Преимущества пластинчатых теплообменников

to-1

Пароводяной теплообменник Alfa Laval

Теплообменник любой конструкции представляет собой аппарат, основной функцией которого является передача тепла от одной среды к другой. Наиболее эффективным считается такой теплообменник, который при минимальном расходе рабочих сред через аппарат максимально передает тепловую энергию от одной среды к другой. Поскольку в аппарате происходит только теплообмен от среды к среде, нельзя говорить о прямой экономии тепла, получаемой в результате замены аппарата: как в случае с кожухотрубным аппаратом, так и в случае с пластинчатым тепло просто передается от одной среды к другой. Однако, от эффективности передачи тепла в аппарате косвенно зависит эффективность работы периферийного по отношению к аппарату теплового оборудования, а следовательно — и его экономичность. Именно такая экономия, поскольку она вызывается заменой аппарата, может называться экономическим эффектом теплообменника.

В каждом конкретном случае экономичность работы аппарата определяется правильностью его расчета и соответствием режима его работы расчетному. Однако, существует ряд факторов, которые определяют пластинчатый теплообменник (ПТО) как более экономичный по отношению к кожухотрубному теплообемннику (КТО) в любом случае. Рассмотрим такие факторы более подробно.

Компактность пластинчатых теплообменников

Первое и одно из основополагающих преимуществ пластинчатого аппарата заключается в его компактности. Кожухотрубный теплообменник занимает приблизительно в 6-8 раз больше места, чем аналогичный ему по мощности пластинчатый. Компактность пластинчатых аппаратов определяет следующее:

  • значительную экономию пространства для установки пластинчатого теплообменника, что бывает очень важным при отсутствии места для установки аппарата (например использование пластинчатых аппаратов  в качестве охладителей в судостроении);
  • очень малые тепловые потери в окружающую среду с поверхности пластичатого теплообменника без дополнительной теплоизоляции;
  • сравнительно низкую стоимость пластинчатых аппаратов при очень высоком качестве используемых материалов;
  • значительное снижение затрат на установку (основание) и обвязку пластинчатых аппаратов.

Снижение расхода теплоносителя в пластинчатых теплообменниках

to-2

Основным преимуществом, обеспечивающим экономичность пластинчатого теплообменника перед кожухотрубным является то, что пластинчатые аппараты требуют на 80% меньше теплоносителя, чем аналогичные кожухотрубные. Это обусловлено тем, что скорость протекания теплоносителя в ПТО примерно в два раза ниже, чем в КТО, внутренний объем аппарата — в 6 раз меньше, а коэффициент передачи тепла в 1,5-3 раза больше. Кроме того, теплоноситель проходит по пластинчатому аппарату однократно и по короткому пути. Благодаря этому достигается следующее:

  • Меньшее количество теплоносителя обеспечивает значительное снижение мощности насосов, размера арматуры и периферийного оборудования систем с теплообменником. Мощность насосов отражается на расходе электроэнергии, размер арматуры обуславливает снижение капитальных затрат на строительство системы с пластинчатыми теплообменником.
  • Снижение необходимости циркуляции теплоносителя по контуру котельная-теплообменник обеспечит снижение потерь тепловой энергии при ее транспортировке как минимум в 2 раза.
  • Низкая скорость протекания теплоносителя по теплообменнику обеспечивает высокое качество теплообмена. Холодный теплоноситель в пластинчатом теплообменнике можно нагреть практически до температуры горячего (до разности в 1-3 °С), а горячий — соответственно остудить до температуры холодного. Этот факт обеспечивает следующий источник экономии тепловой энергии: при понижении температуры обратного теплоносителя автоматически снижаются потери тепла в обратных трубопроводах, а также возрастает КПД котлов. Последнее обусловлено тем, что при горении топлива тепло передается от сжигаемого топлива холодному теплоносителю гораздо эффективней.
  • Короткий путь теплоносителя по аппарату при использовании приборов автоматического регулирования температуры дает значительные преимущества. Постоянная времени в пластинчатых теплообменниках в десятки раз меньше чем в кожухотрубных, что обеспечивает качественную работу автоматики, точное поддержание задания по температуре и следовательно — экономичность работы пластинчатого аппарата.
  • Конструкция пластинчатого теплообменника практически обеспечивает невозможность появления внутри аппарата внутренних протечек, ведущих к смешиванию сред: любая появляющаяся протечка (кроме физического разрушения внутренней части платины) определяется визуально. Этот факт снижает утечки теплоносителя неявно, но практически всегда существующие в старых кожухотрубных аппаратов.

Снижение затрат на эксплуатацию пластинчатого теплообменника

01

Разборные пластинчатые теплообменники Alfa Laval

Ряд преимуществ конструкции пластичатых теплообменников перед кожухотрубными обеспечивает дополнительное снижение затрат при эксплуатации аппаратов связанное с его конструкцией и качеством исполнения. Это:

  • Высокая турбулентность потоков теплоносителя, проходящего через пластинчатый аппарат обеспечивает высокую сопротивляемость теплообменных поверхностей пластинчатого аппарата к образованию различного рода отложений, снижающих КПД теплообмена. Такой факт позволяет проводить процедуру очистки поверхностей аппарата гораздо реже, чем у кожухотрубных теплообменников. Частота очистки, разумеется, зависит от условий эксплуатации аппарата. По нашему опыту, в среднем, очистка пластичатых теплообменников работающих в системах отопления или горячего водоснабжения производится не чаще чем примерно раз в 5-6 лет.
  • При появлении необходимости в очистке затраты на разборку и полную очистку пластичатого теплообменника в сотни раз ниже, чем при ремонте (очистке) кожухотрубного аппарата.
  • Отсутствие коррозии поверхностей и высокое качество материала аппарата увеличивает срок службы пластинчатого аппарата в несколько раз. Возможный ремонт пластинчатого теплообменника сводится всего-лишь к замене пластины/прокладки.
  • Высокая надежность пластинчатых аппаратов Alfa Laval снижает вероятность появления потерь в результате аварийных ситуаций. По статистическим данным Alfa Laval при наблюдении за работой ПТО в 18 странах в общей сложности в течение 20 млн. рабочих часов или 2300 лет было зарегистрировано 35 случаев отказов. Это означает один отказ аппарата в 65 лет.

В качестве примера рассмотрим сравнительные технические характеристики одинаковых по мощности кожухотрубных аппаратов.

Наименование качественных (количественных) характеристик теплообменников
Трубчатые теплообменники Пластинчатые теплообменники
Материал трубок (пластин) Латунь или медь Нержавеющая сталь или титан
Подверженность коррозии при температуре более 60 °С Да Нет
Возможность механической очистки поверхностей Трубы — да, межтрубное — нет Да
Возможность химпромывки Да Да
Оптимальная скорость воды в каналах (трубках), м/с 1-1,5 м/сек 0,3-0,7 м/сек
Возможность плавного изменения производительности аппарата Нет Да
Возможность наличия неявных внутренних протечек в аппарате Да Нет
Возможность замены вышедшей из строя трубки/пластины Нет Да
Возможность разборки/сборки аппарата Нет Да
Относительные размеры, % 100 20-35
Коэффициент теплопередачи Вт/м2К 1500 2500-4500
Тепловая эффективность, % 70-80 85-95

Общий экономический эффект пластинчатых теплообменников

Определить безусловный прямой экономический эффект, который может быть получен в результате установки ПТО или замены ПТО на КТО очень сложно. Как было показано выше экономия определяется рядом косвенных факторов: снижением тепловых потерь, повышением КПД котлоагрегатов, снижением затрат электроэнергии на насосное оборудование и затрат на ремонтно-восстановительные мероприятия). В каждом конкретном случае экономия, получаемая от замены старого кожухотрубного теплообменника новым, пластинчатым, определяется как местом, в котором будет работать этот аппарат, а также — правильностью расчета теплообменника и обеспечением работы последнего в расчетном режиме. Немалую роль сыграет также качество работы тепловой автоматики. Опыт «КБ Теплоэнерго» по установке аппаратов Alfa Laval позволяет ориентировочно определить, что общий экономический замены старого КТО на ПТО Alfa Laval составляет около 8-10% от тепловой нагрузки, потребляемой аппаратами. В расчетах экономической эффективности модернизации можно смело опираться на эту величину.