Πώς λειτουργεί ένας εναλλάκτης θερμότητας από χάλκινη πλάκα
Ένας πλακοειδής εναλλάκτης θερμότητας αποτελείται από μια στοίβα από λεπτές, κυματοειδείς μεταλλικές πλάκες που σφίγγονται σε ένα πλαίσιο ή σφραγίζονται σε ένα συγκολλημένο συγκρότημα. Τα δύο ρευστά ρέουν μέσω των εναλλασσόμενων καναλιών μεταξύ των πλακών και η θερμότητα περνά απευθείας μέσω του τοιχώματος της πλάκας από το θερμό ρεύμα στο ψυχρό ρεύμα. Επειδή η ροή διασπάται από το σχέδιο αυλάκωσης, το οριακό στρώμα διαταράσσεται συνεχώς και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι υψηλός ακόμη και σε μέτριες ταχύτητες.
Ο χαλκός είναι το υλικό πλάκας επιλογής όποτε τα υγρά διεργασίας είναι συμβατά με αυτόν. Οι πλάκες είναι κατασκευασμένες από σφυρήλατο χαλκό υψηλής{1} αγωγιμότητας όπως C11000 ή, όπου απαιτείται μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση, από κράμα χαλκού ή από χαλκό-ποιότητας νικελίου με τα ίδια χαρακτηριστικά λειτουργίας.
Γιατί επιλέγεται ο χαλκός για τις πλάκες
| Ιδιοκτησία | Χαλκός, επεξεργασμένος υψηλής-αγωγιμότητας | Συνέπεια για τον εναλλάκτη |
|---|---|---|
| Θερμική αγωγιμότητα | Περίπου 400 W/mK στους 20 C | Πολύ μικρή πτώση θερμοκρασίας χάνεται μέσω του τοιχώματος της πλάκας |
| Σχηματισιμότητα | Εξαιρετικό σε ανόπτηση και μισο-σκληρό χαρακτήρα | Οι βαθιές αυλακώσεις μπορούν να πιεστούν χωρίς ρωγμές, δίνοντας μια μεγάλη δευτερεύουσα επιφάνεια |
| Συμπεριφορά διάβρωσης | Προστατευτική επιφανειακή μεμβράνη στο νερό και στην ατμόσφαιρα | Μεγάλη διάρκεια ζωής σε γλυκό νερό, συμπύκνωμα ατμού και πολλά ρεύματα επεξεργασίας |
| Μολυσματική συμπεριφορά | Λεία επιφάνεια, φυσικά προστατευτική μεμβράνη | Οι βιολογικές αποθέσεις και οι αποθέσεις αλάτων σχηματίζονται πιο αργά από ό,τι σε πολλές εναλλακτικές λύσεις |
| Συγκόλληση | Συγκολλάται εύκολα με χαλκό ή ασήμι πληρωτικά μέταλλα | Οι μονάδες συμπαγούς συγκολλημένης πλάκας μπορούν να παραχθούν χωρίς πλαίσιο και παρεμβύσματα |
Ο συνδυασμός μιας πολύ υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και ενός λεπτού τοιχώματος είναι αυτό που κάνει την ιδέα της πλάκας να λειτουργεί: η θερμότητα πρέπει να διασχίζει μόνο το πάχος της πλάκας, επομένως ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας διέπεται κυρίως από τα δύο υγρά φιλμ και όχι από το μέταλλο. Οι συμπιεσμένες αυλακώσεις του χαλκού πολλαπλασιάζουν στη συνέχεια την αποτελεσματική περιοχή και προκαλούν αναταράξεις, έτσι ώστε ένα πακέτο χάλκινης πλάκας να μπορεί να προσφέρει μεγάλη απόδοση σε ένα κλάσμα του χώρου δαπέδου μιας ισοδύναμης μονάδας κελύφους και σωλήνα.
Παραλλαγές Σχεδιασμού και Κατασκευές
Μονάδες πλάκας με φλάντζα.Οι πλάκες συσφίγγονται μεταξύ δύο ακραίων καλυμμάτων με ελαστομερή παρεμβύσματα, έτσι ώστε η συσκευασία να μπορεί να ανοίξει για καθαρισμό και να προστεθούν ή να αφαιρεθούν πλάκες για αλλαγή της λειτουργίας. Οι χάλκινες πλάκες χρησιμοποιούνται σε μονάδες με φλάντζα όπου το ρευστό διεργασίας και η ένωση φλάντζας είναι συμβατά.
Μονάδες συγκολλημένης πλάκας.Οι πλάκες συγκολλούνται υπό κενό με πληρωτικό-με βάση τον χαλκό για να σχηματίσουν μια σφραγισμένη, πολύ συμπαγή μονάδα χωρίς παρεμβύσματα. Οι μονάδες χαλκού χαλκού είναι κοινές για ψύξη, κλιματισμό και μικρούς υποσταθμούς τηλεθέρμανσης-.
Συγκολλημένες και ημι{0}}συγκολλημένες μονάδες.Χρησιμοποιείται όταν τα υλικά φλάντζας δεν αντέχουν το μέσο, με συγκολλημένα ζεύγη καναλιών για την επιθετική πλευρά.
Πλάκα και πλαίσιο με-πλάκες από κράμα χαλκού.Όπου το υγρό είναι ελαφρώς επιθετικό, αντικαθίσταται μια πλάκα από ορείχαλκο αλουμινίου, ορείχαλκος ναυαρχείου ή χαλκός-νικελίου, ενώ διατηρείται η ίδια γεωμετρία πλαισίου και καναλιού.
Χαρακτηριστικά Απόδοσης
Η συμπαγής στοιβαγμένη-διάταξη καναλιού παράγει μια προσέγγιση στενής θερμοκρασίας μεταξύ των δύο ροών, και αυτός είναι ο λόγος που οι εναλλάκτες πλακών εμφανίζονται τόσο συχνά σε εργασίες ανάκτησης θερμότητας. Μια στενή προσέγγιση σημαίνει ότι μεγαλύτερο μέρος της διαθέσιμης διαφοράς θερμοκρασίας μετατρέπεται σε χρήσιμο καθήκον, επομένως το θερμικό φορτίο μπορεί να αντιμετωπιστεί με λιγότερη ενέργεια θέρμανσης ή ψύξης και με χαμηλότερη ροή του μέσου χρήσης.
Τα στενά κανάλια σημαίνουν επίσης χαμηλό-τον όγκο, που μειώνει το απόθεμα ρευστού διεργασίας και τον χρόνο παραμονής. Η απόκριση στις αλλαγές φορτίου είναι γρήγορη επειδή υπάρχει μικρή μάζα για θέρμανση ή ψύξη. Η αντίθετη-ροή του ρεύματος διευθετείται εύκολα και όπου πρέπει να εκτελούνται πολλές εργασίες, μπορεί να κατασκευαστεί ένα μόνο πλαίσιο σε τμήματα έτσι ώστε μια μονάδα να εκτελεί πολλά βήματα μεταφοράς θερμότητας.
Τυπικές Εφαρμογές
Χημική επεξεργασία.Θέρμανση και ψύξη των ρευμάτων αντίδρασης, συμπύκνωση διαλυτών και ανάκτηση θερμότητας μεταξύ των ρευμάτων διεργασίας.
Παραγωγή ενέργειας.Θέρμανση νερού τροφοδοσίας λέβητα, συμπύκνωση καυσαερίων στροβίλου, γεννήτρια και βοηθητικά κυκλώματα ψύξης.
Ψύξη και κλιματισμός.Εξατμιστήρες και συμπυκνωτές σε συσκευασίες ψύκτη και σε εξοπλισμό κλιματισμού.
HVAC και τηλεθέρμανση.Παραγωγή ζεστού νερού οικιακής χρήσης και ανταλλαγή θερμότητας υπο{0}}υποσταθμού όπου το πόσιμο νερό πρέπει να διαχωριστεί από το πρωτεύον κύκλωμα.
Θαλάσσια και υπεράκτια.Κεντρικά κυκλώματα ψύξης, χρησιμοποιώντας πλάκες από χαλκό-νικελίου ή ορείχαλκου αλουμινίου στην υπηρεσία θαλασσινού νερού.
Φαγητό και ποτό.Καθήκοντα παστερίωσης και ψύξης διεργασιών όπου χρησιμοποιούνται υγρά συμβατά με χαλκό-.
Επιλογή, Όρια Υπηρεσιών και Συντήρηση
Ο χαλκός αποδίδει καλύτερα στο γλυκό νερό, το συμπύκνωμα ατμού, το απιονισμένο νερό και τα ουδέτερα ρεύματα διεργασίας. Πριν από την παραγγελία των πινακίδων θα πρέπει να ελεγχθούν δύο όρια. Πρώτον, η περιεκτικότητα σε χλώριο και η ταχύτητα ροής στο κύκλωμα νερού καθορίζουν εάν ο χαλκός είναι αποδεκτός ή εάν απαιτείται βαθμός χαλκού-νικελίου για το θαλασσινό νερό και το υφάλμυρο νερό. Δεύτερον, τα υγρά δεν πρέπει να περιέχουν αμμωνία ή ενώσεις αμμωνίου, που προσβάλλουν κράματα χαλκού, και το pH και τα επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου πρέπει να είναι εντός του εύρους που είναι αποδεκτό για τον χαλκό.
Η συντήρηση βασίζεται στη διατήρηση των καναλιών καθαρά. Η ρύπανση αυξάνει την πτώση πίεσης και ταυτόχρονα μειώνει τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, ενώ τα βαριά άλατα μπορούν επίσης να προκαλέσουν διάβρωση υπό{1}}απόθεσης. Η ρύπανση παρακολουθείται παρακολουθώντας την πτώση πίεσης σε όλη τη μονάδα σε σχέση με την καθαρή γραμμή βάσης της και ο καθαρισμός πραγματοποιείται με την κυκλοφορία ενός κατάλληλου διαλύματος καθαρισμού στη θέση του ή με το άνοιγμα μιας συσκευασίας με φλάντζα και το πλύσιμο των πλακών ξεχωριστά. Οι φλάντζες αποτελούν αντικείμενο φθοράς και αντικαθίστανται στα διαστήματα που συνιστά ο κατασκευαστής. Τα άκρα της πλάκας και οι περιοχές των θυρών θα πρέπει να ελέγχονται για διάβρωση κάθε φορά που ανοίγει η μονάδα και η διάσταση σύσφιξης θα πρέπει να αποκαθίσταται ακριβώς όπως καθορίζεται όταν το πακέτο είναι κλειστό, επειδή τόσο το υπερβολικό σφίξιμο όσο και το κάτω-σφίξιμο μειώνουν τη διάρκεια ζωής της φλάντζας.
FAQ
Ε: Γιατί χρησιμοποιείται ο χαλκός ως υλικό πλάκας σε έναν εναλλάκτη θερμότητας πλάκας;
Ο χαλκός συνδυάζει πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα με εξαιρετική μορφοποίηση, έτσι οι λεπτές πλάκες μπορούν να συμπιεστούν σε βαθιές αυλακώσεις που δημιουργούν μεγάλη επιφάνεια και τυρβώδη ροή χωρίς μεγάλη πτώση θερμοκρασίας στον τοίχο.
Ε: Ποιο είναι το πλεονέκτημα ενός εναλλάκτη πλακών έναντι μιας μονάδας κελύφους και σωλήνα;
Ένα πακέτο πλάκας επιτυγχάνει την ίδια εργασία σε πολύ λιγότερο χώρο και με πιο κοντινή προσέγγιση θερμοκρασίας, επειδή τα κυματοειδή κανάλια παράγουν υψηλούς συντελεστές μεταφοράς θερμότητας και η ροή είναι αντίθετη-ρεύμα.
Ε: Μπορούν οι χάλκινες πλάκες να χρησιμοποιηθούν με θαλασσινό νερό;
Ο απλός χαλκός δεν είναι η καλύτερη επιλογή για το θαλασσινό νερό. Θα πρέπει να επιλέγεται μια κατηγορία πλάκας από χαλκό-νικέλιο ή αλουμίνιο για τις εργασίες θαλασσινού και υφάλμυρου νερού, διατηρώντας την ίδια γεωμετρία πλαισίου και καναλιού.
Ε: Ποια υγρά πρέπει να φυλάσσονται μακριά από χάλκινες πλάκες;
Η αμμωνία και οι ενώσεις αμμωνίου και τα έντονα όξινα ή έντονα αλκαλικά ρεύματα επιτίθενται στον χαλκό. Το pH, το επίπεδο χλωρίου και η περιεκτικότητα σε διαλυμένο οξυγόνο θα πρέπει να ελέγχονται σε σχέση με το αποδεκτό εύρος για τον βαθμό πριν από την παραγγελία.
Ε: Πώς καθαρίζεται ένας πλακοειδής εναλλάκτης θερμότητας;
Είτε κυκλοφορώντας ένα συμβατό διάλυμα καθαρισμού στη θέση του είτε ανοίγοντας μια μονάδα με φλάντζα και καθαρίζοντας τις πλάκες ξεχωριστά. Η συχνότητα καθαρισμού καθορίζεται από την αύξηση της πτώσης πίεσης σε σύγκριση με την καθαρή γραμμή βάσης.
Ε: Ποια είναι τα πιο σημαντικά όρια λειτουργίας;
Συμβατότητα ρευστού με τα υλικά της πλάκας και της φλάντζας, την πίεση λειτουργίας και τη θερμοκρασία της ένωσης φλάντζας, την περιεκτικότητα σε χλωριούχα στα κυκλώματα νερού και την ταχύτητα ροής στις θύρες εισόδου της πλάκας, όπου η υπερβολική ταχύτητα προκαλεί διάβρωση.
