Охладители пластинчатые

Охладители пластинчатые

Охладители пластинчатые история возникновения.

Охладители пластинчатые относятся к поверхностным рекуперативным аппаратам, предназначенным для охлаждения жидкостей. Поверхности теплообмена изготавливаются из тонкого металла. Наиболее часто применяемым типом охладителей пластинчатого типа являются охладители разборной конструкции. Пластины между собой сопрягаются через прокладки. Одним из главных преимуществ применения такой конструкции является возможность оперативной очистки рабочей поверхности пластин и проведения необходимых ремонтных действий.

В общем виде существует, кроме разборной конструкции пластинчатых охладителей, также и полу разборная конструкция (блочная сварная) и неразборные теплообменники. В отличие от трубчатых теплообменных аппаратов, Охладители пластинчатые возникли сравнительно недавно. В истории первые упоминания о пластинчатых охладителях встречаются в 19 веке. Так в 1878 году впервые упоминались теплообменники в качестве теплообменных поверхностей в которых использовались пластины в конструкции Драхе.

Наиболее близким к современным конструкциям пластинчатых охладителей относится конструкция созданная в 1917 году. Конструктивно пластины оснащались четырьмя угловыми отверстиями, а сама пластина оснащалась каналами в виде зигзагов, расположенных с обеих сторон. В это время Охладители пластинчатые не находят своего применения, и лишь в 1923 году после применения целого ряда усовершенствований впервые появляется рабочая модель пластинчатого охладителя. Эта конструкция была разработана Зелигманом.

Зелигман впервые применил пластины в качестве теплообменного аппарата в разработке фильтра пресса. Пластины, используемые в качестве элементов теплообмена, изготавливались путём отливание из бронзы и дальнейшем фрезеровании на них каналов и отверстий, предназначенных для подачи рабочей среды, а также для размещения прокладок.

Усовершенствования Зелигмана сводилась к применению двух типов пластин. Одни изготавливались из бронзы и были толстыми, второй же тип пластин изготавливался из меди. Этот медный тип пластин был значительно тоньше, чем бронзовые пластины. Бронзовые пластины включали свой состав по углам четыре отверстия, а на поверхности пластины фрезеровались канавки вокруг двух угловых отверстий, которые размещались по диагонали. Второй же тип пластин, тонких, изготовленных из меди не оснащались канавками.

Расположение толстых и тонких пластин в теплообменном аппарате, производилось поочерёдно. Установка пластин была вертикальная и производилось на станине. Станина включала свой состав пару направляющих выполненных в горизонтальной плоскости и пару стоек. В собранном состоянии пластины прижимались друг другу посредством специального прижимного механизма. Рабочая среда поступала в пластинчатый теплообменник через специально установленный для этой цели штуцер. Штуцер располагался на нажимной плите. А также на основной неподвижной плите.

Рабочая среда заводится в продольный канал, производящий распределение рабочей жидкости, расположенной в толстых плитах. При этом заполнение производится лишь одной части теплообменных пластин, правой или левой. Симметричную, правую, или левую, систему каналов заполняет другая рабочая среда, расположенная с противоположной стороны по отношению к первому распределителю вдоль диагонали ив дальнейшем выводится из теплообменного аппарата. Среда перемещается через пластинчатый охладитель также и при этом омывает противоположную поверхность тонких и толстых пластин. Теплообмен производится и в толстых пластинах и в тонких.

Конструкция современных пластинчатых охладителей

Общее устройство пластинчатых охладителей по большому счёту не изменилось до настоящего момента. Наиболее широкое применение Охладители пластинчатые нашли сперва в молочной промышленности, а далее Охладители пластинчатые стали применяться в качестве теплообменных аппаратов в более широком спектре пищевой промышленности.

Каналы, изготовленные на пластинах располагаются разнообразным. Наиболее часто применяется зигзагообразный тип расположения каналов, но используется ещё и спиральный тип расположения. В спиральном типе расположения каналов вход и выход жидкости производится в центре пластин и на периферии. Именно разработки Зелигмана послужили прототипом для массового выпуска усовершенствованных штампованных пластин с более удлиненной формой и применением волнистого листа в конструкции. Применение данного типа пластин позволяет производить омывание одним потоком среды всей ширины пластины.

Охладители пластинчатые и их усовершенствования.

Преимущества применения пластинчатых охладителей в сравнении с тем же трубчатым типом охладители позволили внедрить такую конструкцию практически во все сферы деятельности человека. К основным потребителям данного оборудования в качестве теплообменного охлаждающего элемента относятся фармацевтическая промышленность, металлургия, пищевая промышленность, молочная промышленность, химическая промышленность, на транспорте.

Основные изменения, произошедшие с момента возникновения пластинчатых охладителей, производилась в сторону модернизации самого профиля поверхности теплообмена. Данный тип модернизации, в конечном счете, существенно расширил эффективность охлаждения и снизил до минимума гидравлические сопротивления.

Следующим усовершенствованием, произошедшим с течением времени, явилось повышение жёсткости применяемой тонкой штампованной пластины, а также всего пакета пластин в целом. Повышение жёсткости достигалось за счёт установки на поверхности пластин специальных элементов, предназначенных для обеспечения опор пластин во множестве точек.

С течением времени эксплуатации существенно увеличилась стойкость материала пластин к коррозии, что существенно увеличило общий срок функциональности пластин, а также прокладок. Увеличение коррозионной стойкости проводилось за счёт применение в качестве материала для пластин различных марок металлов, а также с применением различных марок резин (в том числе резиноасбестовых материалов). Следующим усовершенствованием является отказ от сварной конструкции И переход к штампованной изготовленной из тонкого листа.

В соответствии с потребностями технологических процессов существенно увеличились размеры гофрированных пластин. За счёт этого стало возможным изготовление крупных аппаратов. Достаточно серьёзному изменению подверглись также и рамы пластинчатых охладителей. В настоящий момент Охладители пластинчатые являются неотъемлемой частью любого производства, и соответственно изготавливаются во многих городах мира.

Охладители пластинчатые их применение и недостатки.

Советский Союз эффективно внедрял конструкции охладителей с пластинами, хотя первое внедрение данного типа конструкций произошло лишь в 1940 году. Первый пластинчатый охладитель был произведён в СССР на Симферопольском заводе. Массовое производство пластинчатых охладителей и прочих пластинчатых теплообменных аппаратов началось с шестидесятых годов. В это время стали выпускаться Охладители пластинчатые с применением для всех отраслей промышленности, не только в пищевой отрасли.

Охладители пластинчатые находят своё применение в крупных технологических линиях химической промышленности, так, например, при производстве фосфорной и серной кислоты, соды, уксусной кислоты и ацетилена. В современном производстве Охладители пластинчатые используются для производства пластмасс, кормовых дрожжей, глинозёма, продуктов микро биосинтеза, а также при производстве спирта, целлюлозы эмульсии и минеральных масел.

Охладители пластинчатые вполне вероятно заменили бы полностью трубчатый тип теплообменных аппаратов, если бы применение пластинчатых теплообменников не ограничивалось бы теплостойкостью прокладок. Прокладки, устанавливаемые между пластинами способны эффективно работать в пределах температур от минус 20 до плюс 150 градусов Цельсия. Подобного рода ограничения существенно снижают спектр применения пластинчатых охладителей и теплообменных аппаратов. Для многих технологических процессов, особенно с участием газообразной, или же парообразной среды недостаточно.

При этом разборные пластины способны выдерживать давление, не превышающее 2,5 МПа. Для того чтобы в дальнейшем внедрить этот более эффективный тип теплообменных аппаратов в настоящий момент производится разработка и изыскания новых материалов для прокладок, а также рассматривается возможность работы без прокладок вовсе. В настоящий момент произошло усовершенствование, которое привело к разработке ламельного типа теплообменных аппаратов. Данный тип теплообменных аппаратов способен выдерживать значительно большее давление, доходящая до 4,5 МПа. Возможно стало применение температуры до 400 градусов Цельсия.

Конструктивно ламельный теплообменный аппарат представляет собой набор гладких пластин сваренных попарно, образующих в общем виде плоские трубы. Эти плоские трубы крепятся на специальных трубных решетках и вставляются в кожух, оснащенный квадратным поперечным сечением.

Несмотря на значительное расширение диапазона рабочих температур и давлений, ламельные теплообменные аппараты имеют значительно более низкий коэффициент теплоотдачи. Для понижения общей стоимости теплообменного аппарата пластинчатого типа применяются вспомогательные элементы. К таким вспомогательным элементам относится рама теплообменника, изготовленная из более дешевых материалов, но значительно более прочных. К таким материалам относятся углеродистые стали.

При этом необходимо максимально разгрузить поверхность теплообмена, где производится соприкосновение с рабочими средами от силовых нагрузок и как следствие существенно снизить расход применяемых ценных материалов на неё. В таком разделении функций становится целесообразным и экономически приоритетным использовать максимально коррозионностойкие материалы. Уход от применения бесшовных труб небольших диаметров во время производства изготовление основных поверхностей теплообменников и применение в конструкции листов малых толщин также оказалось эффективным.

Стоимость одного квадратного метра труб в разы выше, чем при применении тонких листов металла. Кроме того, бесшовные трубы малых диаметров значительно менее производительны, чем с применением листа. Конструкция с применением бесшовных труб значительно более трудоемка в изготовлении.

В зависимости от текущих потребностей технологического процесса существует несколько основных типов пластинчатых теплообменных аппаратов. Рассмотрим более подробно каждый из этих типов отдельно.

Разборные охладители пластинчатые.

Разборные Охладители пластинчатые применяются в тех случаях, когда работа производится с участием различных агрессивных сред. В этом случае возможно нарушение целостности пластин, что в конечном счете приводит к возникновению протечки. Для того чтобы осуществить быстрый ремонт и замену одних пластин на другие производится разбор теплообменного аппарата, что существенно снижает общее время, затрачиваемое на ремонт оборудования. Кроме того, при работе пластинчатого охладителя зачастую на поверхности пластины образуется налёт, который существенно снижает эффективность применения пластинчатого охладителя. Для его устранения также требуется произведение разбора оборудования.

Разбор оборудования требуется при возникновении накипи в случаях применения пластинчатого теплообменника в качестве нагревательного элемента. Ещё одним преимуществом использования разборного пластинчатого охладителя является возможность добавления в конструкцию пластин или же наоборот, выведение из конструкций нескольких пластин. Такая компоновка позволяет в соответствии с технологическим процессом осуществлять регулирование производительности оборудования.

Разборный пластинчатый охладитель включает в свой состав от трех и более пластин, которые, подвешиваются на штанги, расположенные в горизонте вверху. Концы нижней и верхней штанг закрепляются на неподвижной плите с одной стороны и на задней стойке с другой. Объединение всего пакета пластин в единый пакет осуществляется посредством специального нажимного механизма, включающего свой состав нажимную плиту и винт.

Полуразборные пластинчатые охладители.

Полуразборные охладители пластинчатые применяются в тех случаях, когда работа оборудования не требует изменения производительности, а также воздействие рабочих продуктов не приводят к быстрому выходу из строя пластин, а также накипь и нагар практически отсутствуют. Применение полуразборной конструкции существенно снижает стоимость оборудования, так как использование разборной поверхности теплообмена конструктивно сложно.  Использование эластичных резиновых и прочих материалов в качестве прокладок в местах уплотнений существенно снижают коррозийную и тепловую стойкость оборудования. Исходя из перечисленных критериев, полуразборная конструкция пластинчатого теплообменника значительно более эффективна. Основными элементами полуразборного пластинчатого охладителя являются попарно установленные сварные узлы пластин. Каждый такой узел включает в свой состав различные по конструкции пластины. Между собой эти узлы крепятся посредством контактной электросварки.

Блочные Охладители пластинчатые.

Блочные охладители пластинчатые применяются в качестве теплообменного оборудования для проведения охлаждения различных жидкостей. Блочные Охладители пластинчатые также применяются для проведения конденсации паров под давлением.

Условием применения блочных пластинчатых охладителей является отсутствие образования на поверхностях теплообмена труднорастворимых отложений, способных снизить эффективность работы оборудования, или привести к протечке оборудования.