НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники, представляющие собой аппараты, с поверхностью теплообмена, образованной пакетом тонких пластин с гофрированной поверхностью полученных методом штамповки, на момент времени являются наиболее эффективной разновидностью теплообменных аппаратов.

Существуют следующие классификация пластинчатых теплообменников, исходя из критерия доступности теплообменной поверхности (тип) и количества опор на раме (исполнение):

Самыми применямыми являются пластинчатые телпообменники, имеющими межпластинчатую сепарацию посредством прокладок, которая обеспечивает:

• быструю установку/снятие и разборку/сборку;
• незначительную трудозатратность очистки поверхностей теплообмена.

Полуразборные пластинчатые теплообменники сварены попарно, из-за чего доступ к теплообменной поверхности имеется со стороны хода только одного из рабочих потоков.

Неразборные пластинчатые теплообменники конструктивно представляют собой пакет собранный на прокладках из блоков, которые формируются из сваренных между собой пластин.

Размеры и параметры пластинчатых теплообменников нормируются ГОСТ 15518, который распространяется на аппараты:

• с теплообменной поверхностью от 1 до 800 м²;
• эксплуатируемые при избыточном давлении не ниже 0,002 МПа;
• работающие при температурах потоков от минус 70 до плюс 200 °C.

Серийно производимые разборные пластинчатые аппараты могут эксплуатироваться на средах с размером твердых механических загрязнений не превышающих 4 мм.

Устройство пластинчатого теплообменника

Разборный пластинчатый теплообменный аппарат на одноопорной раме (исполнение 1) показан на рисунке сверху. Теплообменник состоит из нескольких теплообменных пластин (поз.11), которые размещены на верхней и нижней направляющих (поз.4,5). Концы направляющих крепятся болтовым соединением в основной плите (поз.1) и в пазу прижимной плиты (поз.2). Прижимной плитой (поз.2) и стяжными шпильками и гайками (поз.7) пластины сжимаются, с использованием направляющего ролика (поз.6), формируя теплообменную секцию. После стяжки пластин и фиксации прижимной плиты, к её торцевой поверхности при помощи крепёжных болтов (поз.8) крепится опора (поз.3).

В теплообменных пластинах имеются 4 проходных отверстия, образующие 2 изолированные друг от друга системы каналов. Для обтюрации пластин и каналов применяются уплотнения различного материального исполнения. Уплотнение (поз. 10) укладывается в паз по контуру пластины и охватывает 2 отверстия на пластине, через которые осуществляется ввод и вывод теплоносителя в канал образованный смежными пластинами и герметизирует 2 других отверстия на пластине. Для входа теплоносителей в теплообменник и их выхода используются штуцера с резьбовыми или фланцевыми соединениями, которые крепятся к основной плите в местах расположения отверстий, предварительно уплотнённых резиновыми или металлическими втулками (поз.9). На поверхности основной плиты крепится типовая табличка (поз.12).

Структура и схемы пластинчатых теплообменников

В аппаратах, применямых в технологических процессах число пластин в отдельных конструкциях может исчисляться несколькими сотнями, а формируемые ими каналы могут соединяться по разнообразным одноходовым и многоходовым схемам. Сами пластинчатые теплообменные аппараты могут быть односекционными, многосекционными и комбинированными.

Односекционный теплообменник - это аппарат, у которого в процессе теплообмена принимают участие только 2 рабочих потока, то есть выполняется только 1 задача по теплообмену.

Пластина А	Пластина В	Межпластинчатый канал
пластина устанавливаемая рисунком направленным вниз и формирующая поток сверху-вниз	пластина устанавливаемая рисунком вверх и формирующая поток снизу-вверх	пространство между двумя соседними пластинами

Рабочий поток, который подается в пластинчатый теплообменник, попадает в каналы посредством продольных коллекторов, формируемых угловыми отверстиями в пластинах и малыми уплотнениями, ограничивающими эти отверстия.

Из коллекторов поток среды распределяется по ряду параллельных каналов, совокупность которых с одинаковым направлением течения продукта в практике проектирования принято называть пакетом, соответствующему понятию хода для кожухотрубчатого аппарата.

В расположенных последовательно пакетах число каналов может быть:

• одинаковым - скорость рабочего потока практически неизменна, а схема компоновки носит название симметричной;

Схема компоновки пластинчатого теплообменника в два симметричных пакета
• различными - скорость рабочего потока в каждом пакете будет отличаться, а схема компоновки носит название несимметричной.

Несимметричная схема компоновки пластин

При несимметричной схеме компановки, для относительного равенста расходов теплоносителей стребуется соблюдение условия обратной пропорциональности отношения расходов сред и отношения числа каналов в пакетах.

При определении компановки пластин в теплообменном аппарате пластинчатого типа наибольшее значение имеет компановка пакетов со стороны целевого технологического потока (охлаждаемой или нагреваемой среды), потому что параметры именной этой среды (расход, давление и температура на входе/выходе) строго заданы и число параллельных каналов в пакете определяет скорость потока, и, как следствие, прочие рабочие параметры теплообменника.

Чтобы конденсировать пары из смеси, содержащей неконденсирующиеся газы применяется схема компоновки приведенная на рисунке ниже.

Сконденсировавшийся продукт V выделяется из смеси I в каналах 1 и 2 и направляется на выход из аппарата, а газы не подверающиеся конденсации II попадают в каналы 3 и 4 второго пакета, подвергаются охлаждению и выходят из теплообменника. Хладагент III (вода) движется по каналам одного пакета и выводится после нагрева из теплообменника IV. Подобные конденсаторы парогазовых смесевых продуктов эксплуатируются с более высоким коэффициентом теплоотдачи, чем привычные кожухотрубчатые теплообменники.

При надлежащей компоновке есть возможность получения многосекционного теплообменника, в котором теплообменный процесс между одним теплоносителем на одной стороне и двумя другими на другой происходит в соответствующих зонах (рисунок ниже).

Относительное направление течения каждой из рабочих сред через пластинчатый теплообменник может быть разнообразным, исходя из сочетания общих и индивидуальных направлений перемещения рабочих потоков через аппарат в целом и через каналы между пластинами в частности. Известны следующие общие случаи:

Схема частичного противотока при общем противотоке	Схема смешанного тока	Схема смешанного частичного тока при общем противотоке
Схема частичного противотока при общем противотоке	Схема смешанного частичного тока при общем прямотоке	Схема частичного прямотока при общем прямотоке