Что такое пластинчатый теплообменник? Как он работает и где используется?

Введение

Пластинчатые теплообменники (plate heat exchangers) - это теплообменники, обеспечивающие передачу тепла между двумя различными жидкостями и широко используемые в промышленных приложениях благодаря своей компактной конструкции, высокой эффективности и преимуществам легкого обслуживания. В этой статье детально рассматриваются основные принципы пластинчатых теплообменников, их принцип работы, конструктивные особенности, преимущества и различные области применения.

1. Что такое пластинчатый теплообменник?

Пластинчатый теплообменник представляет собой теплообменное устройство, состоящее из тонких металлических пластин, обычно уложенных одна на другую, где горячие и холодные жидкости проходят между каждой пластиной в противоположных направлениях. В этих устройствах жидкости физически разделяются, но теплообмен происходит через поверхности пластин.

1.1 Историческое развитие

Пластинчатые теплообменники впервые начали использовать в 1920-х годах, особенно в пищевой и молочной промышленности из-за гигиеничности пластин из нержавеющей стали. С развитием дизайна, материалов и технологий уплотнений они стали доступны для широкого спектра промышленных приложений.

1.2 Основные компоненты

Пластинчатые теплообменники обычно состоят из следующих основных компонентов:

• Пластины для теплообмена
• Системы уплотнений (уплотнения) или сварные/луженые конструкции
• Фиксирующие и подвижные пластины
• Болты для сжатия
• Несущая система (рама)

2. Как работает пластинчатый теплообменник?

2.1 Принцип теплообмена

В пластинчатых теплообменниках две жидкости с разницей температур текут по обе стороны пластин. Тепло, переносимое горячей жидкостью, переходит через стенку пластины к холодной жидкости. Теплообмен происходит полностью благодаря теплопроводности и переносу тепла между жидкостями. Обычно поток управляется по принципу противоточия для обеспечения максимальной эффективности теплообмена.

2.2 Путь жидкости и расположение пластин

Каждая пластина имеет специальный гофрированный узор. Эти узоры улучшают теплообмен, увеличивая турбулентность потока, и обеспечивают структурную прочность пластины. Жидкости последовательно проходят через горячую и холодную пластину по установленным в пластине путям.

3. Виды пластинчатых теплообменников

3.1 Уплотненные пластинчатые теплообменники (Gasketed PHE)

Между пластинами находятся эластомерные уплотнения. Эти уплотнения обеспечивают направление потока жидкости и герметичность. Их легко обслуживать, возможна чистка и замена пластин.

3.2 Луженные пластинчатые теплообменники (Brazed PHE)

Пластины соединяются лужением медью или никелем. Они компактны, могут использоваться при высоких давлениях и температурах. Невозможно разбирать для чистки и обслуживания.

3.3 Сварные пластинчатые теплообменники (Welded PHE)

Используются в средах, где необходимо работать без уплотнений, а также в агрессивных или высокотемпературных условиях. Подходят для газовых и химических процессов.

3.4 Полусварные и двойные стенки теплообменников

• Полусварные: Одна сторона пластины сварена, другая сторона уплотнена. Используются для специальных газово-жидких применений.
• Двойные стенки: В каждом потоке находятся две пластины. Возможные утечки направляются наружу. Предназначены для высокобезопасных применений.

4. Преимущества пластинчатых теплообменников

• Высокая эффективность теплообмена
• Компактный дизайн
• Низкая стоимость обслуживания
• Простая чистка и замена пластин
• Модульная конструкция: возможность увеличения мощности
• Низкая инвестиционная стоимость
• Возможность работы при низких температурных различиях (ΔT)
• Большой выбор материалов (AISI 304, 316, Ti