ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Пластинчатые теплообменники имеют широкое применение в теплоэнергетике, что обусловлено следующими качествами данного вида теплообменников:

• высокая эффективность теплообмена и вследствие этого высокий КПД;
• надежност и устойчивост к внешним и внутренним воздействиям;
• простота монтаж и эксплуатации, низкие трудозатратаы при ремонте оборудования;
• лёгкость очистки благодаря разборной конструкции;
• небольшие массогабаритные показатели;
• низкие потери давления, малая величина недогрева;
• возможност изменения характеристик уже эксплуатируемого теплообменника.

Существует весьма большое количество различных пластинчатых теплообменников. Наиболее распространенными являются теплообменники фирмы Funke - теплообменники FP (ТПР).

Теплообменники FP (ТПР) - разборные пластинчатые теплообменники со специальными уплотнениями. Состоят из набора теплообменных пластин, которые поставляются с прокладками, уплотняющими различные каналы от воздействия атмосферного давления и отделяющие холодные и горячие потоки. Пластины в теплообменниках данного типа свариваются только с одной стороны, с другой же стороне обычно устанавливаются прокладки.

В системах теплоснабжения пластинчатые теплообменники применяются в установках для нагрева воды для отопления и горячего водоснабжения. Они имеют следующие преимущества:

• повышенная надёжность системы теплоснабжения;
• эффективный теплосъём в пластинчатом теплообменнике, что обеспечивает необходимую температуру воды в обратной магистрали независимо от условий использования;
• упрощение задачи регулирования отпуска теплоты.

Система уплотнительных прокладок пластинчатого теплообменника построена так, что после сборки и сжатия пластин в аппарате образуются две системы герметичных каналов, изолированных одна от другой металлической стенкой и прокладками: одна для горячей рабочей среды, другая – для холодной. Обе системы межпластинных каналов соединяются со своими коллек­торами и далее со штуцерами для входа и выхода рабочих сред, расположенными на плитах.

Рис. 1. Принципиальная схема сборки пластинчатого аппарата:
1, 2, 11, 12 – штуцера; 3 – неподвижная плита; 4 –  верхнее угловое отверстие; 5 – кольцевая резиновая   прокладка; 6 – граничная пластина; 7 – штанга; 8 – нажимная плита; 9 – задняя стойка; 10 – винт; 13 – большая резиновая прокладка; 14 – нижнее угловое отверстие; 15 – теплообменная пластина

Холодная рабочая среда входит в аппарат через штуцер 1, расположенный на неподвижной плите, и через верхнее угловое отверстие 4 попадает в продольный коллектор, образованный угловыми отверстиями пластин после их сборки. По коллектору холодная среда доходит до пластины 6, имеющей глухой угол (без отверстия), и распределяется по нечётным межпластинным каналам, которые сообщаются (через один) с угловым коллектором благодаря соответствующему расположению больших и малых резиновых прокладок 5 и 13. При движении вверх по межпластинному каналу среда обтекает гофрированную поверхность пластин, обогреваемых с обратной стороны горячей средой. Затем подогретая среда проходит в продольный коллектор, образованный нижни­ми угловыми отверстиями 14, и выходит из аппарата через штуцер 11.
Горячая рабочая среда движется в аппарате навстречу холодной. Она поступает в штуцер 12, проходит через нижний коллектор, распределяется по чётным каналам и движется по ним вверх. Через верхний коллектор и шту­цер 2 охлаждённая горячая среда выходит из теплообменника.
Сами теплообменные аппараты по конструктивному оформлению весьма разнообразны. На рис. 2 в качестве примера приведена конструкция односекционного теплообменника на двухопорной раме без дополнительных стя­жек.

Рис. 2. Пластинчатый односекционный теплообменник:
1 – пластины; 2, 3, – горизонтальные штанги; 4, 5 – плиты; 6, 7 – патрубки

В качестве примера приводим типоразмерный ряд пластинчатых теплообменников ведущего европейского производителя FUNKE.
Преимущества пластинчатых разборных теплообменников FUNKE:

• Широкий типоразмерный ряд оборудования.
• Все оборудование Funke отвечает международным и Российским требованиям и стандартам.
• Качество теплообменного оборудования находится на высоком уровне.
• Теплообменное оборудование имеет более низкую стоимость благодаря совершенным технологиям и продуманным затратам при его производстве.
• Оборудование Funke имеет высокие технические характеристики.

Технические характеристики теплообменника во многом определяются техническими характеристиками теплообменных пластин. В качестве материала, как правило, используется сталь 1.4401/AISI 316, по сравнению с нержавеющей сталью 1.4301/AISI 304 данный тип стали обеспечивает более надежную защиту от коррозии и повреждений, вызванных хлоридами.
Компания Funke запатентовала принцип несимметричного канала Off-Set.
Off-Set пластины предлагаются с 4 различными типами профилей (G, H, K, L), которые отличаются между собой геометрией штамповки и углом рельефа по отношению к направлению основного потока (рис.3). За счет комбинирования данных пластин, представленных в 21 размере от 0,04 м2 до 2,5 м2, возможно формирование 9 различных каналов, что приводит к компромиссу (в зависимости от среды) между расходом теплообменной среды, величиной теплопередачи и потерей давления.
Примеры использования пластин приведены в таблице 1.

Таблица 1 
Характеристики применения пластин Off-Set

Рис 3. Четыре типа профилей Off-Set пластины
 Этот принцип формирования каналов позволяет сократить количество теплообменных пластин и снизить гидравлические потери при применении сред с разными вязкостными характеристиками, или при использовании теплообменника с сильно отличающимися расходами по сторонам. Кроме того применяются пластины с разным углом наклоны шеврона. В сочетании различного угла наклона шеврона и различной ширины канала позволяет получить 9 типов каналов для теплообменника. Такое количество каналов позволяет оптимизировать количество пластин и как следствие снижает конечную стоимость аппарата.
Все пластины снабжены двойным уплотнением с кантом утечки в зоне проходных отверстий, исключающим возможность смешения сред. В зависимости от типа и исполнения аппарата уплотнения могут быть как клеевые, так и с клипсовой системой крепления. В зависимости от температурного режима и используемых сред применяются различные типы уплотнений из термостойкой резины: NBR HT с температурным пределом до 140 ⁰C, EPDM HT с температурным пределом до 160 ⁰ С, Viton I с температурным пределом до 170 ⁰ С.
Габаритные размеры пластин для теплообменных аппаратов приведены в таблице 2.

Величина поверхности пластинчатого теплообменника определяется на основе предварительного расчёта количеством набираемых пластин и может значительно изменяться от десятков до нескольких сотен квадратных метров. Теп­лообменные аппараты применяются для эксплуатации при температурных режимах до 150 ⁰С, что ограничивается, главным образом, термостойкостью применяемых резиновых прокладок. Давление рабочих сред допускается до 15 кг/см².

Информация из издания «Справочное пособие теплоэнергетика жилищно-коммунального предприятия» /  ГОУВПО Санкт-Петербургский Государственный Университет растительных полимеров, Факультет промышленной теплоэнергетики.