Пластинчатые теплообменники и их эксплуатация

Пластинчатые теплообменники являются одним из основных элементов, используемых в процессах теплообмена между разными средами. Благодаря специализированному применению они часто имеют промышленные названия, такие как охладитель, конденсатор, испаритель, пастеризатор или стерилизатор. Однако независимо от применения их правильная работа зависит от правильной эксплуатации и периодического обслуживания.

Теплообменники пластинчатые: разборные и паяные

Пластинчатые теплообменники – это устройства, основной функцией которых является бесконтактный обмен тепловой энергией между двумя (или более) независимыми средами. Течущие вещества отличаются преимущественно температурой и давлением и могут находиться в жидком или газообразном состоянии. Обменники этого типа состоят из пакета стальных пластин, образующих проточные каналы, по которым движутся среды, обмениваясь между собой теплом. Поверхность пластины является поверхностью теплообмена и является единственным барьером, разделяющим потоковую среду.

По своей конструкции пластинчатые теплообменники делятся на разборные и неразборные:

Разборные теплообменники

Это устройства, соединенные между собой нажимными винтами и снабженные прокладками;

Неразборные теплообменники

Это беспрокладочные паяные обменники (реже сварные), в которых пластины чаще всего неразъемно соединены в пакет с помощью вакуумной пайки.

Как уже было сказано, сердцем каждого пластинчатого теплообменника является пакет тонких пластин, чаще всего изготовленных из кислотостойкой стали (используемые материалы: AISI 304, AISI 316L, AISI 904L, 254 SMO или титан). соответствующим образом профилированы и имеют угловые отверстия.

Разборные теплообменники также оснащены прокладками, обеспечивающими герметичность данного канала и вместе с тем надлежащим образом направляют поток данной среды. В паяных теплообменниках эту роль играет припой, соединяющий пластины. Таким образом, в теплообменнике создаются отдельные пути, благодаря которым текучие среды, между которыми происходит теплообмен, не смешиваются между собой.

Количество пластин в теплообменнике определяется разной природой применения, т.е.

• параметры процесса;
• температурная программа;
• скорость потока;
• физические свойства жидкостей;
• перепады давления.

На схеме показано основное направление потока двух сред в теплообменнике:

Гофрированный профиль пластины способствует увеличению турбулентности потока, что в свою очередь приводит к лучшей передаче тепловой энергии и защищает пластины от разности давления в смежных каналах. Тепло легко переходит через тонкую стенку пластины из одной среды в другую. Однако проводимость тепловой энергии между средами с разной температурой может быть значительно ограничена всевозможными загрязнениями, оседающими на поверхностях пластин потоком среды (например, водяная накипь), поэтому очень важно регулярно чистить теплообменник.

Основные преимущества разборной конструкции теплообменника над паяным теплообменником включают легкость очистки и осмотра – разборный теплообменник можно просто разобрать и заглянуть внутрь. По этой причине эти теплообменники часто используются в холодильных системах, где охлаждающая вода выделяет накипь или в молочной промышленности и пивоварнях, где в теплообменнике накапливаются биологические загрязнители. Еще одним преимуществом является возможность адаптации теплообменника к изменению параметров технологического процесса путем изменения его размера – следующие пластины можно добавлять или снимать с теплообменника. В свою очередь паяные теплообменники занимают меньше места и не имеют прокладок, что приводит к меньшим эксплуатационным затратам.

Где используют пластинчатые теплообменники?

пищевая промышленность, где они используются при переработке жидких пищевых продуктов, таких как соки, джемы, пиво или масла, и работают в качестве нагревателей, охладителей, пастеризаторов и стерилизаторов при переработке молока (йогуртов, кефиров или сыров);

сахарная промышленность, где они помогают восстанавливать тепло в процессах производства сахара;

фармацевтическая промышленность, где они широко используются, благодаря возможности легкой очистки;

химическая промышленность, в связи с требованиями герметичности в процессе изливаемого в безопасность производства теплообмена;

нефтехимической промышленности, в которой они поддерживают, среди прочего, процессы переработки сырой нефти;

АЭС, где они работают в системе вторичной циркуляции охлаждения;

морская промышленность, где работают в системах охлаждения судовых двигательных установок;

отопительные установки и теплоэлектростанции, где важным параметром при их выборе должен быть соответствующий прокладочный материал через работу при высоких температурах.

Помимо промышленного применения пластинчатые теплообменники также используются в системах строительства, охлаждения, отопления, кондиционирования воздуха и центрального отопления жилых домов. Благодаря специализированному применению теплообменники часто имеют отраслевые названия, такие как охладитель, конденсатор, испаритель, пастеризатор или стерилизатор.

Уплотнители в разборных теплообменниках

Уплотнители для пластинчатых теплообменников изготавливаются из множества различных материалов – в зависимости от свойств текучей среды и особенностей технологического процесса. Важнейшими параметрами являются тип среды, ее химический состав, температура и давление. Самые распространенные уплотнительные материалы: EPDM, NBR, Viton, Butyl, Hypalon.

Типы уплотнений, используемых в обменниках

В пластинчатых теплообменниках прокладки размещены в специально профилированных гнездах пластин. Монтаж производится механическим путем или с помощью соответствующего клея.

Можно выделить несколько видов соединений прокладка-пластина:

• Уплотнения крепятся при помощи клея GLUE TYPE. На уплотнительное гнездо наносится маленькое количество соответствующего клея, и уплотнение устанавливается. Этот тип установки требует много работы при замене уплотнения. Из досок нужно удалить старые прокладки, удалить остатки клея из гнезд (обычно для этого требуется подходящий растворитель), а перед нанесением новой прокладки нужно повторно нанести слой клея.
• Уплотнения крепятся с помощью дополнительного зажима CLIP TYPE/CLIP-ON. В этом случае клей не используется. Уплотнители оснащены дополнительными зажимами, которые не выполняют уплотнительную роль, но облегчают установку уплотнителя в пластину. Форма клипсы соответствует боковому профилю пластины, что позволяет накладывать клипсу сбоку на пластину и тем самым стабилизировать прокладку в розетке. Такой способ крепления позволяет эффективно заменять прокладки в теплообменнике.
• Уплотнения крепятся с помощью дополнительной защелки типа шпильки. Как и в предыдущем случае, здесь нет необходимости использовать клей. После размещения в гнезде уплотнитель стабилизируется с помощью защелки, вдавленной в специальное отверстие пластины. Такой способ крепления позволяет качественно заменить уплотнение в теплообменнике.
• Уплотнения крепятся путем вдавливания в гнездо SNAPIN/LOC-IN. Уплотнения LOC-IN также не требуют использования клея. Гнездо в пластине имеет профиль подходящей формы, который соответствует форме уплотнительного профиля. Благодаря выступам в гнезде уплотнитель держится на месте. Такой способ крепления позволяет производить его эффективную замену.
• Уплотнения SPLIT-IN являются бесклеевыми, которые устанавливаются с помощью дополнительных элементов, взаимодействующих с профилем пластины.

Испытание внутренней герметичности

Как уже отмечалось, повреждение пластин может привести к смешиванию текучих сред, что создает риск продукта и производственного процесса. В случае внешней утечки среда чаще всего вытекает из теплообменника под высоким давлением, поэтому ее легко заметить и быстро принять соответствующие меры. Дело становится сложнее в случае внутренней утечки, поскольку, как следует из названия, он происходит внутри теплообменника и невидим извне. Чтобы иметь постоянный контроль внутреннего состояния теплообменника, используются внутренние испытания на герметичность. Основным испытанием для проверки герметичности пластинчатого теплообменника является испытание давлением воды. Это простой метод, но очень «грубый» с точки зрения точности измерения. Ретельная проверка теплообменника возможна с помощью теста на утечку газа, а точнее, диагностического теста на герметичность водородным методом (тест на водород).

Водородный метод представляет собой новейшую технологию в области контроля герметичности теплообменников (и не только). Он менее инвазивный и не требует разборки устройства. Маркирующим (испытательным) газом является водород, а азот создает защитную атмосферу. Используемая смесь химически нейтральна и стерильна – она также разрешена для контакта с пищевыми продуктами. Водородный тест обнаруживает повреждение пластины на несколько микрометров. Благодаря свойствам атома водорода можно также на ранней стадии выявить повреждения, которые еще не образовались по всей толщине материала пластины. Благодаря этому этот метод успешно используется при профилактических испытаниях обменников. Выявление повреждений на ранней стадии позволяет обеспечить необходимые запасные части и спланировать остановку технологического процесса.

Компания ЗИКО предлагает Вашему вниманию пластинчатые теплообменники производства компании Spomasz Bełżyce S.A.