Большая часть российских теплоснабжающих организаций имеют обширный опыт эксплуатации пластинчатых теплообменников, отдавая при выборе предпочтение разборным и указывая обычно две основные причины. Причины в том, что разборные аппараты поддаются механической очистке, и в случае ошибки в расчетах или изменения присоединенной нагрузки количество пластин можно легко изменить на месте. Между тем обе эти причины не являются объективным препятствием для использования паяных теплообменников на отечественном рынке.

Ведущие теплоснабжающие компании приводят три аргумента, подтверждающие преимущества паянных теплообменников по сравнению с разборными:

1) длительный срок службы (в среднем 20 лет, при сроке службы разборных теплообменников менее 10лет);

2) высокая надежность аппарата (вследствие жесткой системы контроля качества, принятой у предприятий-производителей, включающей 100%-й выходной контроль теплообменников давлением до 40 бар), исключающая возможность протечек между пластинами;

3) более высокий коэффициент теплопередачи.

Следует отметить, что эти положительные моменты пока касаются лишь импортного оборудования; российские паяные теплообменники вышли на рынок не так давно, и, по мнению отдельных специалистов, нашим производителям еще предстоит доработать их качество.

Также следует отметить, что область использования паяных теплообменников имеет определенные ограничения. Таким ограничением является верхний предел мощности, который, по мнению специалистов, не должен превосходить 5 МВт, хотя некоторые производители называют и большие значения. Таким образом, становится понятным широкое распространение паяных теплообменников в Северной Европе, где используется двухтрубная система с ИТП сравнительно малой мощности в каждом доме.

От себя добавим еще две причины, которые очень актуальны для российского использования. Это: устойчивость к длительным высокотемпературным нагрузкам (при температуре в подающем трубопроводе >120°С срок службы прокладок в разборном теплообменнике существенно
сокращается); высокая механическая прочность, позволяющая выдержать гидравлические удары,
выводящие из строя разборные теплообменники.

Однако не только эти причины должны определять выбор в пользу одного или другого типа
теплообменника. Сегодня на российском рынке основным критерием выбора остается стоимость
оборудования и его монтажа. В таблице ниже мы не стали приводить конкретные цены, а лишь
сравнили стоимость паяных и разборных теплообменников, принимая стоимость паяного в каждом
случае за 100%. Результаты расчета показали: чем меньше теплообменник, тем выгоднее выбирать
паяный. Просмотрим результаты для шести характерных примеров (табл. 1). Дополнительное
преимущество – меньший вес и габариты теплообменников, что также отражено в таблице.
Таким образом, можно считать, что существующие мифы о преимуществах разборных теплообменников перед паяными основаны на плохом знании рынка теплообменного оборудования и низкой культуре эксплуатации. Паяные теплообменники по многим характеристикам, в т. ч. по энергоэффективности, превосходят разборные.

Табл.1. Сравнение паяных и разборных теплообменников.

Источник: ТехСовет №10 октябрь/2010г.

Конструкция пластин определяет технические показатели теплообменного аппарата. От формы, размеров и конструктивных особенностей пластин зависят интенсивность теплоотдачи, надежность аппарата, технологичность на стадии производства и трудоемкость при эксплуатации и ремонте. Гофрированные пластины изготавливаются методом холодной штамповки из тонкого листа, имеют повышенную жесткость по сравнению с плоскими пластинами. На поверхности пластин благодаря наличию гофр создаются извилистые щелевидные межпластинные каналы сложной формы, в которых при сравнительно малых скоростях потока достигается турбулизация движущихся рабочих сред.

В рабочем положении в аппарате пластины обычно испытывают различное давление рабочих сред с обеих сторон, что может вызвать ее прогиб в сторону меньшего давления. Для предотвращения деформаций на каждой пластине имеются вертикальные ряды дистанционных (опорных) выступов, которые создают многочисленные точки взаимной опоры между пластинами. При полном соприкосновении опорных выступов между пластинами в собранном аппарате сохраняется зазор менее 4,5 мм.

Жидкость после выхода из углового отверстия в межпластинный канал растекается по расширяющейся входной части и затем движется вдоль пластин по широкой извилистой щели между ними. Во время омывания поверхности жидкость подвергается турбулизации, которая вызывается частыми поворотами потока в образованных гофрами каналах. В одном и том же аппарате пластины конструктивно отличаются друг от друга, поскольку отличается как их конкретное назначение, так и месторасположение в пакете относительно других пластин . Однотипные по форме поверхности пластины по своему назначению в аппарате подразделяются на рядовые, граничные и концевые. Рядовые пластины характеризуются тем, что имеют полное количество отверстий по углам, то есть каждая из них имеет четыре отверстия. Пластины с этими отверстиями при сборке аппарата образуют продольные коллекторные каналы. В аппарате они составляют большую часть пластин и в каждом аппарате включены параллельно, работая в одних и тех же температурных и гидравлических условиях. Граничные пластины имеют неполное число отверстий по углам (менее четырех). Пластины этого вида устанавливаются в местах, где изменяется направление потока и, следовательно, ими определяются границы пакетов.

Концевые пластины размещаются по концам секции, непосредственно примыкая к данного типа не несут тепловой нагрузки, так как омываются рабочей средой только с одной стороны. В разборных и полуразборых пластинчатых теплообменниках Промэнерго используются пластины импортного производства, причем полуразборные теплообменники, как частный случай полностью разборных, собираются из модулей — пар пластин, соединенных лазерной сваркой.

ПРОКЛАДКИ (УПЛОТНЕНИЯ)

Герметичность разборного и полуразборного теплообменных аппаратов достигается применением различных прокладок однократного или многократного применения.

Прокладками однократного применения являются металлические прокладки, прокладки из асбеста, паронита и других материалов, не обладающих достаточной упругостью.

Резиновые прокладки можно применять многократно, поскольку после снятия нагрузки они могут восстанавливать свою первоначальную форму в довольно широких пределах. Для их изготовления применяются различные типы каучуков.

МАТЕРИАЛЫ ПЛАСТИН

— нержавеющая сталь 1.4301 (AISI 304);

— нержавеющая сталь 1.4401 (AISI 316);

— нержавеющая сталь 1.4404 (AISI 316L);

— нержавеющая сталь 1.4571 (AISI 316Ti);

— нержавеющая сталь 1.4529 (соответствует AVESTA SMO 254);

— титан;

— титан, стабилизированный палладием;

— хастеллой;

— никель;

— тантал;

— инколой.

МАТЕРИАЛЫ УПЛОТНЕНИЙ

— NBR (акрилнитрат-бутадиен каучук) tmax = +140 °С. Рабочие среды — вода, жидкости на основе минеральных масел, животные и растительные жиры, углеводороды.

— EPDM (этилен-пропилен-диен-модифицированный каучук) tmax = +150 °С. Рабочие среды — вода, пар, алкоголь, кетоны, моющие жидкости, органические и неорганические кислоты и щелочи.

— HT-EPDM (высокотемпературный EPDM каучук) tmax = +170 °С (для пара +150 °С). Рабочие среды —
вода, пар, алкоголь, кетоны, моющие жидкости, органические и неорганические кислоты и щелочи.

— CR (хлорбутадиен каучук) tmin = -40 °С, tmax = +130 °С. Рабочие среды — аммиак, фреоны, углекислота, силиконовые масла, растворители.

— FPM (фторсодержащий каучук) tmin = -20 °С, tmax = +160 °С. Рабочие среды — минеральные масла, различные углеводороды, нефть, бензин, кислоты.

— Витонатахдо180оС).

Возможно также применение других материалов.

Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, поверхность теплообмена которых образована из тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью.

Рабочие среды в теплообменнике движутся в щелевых каналах между соседними пластинами. Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей чередуются между собой. Простейший теплообменник состоит не менее, чем из трех пластин, которые образуют два канала: один для греющего теплоносителя, второй для нагреваемого. Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулизацию потоков рабочих сред и повышает коэффициенты теплоотдачи. Размеры, формы и профили поверхности пластин разнообразны.
Из теплопередающих пластин, основного сборочного элемента теплообменника, собирают пакет. При этом каждая последующая пластина повернута на 180° относительно смежных, что создает равномерную сетку пересечения и взаимных точек опор вершин гофр. Между каждой парой соседних пластин образуется щелевой канал сложной формы, по которым и протекает рабочая среда. Жидкость при движении в них совершает пространственное трехмерное извилистое движение, при котором происходит турбулизация потока. Угловые отверстия для прохода рабочей среды имеют форму, обеспечивающую снижение гидравлических сопротивлений на входе в канал и выходе из него, снижение отложений на этих участках и позволяющую более рационально использовать всю площадь пластины для теплообмена.
Рама аппарата, на которой устанавливаются пластины, образуется опорной плитой, верхней и нижней штангами, закрепленными в опорной плите и поддерживаемыми стойкой.