Навигация
В статье рассматриваем особенности пластинчатых теплообменников, предназначенных для работы в разных промышленных отраслях.
Конструктивные особенности теплообменников
Приготовление теплоносителя для систем инженерного обеспечения, технологических процессов на производстве связаны с разными техническими условиями. Температурный режим, давление, агрегатное состояние и химический состав рабочих сред – совокупность факторов, от которых напрямую зависит конструкция теплообменника. При принципиально одинаковой компоновке пластинчатых аппаратов, их адаптация к процессам с различными требованиями достигается за счет следующих подходов:
- применение пластин из разных металлов, в том числе из нержавеющей стали, титана-палладия, меди, никеля, специальных сплавов
- подбор пластинчатых элементов по рельефу, способному обеспечить требуемую турбулентность потока, допустимые потери давления, интенсивность теплообмена
- количество и толщина пластин, влияющие на тепловую производительность теплообменника
- выбор типа уплотнений для внутренней и наружной герметизации каналов, например, на пайке или с установкой эластомерных прокладок из материалов, подходящих по химической и термической стойкости
- применение разных схем движения теплоносителей, включая одно- и двухходовые, с одним или несколькими контурами
Помимо перечисленных, существуют более детализированные подходы, обусловленные специфичностью той или иной технологии. Например, комбинирование теплообменных пластин с разными рельефными рисунками в одном пакете, конструкция с двойным уплотнением, минимизирующим риски смешения двух технологических жидкостей. Или применение нержавеющей стали AISI 904, рассчитанной на работу с высокоагрессивными средами (фосфорная или соляная кислота).
Пищевая промышленность и производство напитков
В индустрии по производству пищевых продуктов и напитков теплообменники применяют в процессах охлаждения, подогрева, кратковременного нагрева при высоких температурах, концентрирования фруктовых и овощных соков, алкогольных и безалкогольных напитков. Они также участвуют в аналогичной обработке фруктовой и овощной мякоти, молочных продуктов, в том числе в пастеризации молока, производстве сыра и йогуртов.
Каждый пищевой продукт несет конкретные риски для деталей, напрямую контактирующих со слабо-, средне и высокоагрессивными средами. Не менее важен температурный режим и длительность в случае тепловой обработки. Поэтому теплообменники, предназначенные для пищевых производств, выполняют с пластинами из коррозионностойких металлов, с химически и термостойкими уплотнениями. Например, пластинчатые аппараты SIGMA могут содержать прокладки с PTFE-покрытием или выполняться на основе арамидных волокон. В некоторых случаях устанавливают неразъемные паяные теплообменники.
Кроме того, к оборудованию, работающему в пищевой отрасли, предъявляют повышенные гигиенические требования. В частности, к гладкости поверхности и отсутствию «мертвых» зон. Это необходимо, чтобы исключить накопление бактерий и обеспечить полный дренаж продукта.
Химическая и фармацевтическая промышленность
В области химического и фармацевтического производства теплообменники обеспечивают нагрев, охлаждение и испарение воды, кислот, щелочей, эмульсий, дисперсий и других водных растворов, требующих термической обработки. Они также участвуют в процессах охлаждения при экзотермических реакциях, рекуперации технологического тепла, конденсации пара и паров растворителей, терморегуляции в процессах синтеза лекарственных препаратов.
Материалами для пластин в этом случае служат:
- титан (Grade 2, Grade 5) – для соляных растворов и хлоридов
- Hastelloy C-276 – для серной, соляной и фосфорной кислот
- никелевые сплавы (Inconel, Monel) – для щелочей и высоких температур
Уплотняющие прокладки могут изготавливаться из:
- FKM (фторкаучук) – устойчив к агрессивным химикатам
- PTFE (тефлон) – для концентрированных кислот и растворителей
Помимо разборных, также применяют полусварные и паяные теплообменники. Первые предусматривают конструкцию из спаренных пластин, вторые – из элементов, соединенных на пайке. Это снижает риски утечек и смешения опасных химических веществ.
Аппараты для фармацевтических предприятий производят в соответствии со стандартом ASME BPE, устанавливающим требования к гладкости поверхности для исключения риска загрязнения.
Судостроение и сталелитейные заводы
В судостроении и сталелитейном производстве пластинчатые теплообменники обеспечивают работу прокатных станов и печей, судовых центральных систем охлаждения воды и смазочного масла, рекуперацию тепла для энергосбережения. Устройства также участвуют в процессах охлаждения эмульсий масла для качения, смазочных и гидравлических масел, технической и закалочной воды.
Примерами подходящих материалов пластин могут быть:
- титан (Grade 2) – для морской воды (устойчив к хлоридам)
- медно-никелевые сплавы – для судовых систем охлаждения
- графит – выдерживает экстремальные температуры
В дополнение к термической, коррозионной и химической стойкости к аппаратам, работающим в судостроительной и металлургической отрасли, предъявляются требования по устойчивости к вибрациям, способности работать с загрязненными средами в тяжелых условиях. В этой связи конструкции делают усиленными, а каналы более широкими. Стандартная ситуация, когда теплообменник разрабатывают под заказ, с учетом ограниченного пространства на судах или высокотемпературной эксплуатации.
Пластинчатые теплообменники успешно адаптируются под отраслевые требования благодаря гибкости конструкции и возможности комбинировать различные материалы. Это позволяет находить вариант, который точно отвечает заданным требованиям.