Пластинчато-оболочечные теплообменники объединяют конструктивные особенности как трубчато-пластинчатых, так и пластинчатых теплообменников. Они состоят в основном из двух частей: пакета пластинчато-трубчатых элементов и корпуса. Основной элемент теплопередачи — пластинчатые трубы — формируется путём плотной сварки пар холоднокатаных металлических полос по их краям, в результате чего образуется пластинчато-трубчатый элемент, содержащий несколько плоских каналов для потока. Затем несколько пластинчатых труб различной ширины устанавливаются в определённом порядке и фиксируются металлическими полосами с обеих сторон, образуя трубную решётку и, в конечном итоге, прочный пакет пластинчато-трубчатых элементов. Данный пакет затем монтируется внутри круглого корпуса, завершая тем самым сборку пластинчато-корпусного теплообменника.
Эта уникальная конструктивная схема обеспечивает одновременное наличие как преимуществ высокоэффективного теплопереноса пластинчатых теплообменников, так и характеристик устойчивости к высоким температурам и давлению кожухотрубных теплообменников, что делает его широко применяемым в многочисленных промышленных областях, таких как химическая промышленность, нефтепереработка, фармацевтика, пищевая промышленность и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ).
Принцип работы пластинчато-кожухотрубного теплообменника основан на теплообмене между двумя жидкостями в их собственных независимых каналах.
Поток со стороны пластин: жидкость А протекает внутри плоских пластинчатых труб, сваренных из пар пластин.
Поток со стороны кожуха: жидкость В протекает внутри кожуха, в зазорах между пучками пластинчатых труб.
Когда горячая и холодная жидкости протекают соответственно через стороны пластин и оболочки, тепло быстро передаётся от высокотемпературной жидкости к низкотемпературной через тонкие металлические пластины. Для достижения оптимального теплообмена потоки жидкостей в пакетах пластин, как правило, проектируются так, чтобы двигаться в чисто противоточном режиме, то есть общие направления движения двух жидкостей противоположны. Это позволяет достичь максимальной средней разности температур и, как следствие, минимальной конечной разности температур до 1 °C.
Пластинчато-оболочечные теплообменники пользуются спросом в суровых промышленных условиях благодаря ряду существенных преимуществ:
2.1 Чрезвычайно высокая эффективность теплопередачи: Благодаря использованию тонкостенных гофрированных пластин в качестве элементов теплопередачи их коэффициент теплопередачи значительно выше, чем у традиционных кожухотрубных теплообменников. Данные показывают, что их эффективность теплопередачи примерно вдвое превышает эффективность кожухотрубных теплообменников, а при определённых условиях — даже в 2–4 раза.
2.2 Высокая термостойкость и прочность на давление: В отличие от разборных пластинчатых теплообменников, в которых герметизация обеспечивается резиновыми прокладками, пластинчато-корпусные теплообменники имеют полностью сварную конструкцию без прокладок, что позволяет им выдерживать более высокие температуры и давления. Их максимальная рабочая температура может достигать 800 °C, а в отдельных случаях — даже 900 °C; максимальное рабочее давление составляет 6,3 МПа (а при специальном исполнении — до 35 МПа).
2.3 Компактная конструкция и малая занимаемая площадь: Благодаря высокой эффективности теплопередачи требуемая площадь теплообмена значительно меньше, чем у кожухотрубных теплообменников, при обеспечении одинаковой тепловой нагрузки, что позволяет создавать более компактное и лёгкое оборудование. Это не только экономит ценные площади для монтажа, но и снижает затраты на несущие конструкции и фундаменты.
2.4 Антизагрязняющие свойства и удобство технического обслуживания: Плоские проточные каналы внутри пластинчатых труб и сложные проточные каналы со стороны кожуха обеспечивают высокую скорость движения потока. Высокий уровень турбулентности создаёт отличные самочистящиеся свойства, эффективно замедляя образование отложений. Кроме того, многие пластинчато-кожуховые теплообменники оснащены съёмными пучками труб, что облегчает механическую или химическую очистку и существенно увеличивает продолжительность эксплуатационного цикла оборудования.
2.5 Низкие эксплуатационные расходы: Высокая эффективность теплопередачи обеспечивает превосходное восстановление тепла, значительно снижая нагрузку на печь и энергопотребление. Одновременно оптимизированная конструкция каналов потока минимизирует перепад давления жидкости, тем самым снижая энергопотребление насосов и вентиляторов.
| Преимущественные размеры | Описание характеристик | Данные и количественные показатели |
|---|---|---|
| Эффективность теплопередачи | Высокий коэффициент теплопередачи — примерно в два раза выше, чем у кожухотрубных теплообменников. | в 2–4 раза выше по сравнению с традиционным оборудованием |
| Устойчивость к высокой температуре и давлению | Полностью сварная конструкция, предназначенная для эксплуатации в тяжёлых условиях при высоких температуре и давлении. | Температура ≤ 900 °C, давление ≤ 35 МПа |
| Компактная конструкция | Компактные габариты и лёгкий вес конструкции значительно сокращают требуемую площадь монтажа и затраты на инфраструктуру. | Масса составляет около 43 % от массы кожухотрубного теплообменника |
| Легкое обслуживание | Высокая скорость потока снижает образование отложений; пакет пластин может быть извлечён для очистки. | Длительный цикл эксплуатации и сокращенное время простоя на техническое обслуживание |
| Экономичная эксплуатация | Высокая эффективность рекуперации тепла и низкое падение давления способствуют снижению энергопотребления. | Разность температур — всего 1–3 °C, падение давления ≤ 80 кПа |
3.1 Нефтепереработка и нефтехимия
Нефтехимия является одной из ключевых областей применения пластинчато-оболочечных теплообменников. Они широко используются в установках каталитического риформинга, диспропорционирования ароматических углеводородов, изомеризации и гидрирования в качестве критически важных теплообменников для подогрева исходного сырья. В этих установках они эффективно рекуперируют высокотемпературное тепло продуктов реакции для предварительного подогрева исходного сырья реакции, что значительно снижает нагрузку на печи, а также энергопотребление и капитальные затраты. Кроме того, они применяются в качестве конденсаторов верхних паров, теплообменников аминовых растворов и охладителей сред в ректификационных колоннах.
3.2 Углехимическая и энергетическая промышленность
На заводах по переработке угля в нефть пластинчато-оболочечные теплообменники инновационно применяются в качестве циркуляционных теплообменных сепараторов, объединяя высокую эффективность теплопередачи и высокоточную газожидкостную сепарацию, что упрощает технологический процесс и экономит пространство. На заводах по производству метанола и этиленгликоля они используются в качестве газо-газовых теплообменников для рекуперации тепла из синтез-газа, выходящего из колонны. Они также играют важную роль в системах централизованного теплоснабжения, теплоэлектроцентралях, рекуперации холода при регазификации СПГ (сжиженного природного газа) и криогенной генерации электроэнергии по органическому циклу Ренкина (ORC).
3.3 Пищевая и фармацевтическая промышленность
Благодаря своим конструктивным особенностям, отвечающим строгим требованиям гигиены, высокой эффективности теплопередачи и короткому времени пребывания среды, пластинчато-оболочечные теплообменники широко применяются в еда и фармацевтическая перерабатывающих отраслях промышленности. Например, они используются в процессах нагрева и охлаждения растительных масел, а также на стадиях конденсации, демистинга и рекуперации растворителей в фармацевтических процессах.
3.4 Общая промышленность и коммунальные службы
В таких отраслях, как сталь и бумажное производство они могут использоваться для охлаждения технологических жидкостей и утилизации тепла. В коммунальных системах нефтеперерабатывающих заводов пластинчатые теплообменники широко применяются в качестве теплообменников между замкнутыми системами оборотного охлаждающего водоснабжения и морской/озёрной водой. Благодаря коррозионностойким материалам и высокой эффективности теплопередачи они способны работать при высоких расходах и малых перепадах температур. Кроме того, они могут эксплуатироваться с технологическими средами, содержащими взвешенные твёрдые частицы или волокна.
Пластинчатые теплообменники благодаря интеллектуальному конструктивному решению успешно объединяют преимущества пластинчатых и трубчато-оболочечных теплообменников, обеспечивая превосходные решения для промышленных задач, связанных с высокими температурами, высоким давлением, большими объёмами и высоким энергопотреблением. Несмотря на сложность производственного процесса и высокие требования к сварке, что потенциально ведёт к относительно высоким первоначальным капитальным затратам, их энергосберегающие свойства, стабильность и долгосрочная эксплуатационная надёжность делают их ключевым оборудованием для современных крупномасштабных промышленных предприятий, стремящихся к энергосбережению, снижению выбросов и повышению экономической эффективности. С постоянным совершенствованием технологий производства и углублением локализации производства пластинчатые теплообменники несомненно будут играть ещё более важную роль в самых различных отраслях промышленности.
EN
AR
FR
DE
PT
RU
