластинчатого теплообменника в близком к современному виде был изобретён доктором Ричардом Селигманом, основателем компании Aluminium Plant & Vessel Company Limited в 1923 году. Согласно другим источникам, создателем первого современного пластинчатого теплообменника была шведская компания Густава де Лаваля, выпустившая первую модель, предназначавшуюся для пастеризационного оборудования, в 1938 году.[источник не указан 3011 дней]
Нашёл широкое применение в промышленности, энергетике и в жилищно-коммунальном хозяйстве, обладает высоким КПД и низким падением давления теплоносителя за теплообменником.
Устройство и принцип работы
[править | править код]- Неподвижная плита с присоединительными патрубками.
- Задняя прижимная плита.
- Теплообменные пластины с уплотнительными прокладками.
- Верхняя направляющая.
- Нижняя направляющая.
- Задняя стойка.
- Комплект резьбовых шпилек.
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.
Теплообменные пластины с уплотнительными прокладками
[править | править код]Основным элементом теплообменника являются теплопередающие пластины, изготовленные из коррозионно-стойких сплавов толщиной 0,4-1,0 мм методом холодной штамповки. В рабочем положении пластины плотно прижаты друг к другу и образуют щелевые каналы. На лицевой стороне каждой пластины в специальные канавки установлена резиновая контурная прокладка, обеспечивающая герметичность каналов. Два из четырёх отверстий в пластине обеспечивают подвод и отвод греющей или нагреваемой среды к каналу. Два других отверстия, дополнительно изолированы малыми контурами прокладки предотвращающими смешение (переток) греющей и нагреваемой сред. Для предупреждения смешивания сред в случае прорыва одного из малых контуров прокладки предусмотрены дренажные пазы.
Пространственное извилистое течение жидкости в каналах способствует турбулизации потоков, а противоток между нагреваемой и греющей средой способствует увеличению температурного напора и, как следствие, интенсификации теплообмена при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях. При этом резко уменьшается отложение накипи на поверхности пластин.
При большой разнице в расходе сред, а также при малой разнице в конечных температурах сред существует возможность многократного теплообмена сред путём петлеобразного направления их потоков. В таких теплообменниках патрубки для подвода сред расположены не только на неподвижной плите, но и на прижимной, а вдоль пластин-перегородок среды движутся в одном направлении.
Одним из важнейших элементов в конструкции пластинчатых теплообменников являются прокладки. Уплотнители в теплообменнике изолируют и направляют смежные жидкостные потоки и предотвращают протекание. Элементы представляют собой цельную каучуковую прокладку и фиксируются в специальных пазах по контуру пластины.
Система крепления уплотнений к пластинам используется как клеевое, так и безклеевое с помощью специальных замков. Для производства уплотнений используется 4 типа стандартных материалов (NBR, EPDM, Viton I, Viton S), кроме того, используется ряд материалов разработанных специально для нестандартного применения.
Среди наиболее распространенных уплотнений выделяют следующие виды:
- S187 VITON (FPM)
FP71 NBR (NITRIL)
GL-265 VITON (FPM)
XGM032 VITON GF/STEAM
NT 500M VITON (FPM)
ЭТ014С NBR (NITRIL)
S20 VITON GF/STEAM
NT 250M VITON (FPM)
MA30W-FKMS-C/PEAK RING GASKET (MA30W-FKMS-CLIP-кольцевое)
GL-85 NBR (NITRIL)
ЭТ004C NBR (NITRIL).
Выбор подходящего материала значительно влияет на срок службы прокладок. Но существуют и другие факторы, от которых зависит пригодность уплотнений: температурный режим, перепады давления, агрессивность среды, естественное старение. Установлено, что температура с показателями меньше, чем максимально допустимые, продляет срок эксплуатации.
Схема теплообмена
[править | править код]В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное резиновое уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей.
Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят от эксплуатационных требований к пластинчатому теплообменнику. Материал, из которого изготавливаются пластины, может быть различным: от недорогой нержавеющей стали до различных экзотических сплавов, способных работать с агрессивными жидкостями.
Материалы для изготовления уплотнительных прокладок также различаются в зависимости от условий применения пластинчатых теплообменников. Обычно используются различные полимеры на основе натуральных или синтетических каучуков.
Виды пластинчатых теплообменников
[править | править код]Пластинчатые теплообменники бывают следующих видов:
- разборные пластинчатые теплообменники;
- паяные пластинчатые теплообменники;
- сварные и полусварные пластинчатые теплообменники.
Основные параметры
[править | править код]Для разборных пластинчатых теплообменников характерны следующие параметры:
- материал пластин: тонколистовые стали (AISI304, AISI316), Титан, Hastelloy, 254SMO и др.;
- температура в пластинах носителя не превышает 200°;
- давление в пластинах носителя не превышает 25кгс/см2;
- поверхность теплообмена одного аппарата может значительно колебаться(0,1 и 2100 м2) в зависимости от назначения;
- число пластин также колеблется от самых малых значений(практикуют от 7-10 пластин) и до самых больших.
Схема
[править | править код]По схеме работы теплообменники делят на две разновидности:
- одноходовые;
- многоходовые.
Одноходовой теплообменник устроен так, что каждая среда протекает через щелевые каналы один раз.
После этого жидкость поступает в сборный коллектор и оттуда — в трубопровод.
При таком исполнении все присоединительные патрубки находятся с одной стороны устройства — на неподвижной плите. Подвижную плиту можно двигать как угодно, так что разбирать теплообменник для обслуживания и ремонта ничто не мешает.
Многоходовая схема применяется в тех случаях, когда в греющей среде после одного прохода остается еще много тепла.
Такое наблюдается в следующих случаях:
- пластины имеют маленькую площадь либо в кассете их установлено малое количество;
- расходы двух сред очень сильно отличаются;
- разность температур греющей и нагреваемой среды невелика, поэтому теплообмен протекает с низкой интенсивностью.
В кассету многоходового пластинчатого теплообменника добавляются пластины только с двумя портами, расположенными с одной стороны. Благодаря этому, каждая среда протекает по каналам два раза или более, так что нагреваемая среда усваивает от греющей намного больше тепла, чем при одноходовой схеме.
Принцип работы теплообменника
[править | править код]Во время осуществления теплообмена движение жидкостей происходит по направлению друг к другу. Наличие специального элемента из стали или дополнительного резинового уплотнения позволяет предотвратить смешение жидкостей в тех местах, где существует возможность протекания.
В зависимости от того, в каких именно условиях планируется эксплуатация конкретного теплообменника, количество пластин, а также способ обработки их поверхности, могут отличаться. Это относится и к применяемым расходным материалам.
Так, производители предлагают не только изделия из доступной нержавеющей стали, но и модели, выполненные из современных сплавов, устойчивые к длительному воздействию агрессивных сред.
Литература
[править | править код]- Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Ю. И. Дытнерский. — М.: Химия, 1991. — 496 с. — 24 000 экз. — ISBN 5-7245-0133-3.