Определение принципа работы и основной функции теплообменника заложены в его названии. Данное оборудование используется для передачи тепла между средами с разными температурами, которая осуществляется чаще всего через конструкционные элементы установки, без смешивания сред.
Сфера применения и виды теплообменников
За счет сравнительной простоты конструкции и высокой эффективности теплообменники активно применяются в системах отопления, в том числе – в системах ТЭЦ, в энергетической (в том числе и на АЭС), металлургической, химической и пищевой промышленности, в ИТП, а также при монтаже систем вентиляции и кондиционирования.
В зависимости от сферы применения, типа рабочих сред и температурных режимов подбирается теплообменник того или иного вида. Данное оборудование классифицируется по:
- Наиболее распространенными являются поверхностные теплообменники, в которых смешения сред не происходит, а теплоноситель отдает свое тепло теплопотребителю через контактную поверхность (например – пластины в ПТО).
- Типу передачи тепла. Бывают регенеративные теплообменники (теплоноситель и теплопотребитель движутся поочередно) и рекуперативные (теплоноситель и теплопотребитель движутся одновременно, в процессе движения первый непрерывно отдает тепло второму). ПТО относятся к теплообменным установкам рекуперативного типа.
- Конструкционных особенностей. При подборе нужно учитывать мощность установки, давление в системе, рабочие температуры и тип рабочих сред. Можно подобрать установки с плоской поверхностью, трубчатые и блочные.
- Направления движения рабочих сред. Теплообменники могут быть одноходовыми (рабочие среды проходят внутренний объем установки однократно по кратчайшему пути), двухходовыми (имеют 2 независимых контура) и многоходовыми (движение рабочих сред циклично). Многоконтурные установки рекомендуется использовать при небольшом отличии между температурой поступающего теплоносителя и обратки.
Обобщенная классификация современных теплообменных установок представлена на рисунке ниже:
Устройство и принцип работы теплообменника
Конструкция всех видов теплообменников существенно отличается, в дальнейшем в статье будут рассматриваться наиболее современные и востребованные виды данных установок – разборные пластинчатые теплообменники.
Их устройство подробно показано на рисунке ниже:
Между подвижной и неподвижной прижимной плитами расположен пакет пластин, изготовленных из нержавеющей стали, высоколегированной аустенитной стали, сплавов титана, или никеля. Пластины разных производителей могут иметь различный узор (рифление), образованный расположением каналов, от которого зависят коэффициент теплоотдачи и гидравлическое сопротивление. Пластины размещаются по отношению друг к другу под углом в 180 градусов, за счет чего образовывается изгиб рифления ряда каналов для правильного прохождения теплоносителя и теплопотребителя.
Все слои пластин перемежаются уплотнителями, обеспечивающими герметичность каналов. Фиксируются пластины вверху и внизу специальными верхней и нижней направляющими балками и сжимаются стяжными болтами и гайками. Несущие балки, свою очередь, крепятся к вертикальной станине.
В отличие от разборных ПТО, паяные имеют такое же устройство, однако пластины в них между собой спаяны, поэтому разобрать такой пакет даже для выполнения чистки не удастся.
Концептуальная схема работы пластинчатого теплообменника выглядит следующим образом:
Через отверстия в прижимных плитах теплообменник подключается к трубопроводу. Согревающий и нагреваемый потоки движутся по разные стороны одной пластины, в результате чего образуются противотоки (среды начинают двигаться навстречу друг другу с противоположных сторон каждой пластины). Смешения сред при этом не происходит за счет чередования пластин с уплотнительными резиновыми прокладками, образующими отдельные контуры движения.
Между параллельно установленными пластинами образуются каналы, перемещаясь по которым теплоноситель передает тепло теплопотребителю, после чего среды либо покидают внутренние пределы установки, либо проходят следующий цикл.
В зависимости от конструкционных особенностей оборудования потоки могут двигаться по одно- двухходовым либо многоходовым схемам.