Плоский пластинчатый теплообменник состоит из набора прямоугольных тонких металлических пластин, расположенных параллельно и плотно собранных на кронштейне. Края двух соседних пластин облицованы толщиной прокладки для регулирования размера канала.
На каждом углу пластин имеется круглое отверстие.
Пара круглых отверстий соединяет группу межпластинчатых каналов потока. Другая пара круглых отверстий предотвращает попадание жидкости в группу межпластинчатых каналов, размещая прокладки вокруг отверстий.
Положения этих двух пар отверстий смещены на соседних пластинах, образуя отдельные каналы для двух жидкостей.
Горячие и холодные жидкости циркулируют по обе стороны пластин в шахматном порядке, и передача тепла происходит через пластины.
Пластины имеют толщину около 0,5–3 мм и обычно прессуются в вогнуто-выпуклую гофрированную форму.
Гофрированная пластина с рисунком «елочка».
Это может повысить жесткость пластины, предотвратить деформацию при надавливании на пластину, а также сделать распределение жидкости равномерным, а также повысить степень турбулентности жидкости и увеличить теплопроводность и площадь теплопередачи.
ᆞПреимущества:
Высокий коэффициент теплопередачи:
Благодаря ряби или канавкам на поверхности пластины, она может достигать турбулентности при низком числе Рейнольдса (Re = 200 или около того). Помимо малой толщины пластины, коэффициент теплопередачи велик.
Например, коэффициент теплопередачи вода-вода составляет до 1500 ~ 4700 Вт/(м2.℃).
Компактная структура:
Общее расстояние между пластинами составляет 4 ~ 6 мм, поверхность теплопередачи, которую может обеспечить единица объема оборудования, составляет 250 ~ 1000 м2/м3 (трубчатый теплообменник составляет всего 40 ~ 150 м²/м3). Плоский пластинчатый теплообменник экономит 50% расхода металла.
Со съемной конструкцией:
Количество пластин регулируется для увеличения или уменьшения площади теплопередачи.
Операция гибкая.
Легко ремонтировать и чистить.
ᆞНедостатки:
Допустимое рабочее давление и температура относительно низкие, обычно менее 1,5 МПа. Максимум не превышает 2,0 МПа. Поскольку высокое давление легко может вызвать утечку.
Рабочая температура ограничивается термостойкостью материала прокладки и, как правило, не превышает 250 °C. Кроме того, поскольку расстояние между двумя пластинами составляет всего несколько миллиметров, площадь циркуляции мала, скорость потока невелика, а производительность обработки мала.
Как спиральные пластинчатые теплообменники, так и плоские пластинчатые теплообменники обладают такими характеристиками, как компактная конструкция, низкий расход материала и большой коэффициент теплопередачи. Они относятся к новым высокоэффективным компактным теплообменникам.
Их нельзя было использовать в условиях высоких температур и высокого давления.
Но в условиях более низкого давления, низкой температуры или высококоррозионных дорогих материалов они показывают большее превосходство.
В настоящее время они широко используются в пищевой, легкой и химической промышленности.
2.3.2.3 Пластинчатый кожухотрубный теплообменник (PSHE)
ᆞПреимущества:
Плотное расположение, компактная структура, высокий коэффициент теплопередачи.
Поверхность теплообмена, приходящаяся на единицу объема, больше в 3,5 раза по сравнению с трубчатым теплообменником.
Прочная конструкция выдерживает высокое давление и температуру.
Компактная структура.
Площадь теплопередачи на единицу объема на 70% больше, чем у кожухотрубчатого теплообменника.
Высокая эффективность теплопередачи и малый перепад давления.
По сравнению с плоским пластинчатым теплообменником он обеспечивает лучшее решение противоречия между температурной стойкостью, стойкостью к давлению и высокой эффективностью, поскольку не требует уплотнительной прокладки.
Легко чистить.
Обычно используется при нагревании, охлаждении, испарении, конденсации и других процессах.
ᆞНедостаток:
Высокие требования к технологии сварки.
2.3.2.4 Теплообменники с рубашкой
ᆞОписание:
Теплообменник с рубашкой — это простейший пластинчатый теплообменник, который изготавливается путем установки рубашки на внешнюю стенку сосуда, а пространство, образованное между рубашкой и сосудом, является путем прохождения теплоносителя или охлаждающей среды.
Этот тип теплообменника в основном используется для нагрева или охлаждения в процессе реакции.
При нагреве паром пар поступает в рубашку из верхнего ресивера, а конденсат — из нижнего.
При использовании в качестве охладителя хладагент (например, охлаждающая вода) поступает в нижний ресивер рубашки и выходит через верхний порт.
ᆞПреимущества:
Простейшая структура.
Его можно сварить с реактором, и он занимает мало места.
ᆞНедостатки:
Поверхность нагрева ограничена сосудом.
Коэффициент теплопередачи невысокий.
ᆞПрименение:
Для улучшения коэффициента теплопередачи внутри сосуда может быть установлена мешалка. Внутри сосуда может быть установлена труба-змеевик для поддержки поверхности теплопередачи.
2.3.3 Ребристые теплообменники
2.3.3.1 Ребристый теплообменник
ᆞОписание:
Трубка теплообменника имеет добавленные ребра. Соединение между ребрами и поверхностью трубки герметичное и бесшовное, что обеспечивает хорошую теплопередачу.
Методы соединения ребер:
Нагревательный рукав, зажим для вставки, намотка натяжением и сварка. Кроме того, он может также использовать методы общей прокатки, общего литья или обработки.
ᆞПреимущества:
Если разница в коэффициентах конвективной теплопередачи между двумя жидкостями велика, добавление ребер на стороне с меньшим коэффициентом теплопередачи может улучшить теплопередачу.
Например:
Нагрев воздуха водяным паром.
Основным термическим сопротивлением процесса является тепловое сопротивление конвективной теплопередаче со стороны воздуха. Добавление ребер на стороне воздуха может улучшить теплопередачу.
ᆞНедостатки:
Добавление ребер увеличит стоимость оборудования.
Однако, когда соотношение коэффициентов конвективной теплопередачи двух жидкостей превышает 3:1, применение ребер становится экономичным.
ᆞПриложения:
В последние годы воздухоохладитель из оребренных трубок широко применяется в химической промышленности. Использование воздушного охлаждения вместо водяного применимо не только в районах с дефицитом воды, но и в местах с достаточным количеством водных источников, использование воздушного охлаждения также может дать большие экономические результаты.
2.3.3.2 Пластинчато-ребристые теплообменники
ᆞОписание:
Пластинчато-ребристый теплообменник — более эффективный, компактный и легкий теплообменник.
Структура:
Существует множество конструктивных форм пластинчато-ребристых теплообменников, но основные конструктивные элементы одинаковы, т. е. между двумя параллельными тонкими металлическими пластинами добавляются гофрированные или иные фасонные металлические ребра, которые герметизируют обе стороны, что становится основным элементом теплообмена.
ᆞПроцесс производства:
Чтобы сделать пластинчатый пучок, необходимо правильно уложить и расположить основные элементы, и закрепить их пайкой. Пластинчатый пучок (или сердечник) поддерживает параллельный поток, противоток или шахматный поток.
Приварите коллекторную коробку с портами импорта и экспорта жидкости к пучку пластин.
Тип:
Теплообменник с глянцевыми прямыми ребрами, теплообменник с зубчатыми ребрами и теплообменник с многоотверстийными ребрами.
ᆞПреимущества.
Высокая тепловая эффективность:
Коэффициент теплопередачи в 3–10 раз выше, чем у кожухотрубчатых теплообменников.
Более высокий коэффициент теплопередачи за счет ребер, способствующих турбулентности жидкости и препятствующих развитию теплового пограничного слоя.
Поверхность теплопередачи, обеспечиваемая единичным объемом оборудования, обычно может достигать 2500~4370 м2/м3 (1000x6000, 347 м2, 74 м2/м3 в кожухотрубчатом теплообменнике).
Удельная масса площади теплопередачи большая:
Его площадь в десятки раз больше площади кожухотрубчатого теплообменника.
Обычно он изготавливается из алюминиевого сплава, поэтому вес его невелик. Его вес составляет всего одну десятую веса трубчатого теплообменника с той же площадью теплопередачи.
Широкая адаптивность:
Может использоваться для теплообмена газ-газ, газ-жидкость и жидкость-жидкость.
Может также использоваться для конденсации и испарения.
Он применим к различным жидкостям, используемым в одном и том же оборудовании.
При выборе соответствующих материалов его можно использовать для теплообмена в диапазоне 0 ~ 1000 К.
Алюминиевый сплав не только обладает высокой теплопроводностью, но и высокой пластичностью и прочностью на разрыв при эксплуатации ниже нуля градусов, что подходит для случаев низких и сверхнизких температур, поэтому он имеет широкий рабочий диапазон. Его можно использовать в диапазоне от 200℃ до абсолютного нуля градусов.
Высокое рабочее давление:
Поскольку ребра оказывают опорное воздействие на проставку, допустимое рабочее давление пластинчато-ребристого теплообменника может составлять 5 МПа.
ᆞНедостатки:
Сложная структура, высокая стоимость.
Канал потока оборудования очень мал и легко засоряется.
Чистка и обслуживание сложны, поэтому обрабатываемые материалы должны быть более чистыми или проходить систему предварительной очистки.
Ребра перегородки изготовлены из тонких алюминиевых пластин, поэтому среда не может вызвать коррозию алюминия.
Приложение:
Из-за высокой стоимости производства он использовался только в аэрокосмической промышленности, электронике, атомной энергетике и других второстепенных секторах. Однако в последние годы он постепенно стал использоваться в нефтехимической и других промышленных секторах.
2.3.4 Тепловые трубки
ᆞОписание:
Тепловые трубки — это новый тип элемента теплопередачи, разработанный в середине 1960-х годов. Это герметичная металлическая трубка, заполненная определенным количеством рабочей жидкости, после того как трубка заполнена и затем вакуумирована неконденсирующимся газом.
Принцип действия:
Рабочая жидкость поглощает тепло, кипит и испаряется на горячем конце. Пар течет к холодному концу, конденсируется и отдает тепло. Конденсированная жидкость возвращается к горячему концу и снова кипит. Тепло постоянно передается от горячего конца к холодному, и цикл повторяется.
ᆞТипы:
Возврат конденсата может осуществляться различными способами:
Капиллярное действие, гравитация, центробежная сила.
Наиболее широко используемый метод — капиллярное действие. Он заключается в установке всасывающего сердечника с капиллярной структурой на внутренней стенке трубы. За счет капиллярного эффекта происходит обратный поток конденсата от холодного конца к горячему.
Рабочие жидкости:
Аммиак, вода, ртуть и т. д.
ᆞПреимущества:
Тепловые трубки можно использовать в широком диапазоне температур.
Теплопередача тепловой трубы происходит в три этапа: кипение-испарение, поток пара и конденсация пара. Интенсивность конвективного теплообмена при кипении и конденсации велика, а поперечное сечение поверхности трубы на обоих концах намного больше поперечного сечения трубы. Потери на сопротивление потоку пара малы. Поэтому у тепловой трубы на обоих концах разность температур может быть очень мала, то есть она может передавать большое количество теплового потока при очень малой разнице температур.
По сравнению с металлической стенкой того же сечения тепловой трубы теплопроводность тепловой трубы может быть в 103–104 раз выше, чем у лучшего металлического проводника тепла. Поэтому она особенно подходит для случаев с небольшими перепадами температур, а также для случаев с высокими требованиями к изотермическим свойствам.
Тепловая трубка с такими характеристиками теплопередачи для устройства (или помещения) внутри и снаружи обеспечивает очень благоприятное средство улучшения теплопередачи.
Например.
Обе стороны устройства заполнены газами.
Установив тепловую трубку на стенку устройства, увеличив длину концов тепловой трубки и добавив ребра к трубке, можно значительно ускорить передачу тепла внутри и снаружи педали газа.
Кроме того, тепловая трубка также имеет такие преимущества, как простота конструкции, длительный срок службы, надежность работы и широкий спектр применения.
ᆞПриложения:
Тепловые трубы изначально использовались в аэрокосмической и электронной промышленности. В последние годы они добились хороших результатов в утилизации промышленного отходящего тепла.
2.4 Классификация по материалу:
2.4.1 Теплообменник из металлических материалов
Сталь, медь, алюминий и их сплавы, титан, цирконий, тантал, инконель и т. д.
2.4.2 Теплообменник из неметаллических материалов.
Графит, стекло, пластик, SiC, керамика и т. д.
III, Очистка теплообменника
3.1 Причины очистки теплообменника
После определенного периода эксплуатации на внутренней и внешней стенке теплообменника образуется слой белой накипи.
3.1.1 Теплопроводность накипи очень плохая
Эффективность теплообмена снизится примерно на 10% при наличии накипи толщиной 1 мм.
3.1.2 Весы могут стать причиной выхода оборудования из строя.
Это приведет к снижению циркуляции теплопередающей поверхности, увеличению сопротивления циркуляции воды, уменьшению площади поперечного сечения и даже блокировке потока.
3.2 Метод очистки теплообменника
3.2.1 Дозировка смягчающей обработки
Метод прост, эффективен, экономичен и не требует специального оборудования для производства воды.
Типы:
Обработка корректирующим средством.
Обработка против обрастания.
3.2.2 Ионный ингибитор накипи
Ионная противонакипная обработка — это новое, передовое оборудование для обработки воды для системы циркуляции горячей воды, центральной системы кондиционирования воздуха и системы циркуляции охлаждающей воды. Оно достигло удовлетворительных результатов для теплообменников.
3.2.3 Намагничивание против образования накипи
Принцип действия метода намагничивания против образования накипи заключается в использовании молекул воды, при этом полярность молекул воды объединена.
Когда жидкость проходит через магнитное поле высокой интенсивности, многомолекулярные ассоциации в воде взаимодействуют с магнитным полем ионов.
Исходные одиночные рассеянные многоионные ассоциации разбираются на ассоциации с одинарными или короткими связями. Они пересекают магнитные линии внешнего магнитного поля с определенной скоростью перпендикулярно и создают индуцированный ток.
Таким образом, каждый ион и внешнее магнитное поле создают новое поле, которое устанавливается в соседних полярных ионах, упорядочивается, взаимное притяжение, сжатие, образование изменения условий, что приводит к изменению кристаллизации, образование кристаллического материала очень вялое, прочность на сжатие, прочность на растяжение плохие и очень хрупкие, когезия и адгезия очень слабые.
Поэтому им нелегко прикрепляться к нагретым поверхностям, образуя накипь.
3.2.4 Метод промывки водой под высоким давлением
Метод промывки водой под высоким давлением в основном применяется для очистки трубных пучков с сильным закоксовыванием, например, в каталитических шламовых теплообменниках.
3.2.5 Метод очистки губчатым шариком
Поместите мягкий и гибкий шарик губки в трубку и нажмите на шарик губки, чтобы он соприкоснулся с внутренней стенкой трубки. Затем вручную или механически протолкните шарик губки вдоль стенки трубки и постоянно трите стенку трубки, чтобы удалить накипь.
3.2.6 Метод механической очистки
В случае серьезных отложений и засоров используйте ударную дрель для прочистки и очистки.
