Пластинчасті теплообмінники є одним з основних елементів, які використовуються в процесах теплообміну між різними середовищами. Завдяки спеціалізованому застосуванню вони часто мають промислові назви, такі як охолоджувач, конденсатор, випарник, пастеризатор або стерилізатор. Однак, незалежно від застосування, їх правильна робота залежить від правильної експлуатації та періодичного обслуговування.
Теплообмінники пластинчасті: розбірні та паяні
Пластинчасті теплообмінники – це пристрої, основною функцією яких є безконтактний обмін тепловою енергією між двома (або більше) незалежними середовищами. Речовини, що течуть, відрізняються переважно температурою і тиском і можуть перебувати в рідкому або газоподібному стані. Обмінники цього типу складаються з пакету сталевих пластин, що утворюють проточні канали, по яких рухаються середовища, обмінюючись між собою теплом. Поверхня пластини є поверхнею теплообміну і є єдиним бар’єром, що розділяє потокове середовище.
За своєю конструкцією пластинчасті теплообмінники діляться на розбірні і нерозбірні:
Розбірні теплообмінники
Це пристрої, з’єднані між собою натискними гвинтами і оснащені прокладками ;
Нерозбірні теплообмінники
Це безпрокладкові паяні обмінники (рідше зварні), в яких пластини найчастіше нероз’ємно з’єднані в пакет за допомогою вакуумної пайки.
Як вже було сказано, «серцем» кожного пластинчастого теплообмінника є пакет тонких пластин, найчастіше виготовлених з кислотостійкої сталі (використовувані матеріали: AISI 304, AISI 316L, AISI 904L, 254 SMO або титан). відповідним чином профільовані та мають кутові отвори.
Розбірні теплообмінники також оснащені прокладками, які забезпечують герметичність даного каналу та в той же час належним чином спрямовують потік даного середовища. У паяних теплообмінниках цю роль відіграє припій, що з’єднує пластини. Таким чином в теплообміннику створюються окремі шляхи, завдяки яким текучі середовища, між якими відбувається теплообмін, не змішуються між собою.
Кількість пластин в теплообміннику визначається різною природою застосування, тобто:
- параметри процесу;
- температурна програма;
- швидкість потоку;
- фізичні властивості рідин;
- перепади тиску.
На схемі показано основний напрямок потоку двох середовищ в теплообміннику:
Гофрований профіль пластини сприяє збільшенню турбулентності потоку, що, у свою чергу, призводить до кращої передачі теплової енергії та захищає пластини від різниці тиску в суміжних каналах. Тепло легко переходить через тонку стінку пластини з одного середовища в інше. Однак провідність теплової енергії між середовищами з різною температурою може бути значно обмежена всілякими забрудненнями, що осідають на поверхнях пластин потоком середовища (наприклад, водяний накип), тому дуже важливо регулярно чистити теплообмінник.
Основні переваги розбірної конструкції теплообмінника над паяним теплообмінником включають легкість очищення та огляду – розбірний теплообмінник можна просто розібрати та заглянути всередину. З цієї причини ці теплообмінники часто використовуються в холодильних системах, де охолоджуюча вода виділяє накип, або в молочній промисловості та пивоварнях, де в теплообміннику накопичуються біологічні забруднювачі. Ще однією перевагою є можливість адаптації теплообмінника до змін параметрів технологічного процесу шляхом зміни його розміру – наступні пластини можна додавати або знімати з теплообмінника. У свою чергу, паяні теплообмінники займають менше місця і не мають прокладок, що призводить до менших експлуатаційних витрат.
Де використвують пластинчасті теплообмінники?
харчова промисловість, де вони використовуються при переробці рідких харчових продуктів, таких як соки, джеми, пиво або олії, і працюють як нагрівачі, охолоджувачі, пастеризатори та стерилізатори при переробці молока (йогуртів, кефірів або сирів);
цукрова промисловість, де вони допомагають відновлювати тепло в процесах виробництва цукру;
фармацевтична промисловість, де вони широко використовуються, завдяки можливості легкого очищення;
хімічна промисловість, у зв’язку з вимогами герметичності в процесі теплообміну, що виливається в безпеку виробництва;
нафтохімічної промисловості, де вони підтримують, серед іншого, процеси переробки сирої нафти;
АЕС, де вони працюють у системі вторинної циркуляції охолодження;
морська промисловість, де працюють в системах охолодження суднових рухових установок;
опалювальні установки та теплоелектростанції, де важливим параметром при їх виборі має бути відповідний матеріал прокладки через роботу при високих температурах.
Крім промислового застосування, пластинчасті теплообмінники також використовуються в системах будівництва, охолодження, опалення, кондиціювання повітря та центрального опалення житлових будинків. Завдяки спеціалізованому застосуванню теплообмінники часто мають галузеві назви, такі як охолоджувач, конденсатор, випарник, пастеризатор або стерилізатор.
Ущільнювачі в розбірних теплообмінниках
Ущільнювачі для пластинчастих теплообмінників виготовляються з безлічі різних матеріалів – в залежності від властивостей текучого середовища і особливостей технологічного процесу. Найважливішими параметрами є: тип середовища, його хімічний склад, температура і тиск. Найпоширеніші матеріали ущільнень: EPDM, NBR, Viton, Butyl, Hypalon.
Типи ущільнень, що використовуються в обмінниках
У пластинчастих теплообмінниках прокладки розміщені в спеціально профільованих гніздах пластин. Монтаж відбувається механічним шляхом або за допомогою відповідного клею.
Можна виділити кілька видів з’єднань прокладка-пластина:
- Ущільнення кріпляться за допомогою клею GLUE TYPE . На гніздо ущільнювача наноситься невелика кількість відповідного клею, і ущільнення встановлюється. Цей тип установки вимагає багато роботи, коли потрібно замінити ущільнення. З дощок необхідно видалити старі прокладки, видалити залишки клею з гнізд (зазвичай для цього потрібен відповідний розчинник), а перед нанесенням нової прокладки необхідно повторно нанести шар клею.
- Ущільнення кріпляться за допомогою додаткового затискача CLIP TYPE / CLIP-ON . У цьому випадку клей не використовується. Ущільнювачі оснащені додатковими затискачами, які не виконують роль ущільнювача, але полегшують установку ущільнювача в пластину. Форма кліпси відповідає бічному профілю пластини, що дозволяє накладати кліпсу збоку на пластину і тим самим стабілізувати прокладку в розетці.Такий спосіб кріплення дозволяє ефективно замінювати прокладки в теплообміннику.
- Ущільнення кріпляться за допомогою додаткової засувки ТИПУ ШПИЛЬКИ/ЗАЩИПКИ . Як і в попередньому випадку, тут немає потреби використовувати клей. Після розміщення в гнізді ущільнювач стабілізується за допомогою засувки, втиснутої в спеціальний отвір пластини. Такий спосіб кріплення дозволяє якісно замінити ущільнення в теплообміннику.
- Ущільнення кріпляться шляхом вдавлювання в гніздо SNAPIN / LOC-IN . Ущільнення LOC-IN також не потребують використання клею. Гніздо в пластині має профіль відповідної форми, який відповідає формі профілю ущільнювача. Завдяки виступам у гнізді ущільнювач тримається на місці. Такий спосіб кріплення дозволяє здійснювати його ефективну заміну.
- Ущільнення SPLIT-IN є безклеєвими, які встановлюються за допомогою додаткових елементів, які взаємодіють з профілем плпстини.
Випробування внутрішньої герметичності
Як уже зазначалося, пошкодження пластин може призвести до змішування текучих середовищ, що створює ризик для продукту та виробничого процесу. У разі зовнішнього витоку середовище найчастіше витікає з теплообмінника під високим тиском, тому його легко помітити та швидко вжити відповідних заходів.
Справа стає складнішою у випадку внутрішнього витоку, оскільки, як випливає з назви, він відбувається всередині теплообмінника і невидимий ззовні. Щоб мати постійний контроль за внутрішнім станом теплообмінника, використовуються внутрішні випробування на герметичність.
Основним випробуванням для перевірки герметичності пластинчастого теплообмінника є випробування тиском води. Це простий метод, але дуже «грубий» з точки зору точності вимірювання.Ретельна перевірка теплообмінника можлива за допомогою тесту на витік газу, а точніше, діагностичного тесту на герметичність водневим методом (тест на водень).
Водневий метод являє собою новітню технологію в області контролю герметичності теплообмінників (і не тільки). Він найменш інвазивний і не вимагає розбирання пристрою. Маркуючим (випробувальним) газом є водень, а азот створює захисну атмосферу. Використовувана суміш хімічно нейтральна і стерильна – вона також дозволена для контакту з харчовими продуктами.
Водневий тест виявляє пошкодження пластини на кілька мікрометрів. Завдяки властивостям атома водню також можна на ранній стадії виявити пошкодження, які ще не утворилися по всій товщині матеріалу пластини. Завдяки цьому цей метод успішно використовується при профілактичних випробуваннях обмінників. Виявлення пошкоджень на ранній стадії дозволяє забезпечити необхідні запасні частини та спланувати зупинку технологічного процесу.
Компанія «Зіко» пропонуємо Вашій увазі пластинчасті теплообмінники виробництва компанії Spomasz Bełżyce S.A.