Навигация
Процессы теплообмена лежат в основе многих производственных и инженерных технологий. Каждая связана с определенными требованиями к рабочему диапазону, режиму и ресурсу эксплуатации. Чтобы теплообменник выполнял свои функции и был эффективен, его выбирают, одновременно учитывая конструктивные, качественные и экономические факторы.
Конструктивные показатели
Конструкция теплообменного аппарата влияет на его технические характеристики, способ монтажа и эффективность теплообмена. Она также определяет габариты модели, удобство обслуживания, металлоемкость и конечную стоимость оборудования. Поэтому, выбирая теплообменник, важно определить, будет он:
- С плоской или трубчатой теплообменной поверхностью
- Разборный, полусварной или сварной
- Одно- или многоходовой
С точки зрения конструкции, теплообменник должен быть прочным, надежным, технологичным в изготовлении и доступным для качественной очистки. Также важна компактность аппарата – один из ключевых показателей, определяющих экономичность аппарата. Параметр находят соотношением площади теплообменной поверхности к единице объема. Все эти свойства рассматривают в сочетании с оптимальными тепловыми и гидравлическими режимами.
Универсальным решением для большинства применений признаны разборные пластинчатые теплообменники. Это конструкции, которые отличаются простой компоновкой, легкой сборкой и разборкой, удобным обслуживанием и подключением. Уникальное качество такого аппарата состоит в конструктивной гибкости, способности масштабироваться по мере необходимости. Добавлением теплообменных пластин – главных рабочих элементов аппарата – можно быстро и с минимальными затратами увеличить первоначальную тепловую мощность.
Разборные теплообменники на основе пластин имеют широчайшее применение. Когда давление не превышает 25 бар, а температура теплоносителя – до 180–200 °С, они являются предпочтительным выбором. По таким конструктивным показателям, как металлоемкость, площадь теплообменной поверхности на единицу объема (компактность) аппараты этого типа не имеют аналогов.
Высокая тепловая эффективность пластинчатых конструкций обусловила появление паяных и сварных конструкций. Они также содержат пластинчатые элементы, но соединенные между собой на пайке или сварке. Подобное решение существенно расширяет область применения аппаратов. Отсутствие уплотнений позволяет работать при давлении 40 бар и температуре от -45 до + 450 °С. Например, на такой рабочий диапазон рассчитана модель Этра ЭТС – прочный, надежный аппарат со сварным пакетом пластин, заключенным в сборный корпус на резьбовом соединении.
Качественные показатели
Качественные характеристики позволяют оценивать достоинства теплообменника в процессе эксплуатации: технический уровень, надежность, эргономику аппарата.
К главным показателям, определяющим технический уровень теплообменного оборудования, относятся тепловая производительность и коэффициент полезного действия. Эти параметры зависят от конструкции и используемых материалов. Высокой тепловой эффективностью и максимальным КПД обладают пластинчатые теплообменники, благодаря большой площади теплообмена и гофрированной поверхности пластин. Симметричный или ассиметричный рельеф создает турбулентный поток, что увеличивает интенсивность теплопередачи между двумя средами.
Надежность – одна из наиболее важных показателей качества. Она подразумевает способность теплообменника стабильно выполнять свои функции на протяжении требуемого временного промежутка. Надежность характеризуется безотказностью и долговечностью теплообменного оборудования. Выбирая тип аппарата, важно заранее понимать, насколько критичны требования к сохранению его работоспособности без вынужденных перерывов. В идеале модель должна эффективно работать в течение всего промежутка времени между плановыми осмотрами.
Экономические показатели
Экономическая эффективность теплообменников оценивается комплексом показателей:
- Тепловая эффективность
- Стоимость аппарата
- Эксплуатационные затраты
Тепловая эффективность оценивается разностью температур и падением давления на входе и выходе. При этом оба физических показателя зависят от коэффициента теплопередачи. Величина гидравлического сопротивления влияет на экономичность теплообменника, поскольку для его преодоления в каналах нужно задействовать механическую энергию, то есть выполнить определенную работу. Найти оптимальный режим для функционирования аппарата – главная задача для разработчиков, так как это позволяет достичь наилучших условий теплопередачи и одновременно минимизировать гидравлическое сопротивление.
Стоимость теплообменного аппарата складывается из затрат на материалы и изготовление. Поэтому об экономичности разных типов теплообменников также судят по их компактности и металлоемкости, в сочетании с теплотехническими характеристиками. Но не только с ними. Экономичный теплообменник характеризуется минимальными суммарными расходами, в том числе на покупку и эксплуатацию.
Наиболее экономичные, сочетающие все перечисленные выше качества – пластинчатые теплообменники. По сравнению с рекуперативными аппаратами других типов, они намного компактнее, обладают самым высоким КПД (до 90–95 %) минимальной массой в расчете на 1 м2 теплообменной поверхности, при прочих равных условиях.
Например, при одинаковой площади теплообменной поверхности, для изготовления пластинчатого теплообменного аппарата, нужно на 25–30 % меньше металла по сравнению с материалом, идущим на производство кожухотрубчатых теплообменников. Кроме этого, ввиду больших скоростей жидкостного потока, коэффициент теплопередачи пластинчатых аппаратов также выше, примерно в 1,3–1,5 раза.
Очевидный вывод. В рамках своего рабочего диапазона, пластинчатые теплообменники предпочтительны по конструктивным, качественным и экономическим показателям.