2.3.7. Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, теп-лообменная поверхность которых образована набором тонких штампо­ванных пластин с гофрированной поверхностью. Их разделяют по сте­пени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра на разборные, полуразборные и неразборные (сварные).

Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплооб­менники, в которых пластины отделены одна от другой прокладками.

Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда. Пластины полуразборных теплообменников попарно сварены, и доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред. Пластины неразборных теплообменников сва­рены в блоки, соединенные на прокладках в общий пакет.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м² в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от -30 до +180° С для теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве хо­лодильников, подогревателей и конденсаторов.

Серийно выпускаемые разборные пластинчатые теплообменники могут работать с загрязненными рабочими средами при размере твер­дых включений не более 4 мм.

Разборные пластинчатые теплообменники изготовляют в пяти ис­полнениях, в том числе на консольной раме (исполнение 1), на двух-опорной раме (исполнение 2), на трехопорной раме (исполнение 3). Разборный пластинчатый теплообменник на двухопорной раме (ис­полнение 2) показан на рисунке 2.54. Аппарат состоит из ряда теплооб­менных пластин 4, размещенных на верхней и нижней горизонтальных штангах 3. Концы штанг закреплены в неподвижной плите 2 и на стойке 7. Нажимной плитой 11 и винтом 8 пластины сжимаются, образуя тепло-обменную секцию.

Рис. 2.54. Разборный пластинчатый теплообменник (исполнение 2): 1, 9, 10 и 12 — штуцера; 2 — неподвижная плита; 3 — штанга; 4 — теплообменная пластин 5 и 6 — прокладки; 7 — стойка; 8 — винт; 11 — нажимная плита; а, б, в и г — проходные отверстия

Теплообменные пластины имеют четыре проходных отверстия (а, б, в, г), которые образуют две изолированные одна от другой системы каналов. Для уплотнения пластин и каналов имеются резиновые про­кладки. Прокладка 6 уложена в паз по контуру пластины и охватывает два отверстия на пластине, через которые происходят приток и вывод теплоносителя в канал между смежными пластинами, а прокладки 5 герметизируют два других отверстия на пластине. Для ввода тепло­носителей в аппарат и их вывода предназначены штуцера 1, 9, 10, 12, расположенные на неподвижной и подвижной плитах.

Показанный на рис. 2.55 теплообменник на трехопорной раме (ис­полнение 3) состоит из неподвижной плиты 3, в которой закреплены верхняя 2 и нижняя 1 горизонтальные штанги. На штангах размещены теплообменные пластины 4 и подвижные плиты 5. Для сжатия пакета пластин предназначены стяжки 6.

Рис. 2.55. Пластинчатый теплообменник (исполнение 3); 1 и 2 — нижняя и верхняя штанги; 3 — неподвижная плита; 4 — теплообменные пластины; 5 — под­вижные плиты; б — стяжки

В изображенном на Рис. 2.56 теплообмен­нике пластины ском­понованы в два сим­метричных пакета — каждый для одного из теплоносителей.

Рис. 2.56. Схема компоновки пластинчатого теплообменника в два симметричных пакета

Если расходы тепло­носителей значительно различаются, то для под­держания постоянного ' гидравлического сопро­тивления каналов при­меняют несимметрич­ные схемы компоновки пластин; при этом число \

каналов и пакетов для каждого теплоносителя неодинаково. Приме-; ром может служить схема компоновки теплообменника, показанная \ на рис. 2.57.

Рис. 2.57. Несимметричная схема компоновки пластин

Для конденсации паров из смеси с неконденсирующимися газами ] используют схему компоновки (рис. 2.58а). Сконденсировавшаяся фаза IV выделяется из парогазовой смеси II в каналах вне первого пакета i и выводится из аппарата, а несконденсировавшиеся газы I попадают! в каналы а и б второго пакета, охлаждаются и выводятся из аппара- J та. Охлаждающая фаза III (вода) движется по каналам одного пакета. Такие конденсаторы парогазовых смесей работают с более высоким; коэффициентом теплоотдачи, чем стандартные кожухотрубчатые ап­параты.

При соответствующей компоновке можно получить многосекци-1 онный аппарат, в котором теплообмен между одним теплоносителем! и двумя другими осуществляется в соответствующих зонах (рис. 2.58б)

Рис. 2.58. Схемы специальных пластинчатых аппаратов: а — конденсатор; б — теплообменник для трех теплоносителей

Теплообменные пластины различаются расположением в них от верстий для теплоносителей на пластины с диагональным (рис. 2.59с и односторонним (рис. 2.596) расположением отверстий. И те, и друг выполняют левыми и правыми. Благодаря чередованию в пакете лев! и правых пластин образуются две изолированные системы каналов

Рис. 2.59. Пластины с диагональным (а) и односторонним (б) расположением отверстий

Пластины с односторонним расположением отверстий взаимоза­меняемы. При сборке правые пластины получают поворотом их от­носительно левых на 180°. Левые и правые пластины с диагональным расположением отличаются расположением прокладки и поэтому не являются взаимозаменяемыми.

Кроме рассмотренных теплообменных пластин в аппаратах исполь­зуют граничные пластины, устанавливаемые на концах пакетов.

Серийно выпускаемые пластинчатые теплообменники комплектуют пластинами, штампованными из листового металла толщиной 1 мм. Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего тре­угольника высотой 4...7 мм и основанием длиной 14...30 мм (для вязких жидкостей до 75 мм). Гофры выполняют горизонтальными, «в елочку», под углом к горизонтали и др.

Материал пластин — оцинкованная или коррозионно-стойкая сталь, титан, алюминий, мельхиор.

В разборных теплообменниках пластины 2 (рис. 2.60) обычно крепят скобой 3 на верхней штанге 1. Нижняя штанга не несет на­грузки от массы пластин и слу­жит лишь для фиксации их ^в заданном положении. Та­кое закрепление пластин по­зволяет легко извлечь их из пакета или вставить в него без снятия подвижной плиты и остальных пластин.

Рис. 2.60. Узел крепления пластины на верхней штанге: 1 — верхняя штанга; 2 — пластины; 3 — скоба

Прокладки пластинчатых тепло­обменников (рис. 2.61) изготовляют из резины формованием и укрепляют в пазу пластины на клею. Стойки и при­жимные плиты пластинчатых тепло­обменников изготовляют из углероди­стых сталей толщиной 8...12 мм.

К недостаткам пластинчатых те­плообменников следует отнести не­возможность их использования при давлении более 1,6 МПа.

Рис. 2.61. Прокладка пластинчатого теплообменника