Переваги пластинчастих теплообмінників

Теплообмінник будь-якої конструкції є апаратом, основною функцією якого є передача тепла від одного середовища до іншого. Найбільш ефективним вважається такий теплообмінник, який за мінімальної витрати робочих середовищ через апарат максимально передає теплову енергію від одного середовища до іншого. Оскільки в апараті відбувається тільки теплообмін від середовища до середовища, не можна говорити про пряму економію тепла, що отримується в результаті заміни апарату: як у випадку з кожухотрубним апаратом, так і у випадку з пластинчастим тепло просто передається від середовища до іншого. Однак, від ефективності передачі тепла в апараті опосередковано залежить ефективність роботи периферійного по відношенню до апарату теплового обладнання, а отже – і його економічність. Саме така економія, оскільки вона викликається заміною апарату, може називатися економічним ефектом теплообмінника.

У кожному конкретному випадку економічність роботи апарату визначається правильністю його розрахунку та відповідністю режиму його роботи розрахунковому. Однак, існує ряд факторів, які визначають пластинчастий теплообмінник (ПТО) як більш економічний по відношенню до кожухотрубного теплообмінника (КТО) у будь-якому випадку. Розглянемо такі чинники докладніше.

Компактність пластинчастих теплообмінників

Перша і одна з основних переваг пластинчастого апарату полягає в його компактності. Кожухотрубний теплообмінник займає приблизно в 6-8 разів більше місця, ніж аналогічний за потужністю пластинчастий. Компактність пластинчастих апаратів визначає таке:

• значну економію простору для встановлення пластинчастого теплообмінника, що буває дуже важливим за відсутності місця для встановлення апарату (наприклад, використання пластинчастих апаратів як охолоджувачів у суднобудуванні);

• дуже малі теплові втрати у довкілля з поверхні пластичастого теплообмінника без додаткової теплоізоляції;

• порівняно низьку вартість пластинчастих апаратів при дуже високій якості використовуваних матеріалів;

• значне зниження витрат на встановлення (основу) та обв’язування пластинчастих апаратів.

Зниження витрати теплоносія у пластинчастих теплообмінниках

Основною перевагою, що забезпечує економічність пластинчастого теплообмінника перед кожухотрубним є те, що пластинчасті апарати вимагають на 80% менше теплоносія, ніж аналогічні кожухотрубні. Це зумовлено тим, що швидкість протікання теплоносія в ПТО приблизно вдвічі нижче, ніж у КТО, внутрішній об’єм апарату – у 6 разів менший, а коефіцієнт передачі тепла в 1,5-3 рази більше. Крім того, теплоносій проходить пластинчастим апаратом одноразово і по короткому шляху. Завдяки цьому досягається таке:

• Найменша кількість теплоносія забезпечує значне зниження потужності насосів, розміру арматури та периферійного обладнання систем з теплообмінником. Потужність насосів відбивається на витраті електроенергії, розмір арматури зумовлює зниження капітальних витрат за будівництво системи з пластинчастими теплообмінником.
• Зниження необхідності циркуляції теплоносія за контуром котельня-теплообмінник забезпечить зниження втрат теплової енергії при її транспортуванні як мінімум у 2 рази.

• Низька швидкість протікання теплоносія теплообмінником забезпечує високу якість теплообміну. Холодний теплоносій у пластинчастому теплообміннику можна нагріти практично до температури гарячого (до різниці в 1-3 ° С), а гарячий – відповідно остудити до холодної температури. Це забезпечує наступне джерело економії теплової енергії: при зниженні температури зворотного теплоносія автоматично знижуються втрати тепла в зворотних трубопроводах, а також зростає ККД котлів. Останнє зумовлено тим, що при горінні палива тепло передається від палива, що спалюється холодному теплоносію набагато ефективніше.

• Короткий шлях теплоносія апаратом при використанні приладів автоматичного регулювання температури дає значні переваги. Постійна часу в пластинчастих теплообмінниках у десятки разів менша ніж у кожухотрубних, що забезпечує якісну роботу автоматики, точну підтримку завдання за температурою і, отже, економічність роботи пластинчастого апарату.

• Конструкція пластинчастого теплообмінника практично забезпечує неможливість появи всередині апарату внутрішніх протікань, що ведуть до змішування середовищ: будь-яка протікання, що з’являється (крім фізичного руйнування внутрішньої частини платини) визначається візуально. Цей факт знижує витоку теплоносія неявно, але практично завжди існують у старих кожухотрубних апаратів.

Зниження витрат на експлуатацію пластинчастого теплообмінника

Ряд переваг конструкції пластичастих теплообмінників перед кожухотрубними забезпечує додаткове зниження витрат при експлуатації апаратів, пов’язане з його конструкцією та якістю виконання. Це:

• Висока турбулентність потоків теплоносія, що проходить через пластинчастий апарат, забезпечує високу опір теплообмінних поверхонь пластинчастого апарату до утворення різного роду відкладень, що знижують ККД теплообміну. Такий факт дозволяє проводити процедуру очищення поверхонь апарату набагато рідше, ніж у кожухотрубних теплообмінників. Частота очищення залежить від умов експлуатації апарату. На наш досвід, в середньому, очищення пластичастих теплообмінників, що працюють у системах опалення або гарячого водопостачання, проводиться не частіше ніж приблизно раз на 5-6 років.

• При появі необхідності в очищенні витрати на розбирання та повне очищення пластичастого теплообмінника в сотні разів нижчі, ніж при ремонті (очищенні) кожухотрубного апарату.

• Відсутність корозії поверхонь та висока якість матеріалу апарату збільшує термін служби пластинчастого апарату у кілька разів. Можливий ремонт пластинчастого теплообмінника зводиться лише до заміни пластини/прокладки.

• Висока надійність пластинчастих апаратів Alfa Laval знижує можливість появи втрат в результаті аварійних ситуацій. За статистичними даними Alfa Laval при спостереженні за роботою ПТО у 18 країнах загалом протягом 20 млн. робочих годин або 2300 років було зареєстровано 35 випадків відмов. Це означає одну відмову апарата у 65 років.

Як приклад розглянемо порівняльні технічні характеристики однакових за потужністю кожухотрубних апаратів.

Найменування якісних (кількісних) характеристик теплообмінників	Трубчасті теплообмінники	Пластинчасті теплообмінники
Матеріал трубок (пластин)	Латунь чи мідь	Нержавіюча сталь або титан
Схильність до корозії при температурі більше 60 °С	Так	Ні
іМожливість механічного очищення поверхонь	Труби – так, міжтрубне – ні	Так
Можливість хімпромивки	Так	Так
Оптимальна швидкість води у каналах (трубках), м/с	1-1,5 м/сек	0,3-0,7 м/сек
Можливість плавної зміни продуктивності апарату	Ні	Так
Можливість наявності неявних внутрішніх протікань в апараті	Так	Ні
Можливість заміни трубки/пластини, що вийшла з ладу	Ні	Так
Можливість розбирання/збирання апарату	Ні	Так
Відносні розміри, %	100	20-35
Коефіцієнт теплопередачі Вт/м2К	1500	2500-4500
Теплова ефективність, %	70-80%	85-95%

Загальний економічний ефект пластинчастих теплообмінників

Визначити безумовний прямий економічний ефект, який може бути отриманий внаслідок встановлення ПТО або заміни ПТО на ХТО дуже складно. Як було показано вище, економія визначається низкою непрямих факторів: зниженням теплових втрат, підвищенням ККД котлоагрегатів, зниженням витрат електроенергії на насосне обладнання та витрат на ремонтно-відновлювальні заходи). У кожному конкретному випадку економія, яка отримується від заміни старого кожухотрубного теплообмінника новим, пластинчастим, визначається як місцем, в якому працюватиме цей апарат, а також – правильністю розрахунку теплообмінника та забезпеченням роботи останнього в розрахунковому режимі. Чималу роль відіграє також якість роботи теплової автоматики. Досвід “КБ Теплоенерго” щодо встановлення апаратів Alfa Laval дозволяє орієнтовно визначити, що загальний економічний заміни старого КТО на ПТО Alfa Laval становить близько 8-10% від теплового навантаження, яке споживають апарати. У розрахунках економічної ефективності модернізації можна сміливо спиратися цієї величину.