Пластинчатый теплообменник (ПТО) — часто используемое оборудование при монтаже, ремонте, модернизации водоснабжающих, отопительных, вентиляционных, других коммуникаций. Этот теплообменный аппарат увеличивает температуру нагреваемой среды теплом, которое частично забирает у физически отделенного греющего теплоносителя.
Чтобы устройство эффективно осуществляло теплообмен через тонкие металлические пластины, сначала правильно рассчитывают его требуемую мощность, а потом подбирают нужную модель с учетом особенностей ее исполнения.
Краткое содержание статьи
Расчет пластинчатых теплообменников
Этот процесс заключается в вычислении теплообменной площади устройства, то есть определении количества его пластин. От их размера и числа зависит мощность ПТО. Эта характеристика определяет количество тепловой энергии за конкретный промежуток времени, которая тратится на нагрев среды. Ее вычисляют для подбора нужного варианта пластинчатого теплообменного оборудования оптимальной конструкции с помощью простой формулы:
Где:
- Q — вычисляемая мощность, для измерения которой обычно используют кВт, реже МВт либо Гкал/ч;
- Cp — удельная теплоемкость подогреваемой среды (если нагревается вода, то этот специальный коэффициент принимают равным 1,163 Вт/кг*К);
- Ттребуем. — температура, до которой нужно нагреть среду (℃);
- Тначал. — начальная температура подогреваемой среды (℃);
- V — объемное количество подогреваемой либо охлаждаемой среды (м3);
- Тнагрева. — временной интервал подогрева среды (час).
Исходные данные для этой формулы обычно берут из спецдокументации. Ее должна предоставить организация, которая несет ответственность за теплосети. Перед выдачей спецдокументации всегда подписывается договор с перечислением конкретных услуг.
На следующем этапе рассчитывают площадь теплообмена по формуле:
Где:
- F — общая теплообменная площадь (м2);
- Q — рассчитанная мощность (кВт);
- ΔТсред. — среднелогарифмический напор температур между нагревающей и нагреваемой средой на концах теплообменного устройства (℃);
- k — коэффициент передачи тепловой энергии, на величину которого влияет тип теплоносителя и материал пластинчатых частей теплообменника (Вт/м2*℃).
Для вычисления среднелогарифмического напора используют формулу:
Здесь ln — натуральный логарифм, а δT1 и δT2 — дельты температур горячей и холодной среды на входных и выходных патрубках ПТО.
Чтобы точно рассчитать число металлических пластин теплообменника, ранее рассчитанную общую теплообменную площадь (F) делят на м2 одной пластины. Потом полученное значение увеличивают на 10-15%. Этот запас компенсирует теплообменную площадь, которая в процессе эксплуатации может загрязниться и накопить отложения.
Кроме формулы, для вычисления нужной мощности пластинчатого теплообменника можно использовать более простую методику. Расчет требуемой характеристики выполняют с учетом будущего применения ПТО:
- Система горячего водоснабжения.
Обычно горячая вода подается с температурой 60 ℃. Для вычисления мощности оборудования берут усредненный расход этого ресурса в одной точке его разбора, который составляет 150 л/ч. Для нагрева такого количества воды расходуется 10 кВт.
- Контур отопления.
Расчет проводят с учетом обогреваемой площади. Если нужно отопить загородный дом с высотой потолков максимум 2,7 м, то для обогрева 10 м2 понадобится израсходовать 1 кВт.
- Система «Теплый пол».
Производители таких обогревающих систем рекомендуют вычислять общую мощность теплого пола с учетом того, что на его 1 м2 приходится 0,15 кВт.
- Бассейн.
Чтобы нагреть 1 м3 воды в течение часа для открытого бассейна, нужен 1 кВт. Для закрытого аналогичного сооружения этот показатель уже составляет 0,75 кВт.
Рассчитанные характеристики пластинчатого ТО используют для подбора его подходящей конфигурации.
Выбор типа теплообменного аппарата
После определения назначения и расчета характеристик ПТО выбирают его окончательный вариант. Для этого учитывают достоинства и недостатки каждого типа пластинчатого ТО.
К основным плюсам разборных моделей относится:
- возможность выполнения ремонтных работ, включая замену уплотнений, металлических пластин, без демонтажа всего теплообменника;
- удобная механическая очистка грязи, включая отложения, без помощи химвеществ;
- несложное повышение мощности путем установки дополнительных пластин.
Разборные модели не рассчитаны на работу при большом давлении и высокой температуре теплоносителей. Их не применяют, если теплом обмениваются среды, которые агрессивны к уплотнителям из резины.
К достоинствам паяных ТО относится:
- способность выдерживать высокую температуру;
- стойкость к большому давлению;
- возможность работать с агрессивными либо вязкими средами, когда пакет пластин спаян с помощью никелевого припоя.
Модели паяной конструкции не используют без фильтров, если теплоносители содержат взвешенные частицы. Такие пластинчатые теплообменные устройства чистят только с помощью химических составов. Когда ПТО начинают протекать, их приходится полностью менять.
Материалы пластин теплообменников
На выбор материала пластинчатых элементов ТО влияют типы теплоносителей и условия использования оборудования. Для изготовления теплообменных деталей производители чаще применяют:
- титан, который отличается легкостью, стойкостью к воздействиям механического характера, агрессивным составом, коррозии;
- медь, устойчивая к солям, хорошо передающая теплоэнергию, не позволяющая образовываться большому количеству отложений;
- прочную нержавеющую сталь с химической инертностью.
Оборудование с пластинами из титана устанавливают на объектах химического сектора экономики. Медные устройства используют в условиях при большом количестве солей. Теплообменники с пластинами из нержавейки эксплуатируют в системах горячего водоснабжения, отопительных сетях, на предприятиях пищевой индустрии.
Что еще учитывают при выборе теплообменников
Эффективной эксплуатации и снижения затрат при использовании пластинчатых теплообменников можно добиться, если во время их выбора учитывать:
- толщину пластин, чтобы она была минимум 0,5 мм;
- коэффициент передачи тепловой энергии, который по возможности должен быть приближен к 7000 Вт/м2*К;
- наличие упорных подшипниковых механизмов у гаек для исключения их прикипания и облегчения разборки;
- присутствие замкнутой рамной конструкции высокой прочности для проведения быстрого легкого обслуживания;
- надежное крепление уплотнительного материала в углублениях пластин для их плотного соединения между собой, чтобы оборудование могло выдержать избыточное давление;
- возможность монтажа уплотнителей не только из дорогого нитрила, но и из более дешевого EPDM;
- диаметры присоединительных патрубков, потому что с их уменьшением растут потери давления, что способствует ускоренному износу пластин;
- величину гидросопротивления, так как с его снижением увеличивается производительность оборудования.
Мастера также советуют выбирать теплообменное оборудование, в котором уплотнители крепятся механическим способом. Если такой материал нужно приклеивать, то на обслуживание придется тратить больше денег и времени. Мастера еще рекомендуют выбирать модели с доступными запчастями. Ведь дешевле заменить одну или несколько деталей, чем приобретать целиком теплообменное устройство. Нужно также обращать внимание на известность производителя, его репутацию на рынке. Понять профессионализм изготовителя помогают отзывы реальных потребителей.
Источник: ТеплоПрофи Рус
