Паяні теплообмінники SWEP

Паяні пластинчасті теплообмінники SWEP

Паяний теплообмінник (ППТО) є різновидом теплообмінника пластинчастого (ПТО), в якому теплообмінний процес між двома розділеними, не перемішуючимися рухомими середовищами (рідинами або газами), мають між собою температурний градієнт, відбувається через профільовані сталеві пластинчасті поверхні.

Будова і принцип роботи

Будова і принцип роботи паяного теплообмінника мало чим відрізняються від класичного розбірного ПТО. Його теплообмінні пластини також збираються в пакети, де їх профільований (гофрований) рельєф утворює об'ємну мережу щілинних прохідних каналів, так звану «стільникову» структуру. У процесі виготовлення ППТО ця стільникова структура розділяється на два окремих циркуляційних контури для кожного з середовищ, що беруть участь в теплообміні.

Теплообмінні пластини паянного теплообмінного апарату також виготовляються штампуванням, як правило, з нержавіючих сталей AISI 316 або SMO254 (друга – для більш важких робочих умов). За своєю будовою вони розрізняються на «ліві» і «праві», які чергуються в пакеті, і на «нульові», які завершують пакет пластин з обох сторін.

Основна відмінність паяного теплообмінника ППТО від пластинчастого набірного (розбірного) ПТО в тому, що в ППТО герметизація циркуляційних контурів стільникової структури пакета теплообмінних пластин проводиться не полімерними прокладками, а вакуумним паяним швом, виконаним міддю Cu (міднопаяні ППТО) або нікелем Ni (нікельпаяні ППТО, для агресивних середовищ і більш важких робочих умов). Окрім герметизації контурів, в пакеті теплообмінних пластин паяні шви одночасно виконують роль скріплюючого елемента, дозволяючи в конструкції ППТО відмовитися від таких деталей, як напрямні кронштейни і стяжні шпильки підтримуючої рами.

Окрім пакета робочих (каналообразуючих) пластин, скріплених докупи вакуумною пайкою, в конструкцію паянного апарату також входять передня і задня кінцеві пластини, які утворюють його умовний корпус, і з'єднувальні патрубки штуцерного або фланцевого типу. Ці конструкційні елементи також приєднуються до пакета пайкою, утворюючи єдиний нероз'ємний (нерозбірний) виріб.

Робочою схемою паяного теплообмінного апарату, як правило, передбачається пропуск (прокачування) теплоносіїв по своїх контурах в протилежних напрямках (на протитоку), чим досягається високе значення теплового напору теплообміну. У той же час різноманітні варіанти профілювання (рифлення) поверхні прохідних каналів покликані викликати високу турбулентність їх потоків, що ще більше інтенсифікує теплообмін. Окрім інтенсифікації теплообміну, висока турбулентність потоку в каналах паяного теплообмінника паралельно виконує функцію самоочищення.

Переваги та обмеження паяних теплообмінників

Завдяки тому, що паяні металом шви ППТО більш механічно міцні і термічно стійкі, ніж полімерні прокладки, паяні пластинчасті теплообмінники (порівняно з класичними розбірними ПТО), мають своєю головною перевагою – більш широкий діапазон робочих температур і тисків (технічними характеристиками), які для ППТО складають:

• робочі температури від – 160 до + 225 град.С (для ПТО до +180 град.С);
• Максимальний робочий тиск – до 100 бар і більше (для ПТО – до 25 Бар).

Крім того, паяні теплообмінні апарати менш металомісткі, ніж класичні розбірні ПТО. Відповідно, вони володіють найвищою питомою тепловою потужністю на одиницю маси і об'єму, тому,  серед всіх теплообмінних апаратів, паяні є одними із самих компактних. Так, ППТО, при однаковій тепловій потужності, займають приблизно в два рази менше місця, ніж пластинчасті розбірні ПТО, і до десяти разів менше, ніж кожухотрубні теплообмінники.

Але за збільшений діапазон технічних характеристик, високу ефективність теплообміну і відносно малі габарити, паяні теплообмінники розплачуються тим, що їх конструкція стає:

• нерозбірною, що виключає будь-який інший спосіб їх обслуговування, крім безрозбірного хімічного очищення (промивання) хімічними реагентами, такими як ортофосфорна кислота або каустична сода;
• неремонтопридатн – при появі протікання одного з теплоносіїв через паяний шов, або ознак внутрішньої протікання зі змішуванням середовищ, такий апарат, як правило, просто виводиться з експлуатації;
• так як паяний пластинчастий теплообмінник має жорстку конструкцію, то максимальна різниця температур між гарячим і холодним патрубком не повинна перевищувати 100 град. С, в розбірних пластинчастих апаратах різниця температур може досягати 180 град. С.

У зв'язку з існуючими конструкційними особливостями й обмеженнями, паяні теплообмінники ППТО можуть ефективно і тривалий час експлуатуватися лише з середовищами, які не залишають внутрішніх забруднень або відкладень, або з чиїми відкладеннями порівняно легко можна боротися методом безрозбірної хімічної промивки. У перелік таких робочих середовищ входять:

• спирти і гліколеві суміші;
• чисті мінеральні і синтетичні мастила;
• промислові гази та їх суміші, в тому числі повітря;
• фреони та інші холодоагенти;
• очищена вода.

Сфера застосування паяних теплообмінників SWEP

Компанія SWEP, один з європейських виробників дуже якісних паяних теплообмінників ППТО, продукція якої широко відома і користується великою популярністю у світі, виділяє такі основні сфери застосування своєї продукції:

А) в побуті і в різних галузях господарства:

• системи кондиціонування повітря;
• класичні холодильні установки, застосовуються в торгівлі, складському господарстві;
• абсорбційні холодильники (у яких теплоносіями є вода і розчин бромистого літію);
• у теплових насосах;
• в комплексі з газовими котлами в системах централізованого опалення;
• газових бойлерах гарячого водопостачання;
• в системах сонячного опалення.

Б) на техніці і промисловості:

• в рефрижераторах і промислових холодильних установках;
• в хімічних і харчових реакторах і охолоджувачах;
• для охолодження технічних олив – індустріальних, моторних, трансмісійних, гідравлічних;
• осушувачі повітря для компресорів;
• в системах охолодження електронної апаратури і промислових лазерних установок.

Огляд модельного ряду SWEP

Модельний ряд паяних теплообмінників ППТО виробництва SWEP широкий і різноманітний, що дозволяє підібрати одиночний або модульний апарат потужністю від 2 кВт до 6 МВт, для різних сфер застосування, умов експлуатації і робочих середовищ. Для того, щоб орієнтуватися в ньому, модельний ряд продукції SWEP розбитий на групи:

Тип B – базова конструкція, для загального застосування, може бути легко налаштована для конкретних умов експлуатації, застосовується в побутових системах теплопостачання, для систем холодопостачання, це конденсатори або випарники з малим пакетом пластин (зазвичай до 30 шт).

Тип V – конструкція спеціально оптимізована для застосування в якості випарників, дозволяє рівномірно розподіляти холодоносій по каналах випарника, виключаючи можливість нерівномірного промерзання з подальшим утворенням льоду і пошкодженням теплообмінника.

Тип Р – для застосування у випарниках холодильних установок та теплових насосів, оптимізований для роботи з холодоагентом R410A.

Тип S – для застосування у випарниках холодильних установок та теплових насосів, оптимізований для роботи з холодоагентом R134A.

Тип VH – випарник високої продуктивності, для застосування у високопродуктивних холодильних установках і теплових насосах, оптимізований для роботи з холодоагентом R407С.

Тип QA – оптимізовано для холодоагентів R407C/R410A, для застосування у теплових насосах з тепловим потоком від 2 до 4 кВт/м².

Тип DB – двуконтурний випарник, в якому вторинний контур контактує з двома первинними контурами, що робить його роботу особливо надійною. Завдяки високій надійності в підтримці необхідного робочого режиму, випарник DB чудово підійде для адаптивних систем клімат-контролю, а також систем зберігання продуктів харчування, таких як охолоджувальні торгові шафи та вітрини. Активно застосовується в системах з двома компресорами.

Тип DV – ще один варіант високонадійного двоконтурного випарника, в якому вторинний контур контактує з двома первинними контурами. Характеризується високою рівномірністю розподілу холодоагенту в теплообміннику, що робить можливим виготовлення охолоджувальних систем зі збільшеною площею охолодження.

Тип DP – варіант надійного двоконтурного випарника для систем клімат-контролю і зберігання продуктів харчування, конструкція якого оптимізована для застосування холодоагента R410A.

Тип DS - варіант надійного двоконтурного випарника для систем клімат-контролю і зберігання продуктів харчування, конструкція якого оптимізована для застосування холодоагента R134A.

Тип Е – має дуже високу ефективність теплопередачі, застосовується у водо-водяних бойлерах, що характеризуються низькими робочими тисками (швидкостями потоку) і невеликими градієнтами температур між теплоносіями.

Тип BDW – c зміцненими подвійними теплообмінними пластинами, і вентильованими проміжками між ними, що мають вихід в атмосферу. Такі апарати служать для гарантування відсутності внутрішніх протіканнь і змішування середовищ. При прориві середовищем однієї з подвійних стінок, вона потрапляє в вентильований проміжок, і стає доступною для виявлення. Така конструкція знаходить широке застосування у фармацевтиці та харчовій промисловості.

Тип ADWIS – революційно компактний осушувач повітря з вбудованим сепаратором, для застосування з повітряними компресорами.

Тип М – це не зовсім паяний, скоріше гібридний малогабаритний теплообмінник, для загального застосування. У ньому пластини в пакеті герметизовані не паяними швами, а полімерними прокладками, як в класичному пластинчастому розбірному апараті. Але завдяки своїй компактності, тип М побудований без підтримуючої рамної конструкції, що характерно саме для паяних теплообмінників. Виготовляється компанією ОПЕКС енергосистеми з комплектуючих SWEP під маркою РТА (М)-10.

Розрахунок паяного пластинчастого теплообмінника

Розрахунок паяних теплообмінників та їх підбір з наявних типових конструкцій ППТО виконують інженери-теплоенергетики нашого підприємства, використовуючи програмні комплекси, що забезпечують високу точність визначення параметрів теплообмінного обладнання. Для проведення такого розрахунку в першу чергу необхідно знати призначення теплообмінного апарату. Серед можливих варіантів, виділяються наступні основні напрямки:

1. загальне застосування;
2. в якості випарника і економайзера;
3. в якості конденсатора та пароохолоджувача.

Вихідними даними для розрахунку є:

А) для ППТО загального застосування:

• Середовище 1 і Середовище 2;
• температури на вході в систему і на виході з неї для кожного з середовищ;
• потужність або витрати середовищ;
• максимальний перепад тиску для кожного з середовищ.

Б) для застосування в якості випарника або економайзера:

• Середовище 1 (випарник) і Середовище 2 (охолоджувач);
• потужність або витрати середовищ;
• температура на вході в систему та на виході з неї для охолоджувача;
• перепад тиску для охолоджувача;
• температура кипіння фреону, перегрів.

В) для застосування в якості конденсатора і пароохолоджувача:

• Середовище 1 (конденсатор) та Середовище 2 (нагрівач);
• потужність або витрати середовищ;
• для Середовища 1 – температура на вході та температура конденсації, переохолодження;
• для Середовища 2 – температура на вході та на виході;
• для Середовища 2 – максимальний перепад тиску.