Жители благоустроенных домов, пользующиеся всеми коммунальными благами, не задумываются над тем, откуда в их квартирах берется горячая вода и центральное отопление. Между тем, теплоснабжение многоэтажных благоустроенных домов осуществляется от теплоэнергоцентрали, в роли которой может выступать как котельная местного значения, так и городская ТЭЦ. В них происходит нагревание первичного теплоносителя, который посредством теплообменников передает тепло воде, поступающей в благоустроенные дома.
Все теплообменное оборудование подразделяется на две основные категории:
Кожухотрубные теплообменники. Конструктивно он состоит из кожуха, внутрь которого вставлен комплект изолированных трубок меньшего диаметра. По внутренним трубкам протекает горячая вода, подаваемая из теплоцентрали. Через кожух же циркулирует холодная жидкость, разогревающаяся путем передачи тепловой энергии от внутренних трубок, которые в данном случае выступают в роли нагревательного элемента.
Пластинчатые теплообменники, где в качестве передающего тепло элемента выступают особые пластины, изготовленные из устойчивых к коррозии металлов и сплавов. Именно об этих устройствах и подойдет речь в данной статье.
Устройство пластинчатого теплообменника
Конструктивно он состоит из двух плит, между которыми и располагаются пластины, образующие пакет. Через него и совершается передача тепловой энергии от первичного источника (горячей воды или пара, поступающей из теплоцентрали) ко вторичному - воде, непосредственно подаваемой в благоустроенные дома.
Устройство пластинчатого теплообменника дает возможность эффективного теплообмена при достаточно компактных размерах аппарата. Все внутренние пластинки производятся из материала одного вида и имеют одинаковое устройство. В качестве материала может использоваться как достаточно недорогая нержавеющая сталь (например, марки AISI316), так и весьма дорогие металлы - титан, латунь, сложносоставные сплавы с легирующими элементами. Они применяются для максимально эффективного противостояния вредному воздействию теплоносителя.
К примеру, титан используется для создания пластинчатой теплообменной конструкции, применяемой на морских судах. В данном случае в качестве теплоносителя применяется забортная морская вода, агрессивно воздействующая на любые материалы. Вид теплообменной среды также влияет и на выбор материала для уплотнительных прокладок. Как правило, в этом качестве применяются полимерные соединения, созданные на основе каучуковых смол.
EPDM рекомендуется использовать в тех случаях, когда теплонесущей средой выступает пресная вода с добавлением гликоля.
"Нитрил" применяется для теплоносителей с содержанием маслянистых сред, или выработанных из нефти - по большей части это всевозможные технические масла.
"Витон" применяется при нагревании жидкости до очень высоких температур (свыше 100 - 120 градусов) и для пара.
Гофрированные пластины теплообменника
Главной составляющей пластинчатого теплообменного устройства - это особые плоские пластины, предназначенные для передачи тепловой энергии от одной среды к другой. Их устройство выглядит следующим образом.
Изготавливаются пластинки методом холодной штамповки из стойких к агрессивному внешнему воздействию материалов. Причем это не обязательно металл и различные легированные сплавы. В качестве материала для штамповки пластин может применяться и материалы, созданные на основе графита. В среднем толщина теплообменных пластинок составляет 0,5 - 1 мм. Все пластины собираются в единый пакет из плотно подогнанных элементов. Герметичного прилегания пластин удается добиться при помощи специальных углублений на их лицевой стороне. В них вставляются уплотнительные прокладки из резины.
Принцип работы теплообменника пластинчатого
Принцип работы ПТО сводится к следующему. Каждая пластина теплообменника имеет четыре отверстия, предназначенные для поступления теплоносителя (воды, пара, масла).
Два из них предназначаются для входа и выхода первичного теплоносителя, подающегося из теплоцентрали.
Другие два отверстия - для вторичного теплоносителя (воды), подающегося непосредственно в горячий водопровод благоустроенного дома. Вторичный, изначально холодный теплоноситель, нагревается проходя по теплообменнику под воздействием горячих пластин.
Внутреннее устройство каналов для горячей жидкости выполнено таким образом, чтобы при прохождении по ним происходило турбулентное завихрение потока. Это позволяет создать более интенсивный обмен тепловой энергией, при этом достигается меньшее сопротивление течению со стороны внутренних поверхностей каналов. Небольшое сопротивление, в свою очередь, способствует меньшему отложению накипи на внутренних стенках пластин.
Теплообменный аппарат, выполненный по такой схеме, дает возможность многократной передачи тепла между первичным источником и потребителем - вторичной средой. Благодаря этому, температура на выходе между первичной и вторичной средой практически идентична.
Сегодня в коммунальном хозяйстве применяются следующие виды пластинчатых теплообменников:
Разборные. Конструкция из состоит из большого числа отдельных плоских элементов.
Паяные. Пластины в таких устройствах скрепляются при помощи пайки, без применения резиновых прокладок. Это делает удаление и добавление дополнительных пластинок возможным только в заводских условиях.
Сварные и полусварные - еще один вид неразборных теплообменных устройств. Соединение отдельных элементов в данном случае производится сварными швами.
Преимущества пластинчатых теплообменников
Разборные теплообменники
Среди основных преимуществ разборных устройств можно отметить следующие:
Для очистки аппарата не понадобится полностью разбирать его.
Разборные конструкции отличаются достаточно просты в эксплуатации. Для их обслуживания не требуется высококвалифицированный персонал.
В сравнении с кожухотрубными моделями разборные ПТО имеют в разы меньшую массу и значительно меньшие габариты. Это позволяет устанавливать их в элеваторных помещениях небольшой площади. Малые габариты и масса делают транспортировку и монтаж разборных устройств более легким.
Правильно собранные пластины, созданные из высококачественных материалов, могут прослужить в течение 25 лет. В то же время срок службы резиновых уплотнительных прокладок не превышает десяти лет. Вследствие такой разности времени службы, приходится производить замену комплектующих, что сделать это в разборных ПТО достаточно просто.
Разборный теплообменник, по сравнению с другими видами пластинчатых теплообменных устройств, намного дешевле в эксплуатации и ремонте. Благодаря возможности быстрой замены вышедшей из строя детали на месте силами одного - двух слесарей, стоимость ремонта разборных ПТО гораздо ниже, нежели у неразборных аналогов.
Количество пластинок в таких теплообменниках можно легко менять, тем самым регулируя расход тепла на каждый объект в отдельности. Благодаря этому, можно максимально эффективно организовать снабжение горячей водой как промышленных предприятий, так и жилых объектов.
Паяные теплообменники
Данная разновидность ПТО обладает следующими преимуществами:
Отсутствие уплотнительных прокладок и зажимов. Это значительно уменьшает массу устройства и делает его монтаж достаточно простым.
Стоимость паяного теплообменника приблизительно на 40% меньше стоимости аналогичных по мощности теплопередающих устройств других конструкций.
Высокий коэффициент полезного действия, что достигается благодаря минимальным потерям тепловой энергии в совокупности с высоким уровнем теплоотдачи.
Конструкция паяных теплообменных устройств дает им возможность выдерживать высокие нагрузки. В частности, они могут довольно длительное время эксплуатироваться при температурах до 120 градусов.
Не нуждаются в регулярной очистке внутренних поверхностей благодаря турбулентному характеру движения теплоносителя через пластины.
Очитстка аппарата производится за пару часов особыми промывающими жидкостями, которые не сокращают сроков его службы.
Простота в изготовлении паяных конструкций, которые могут быть собраны в течении одного рабочего дня. Простота устройства дает возможность производить паяные теплообменные аппараты довольно больших размеров с повышенными рабочими показателями.
Сварные и полусварные теплообменники
Основные преимущества теплообменников данного типа заключаются в следующем:
Как и паяные конструкции, сварные и полусварные устройства не содержат уплотнителей. Это делает их более компактными и легкими.
ПТО подобной конструкции дают возможность регулировать передачу тепла от одного теплоносителя к другому. Это производится регулировкой объема потоков теплонесущей среды (передающей тепло и потребляющей его).
Сварные аппараты более устойчивы к воздействию на швы агрессивных сред, нежели их паяные аналоги. Сварные швы обладают большей прочностью, что также позволяет при промывке устройства применять более сильнодействующие вещества - щелочи, кислоты.
Могут выдерживать очень высокие температурные нагрузки, вплоть до 300 градусов. Прочность сварных швов дает возможность устройству справляться с большими разницами температур между передающим и потребляющим теплоносителями.
Сварные и полусварные могут эффективно работать при повышенном давлении среды, достигающем 4 МПа.
Область применения теплообменного оборудования
В зависимости от своего устройства, пластинчатые теплообменники применяются для передачи тепла от одной среды другой в различных системах.
Разборные:
Системы отопления жилых и промышленных объектов.
Холодильные аппараты и устройства климатического контроля.
Системы горячего водоснабжения.
Паяные:
Вентиляционные системы и кондиционеры.
В холодильных агрегатах.
Компрессоры и системы охлаждения турбин.
Иные промышленные устройства и агрегаты.
Сварные и полусварные:
Пищевая, химическая, фармацевтическая отрасли промышленности.
Системы вентиляции, рекуперации и кондиционирования.
Для охлаждения промышленного оборудования, работающего с высокотемпературными средами.
Тепловые насосы.
Системы горячего водоснабжения.
Особенности выбора и установки ПТО
Для длительного и эффективного использования теплообменного оборудования необходимо правильно подобрать его. Выбор ПТО производится в соответствии со многими нюансами: особенностями его предполагаемого применения, необходимого объема передачи тепловой энергии и т.п. Неспециалисту самостоятельно произвести все расчеты достаточно сложно. Поэтому при выборе того или иного вида теплообменника лучше всего обратиться за консультацией к профессионалам.
Также следует помнить, что теплообменное устройство не является самостоятельным аппаратом. Оно монтируется и работает в совокупности с целым рядом других дополнительных приборов и систем. Это различные контрольно-измерительные приборы, наносы, задвижки, клапаны и т.д. Поэтому для монтажа ПТО следует воспользоваться услугами профессионалов, которые смогут правильно установить теплообменник в совокупности со всей системой горячего водоснабжения.
