Теплообменник

Конструктивно разборный пластинчатый теплообменник, состоит из рамы и пакета пластин.
Рама состоит из неподвижной плиты (1) и прижимной плиты (2), задней стойки (7) которая соединена с неподвижной плитой верхней направляющей (3) и нижней направляющей (4). Рамы разборных теплообменников выпускаются разной длины для обеспечения установки в нее разного количества пластин.
Между неподвижной и прижимной плитами находится расчетное количество пластин (5) с резиновыми уплотнительными прокладками.
Пакет прижат к неподвижной плите прижимной плитой резьбовыми стяжками (6). Степень сжатия достаточна для уплотнения и герметизации внутренних полостей теплообменника

О плитах, направляющих, стяжках наверное особо нечего написать. Поэтому далее речь пойдет о пластинах и прокладках. Именно эти части теплообменника контактируют со средами, которые участвуют в процессе теплообмена.
Начнем с пластин. изготавливаются штамповкой, обычно из нержавеющей стали аустенитного класса AISI 316, после штамповки производится электрохимическое полирование пластины. Наиболее близким российским аналогом этой стали является сталь 08Х18Н10Т. Сталь AISI 316 (как и все нержавеющие стали) несклонна к общим видам коррозии, однако при работе с высоко агрессивными средами (высокие температуры, высокое содержание хлоридов и др.) могут протекать местные виды коррозии, например язвенная (питтинговая) коррозия.
Химический состав нержавеющей стали AISI 316:
Углерод 0,08%, Хром 16-18%, Никель 10 –14%, Молибден 2-3%
Это основная сталь для производства пластин теплообменников. Наличие молибдена (по сравнению с 08Х18Н10Т) снижает уровень язвенной коррозии.
Толщина пластины (0,4…1,0 мм) зависит от максимального рабочего давления. На давление до 10 атм. используются пластины толщиной 0,4 мм, на давление до 16 атм. — пластины толщиной 0,5 мм, на давление до 25 атм. — пластины толщиной 0,6 мм
Для агрессивных сред (по отношению к стали AISI 316) применяют более дорогие материалы, например, 254 SMO, ТИТАН, хастеллой и т.д.
Для менее агрессивных сред (по отношению к стали AISI 316) применяют сталь AISI 304.

Теплообменная пластина обладает высокоэффективной теплопередачей за счет термодинамически оптимальной конструкции
Принцип «Off-Set» обеспечивает возможность создания как симметричных так и асимметричных каналов (1)
Специальный рельеф распределительной площадки оптимально распределяет теплоносители (2)
Простое крепление уплотнений к пластине посредством клипсовой системы
Уплотнения со специальными зажимами для оптимального центрирования и фиксации пакета пластин (3)
Двойное уплотнение с кантом утечки полностью предотвращает возможность смешения сред в области проходных отверстий (4)
Специальный окантовочный рельеф пластин обеспечивает необходимую жесткость пакета пластин, а также стабильную фиксацию уплотнений при оказании на них давления в процессе эксплуатации теплообменников (5).

Рифление пластин может быть разным. Как правило различают «термически жесткое рифление» с углом 30 градусов (характеризуется более высоким коэфф-том теплопередачи, но и большими потерями давления) и «термически мягкое рифление» с углом 60 градусов (характеризуется более низким коэфф-том теплопередачи, но и меньшими потерями давления). Расчетная программа подбирает такую комбинацию пластин, чтобы обеспечить необходимую теплопередачу, но при этом уложиться в заданные потери давления.

Вот как выглядят эти два типа рифления. Слева «жесткая» пластина, справа «мягкая» пластина.

Комбинируя пластины в пластинчатом теплообменнике можно организовать течение жидкостей в трех различных типах каналов, которые и образуют данные пластины:

«мягкий» канал
Пластины с углом рифления 60°. Малая турбулизация течения жидкости, малый коэффициент теплопередачи, малое гидравлическое сопротивление.

«средний» канал
Пластина с углами рифления 60° и 30°. Средняя турбулизация течения жикости, средний коэффициент теплопередачи, среднее гидравлическое сопротивление.

«жесткий» канал
Пластины с углом рифления 30°. Высокая турбулизация течения жидкости, высокий коэффициент теплопередачи, высокое гидравлическое сопротивление.

О течениях жидкости:
Вообще различают три режима течения жидкостей:

Х, У – координаты плоскости,
W – скорость потока жидкости,
1 – ламинарный режим течения, спокойный режим течения поток жидкости однородный, слои жидкости двигаются параллельно друг другу (без перемешивания), тепло, в направлении перпендикулярном направлению течения жидкости, передается практически только за счет теплопроводного механизма, поэтому коэффициент теплопередачи — минимален.
2 – переходный режим течения, в потоке жидкости начинается зарождение турбулентных образований (вихрей), эпизодическое перемещение макрочастиц жидкости из одной температурной области в другую (элементы конвекции). Поэтому коэффициент теплопередачи — растет (выше, чем при ламинарном течении).
3 – турбулентный режим течения, поток жидкости турбулизован полностью, коэффициент теплопередачи — максимален.

Вот как образуется турбулентный режим течения жидкости в пластинчатом теплообменнике

Пластинчатый теплообменник рассчитывается и должен работать на турбулентном режиме. В этом и заключается его отличие и более высокая эффективность чем у кожухотрубного теплообменника (принцип «труба в трубе»), где течение жидкости ламинарное. Для одной той же задачи площадь теплообмена пластинчатого теплообменника будет меньше в 3-4 раза, чем у кожухотрубного теплообменника.