Лекция по теплообменному оборудованию. ЛЕКЦИЯ_3 Теплообмен. Роль теплообменной аппаратуры в химической и нефтегазовой
 Скачать 4.52 Mb.
|
|
Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью. Их разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра на разборные, полуразборные и неразборные (сварные). Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой прокладками. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда. Пластины полуразборных теплообменников попарно сварены, и доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред. Пластины неразборных теплообменников сварены в блоки, соединенные на прокладках в общий пакет. Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГOCT 15518-83. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м2. В зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от- 0 до + 1800 с для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов. Серийно выпускаемые разборные пластинчатые теплообменники могут работать с загрязненными рабочими средами при размере твердых включений не более 4 мм. Разборные пластинчатые теплообменники изготовителя в пяти исполнениях, в том числе на консольной раме (исполнение 1), на двухопорной раме (исполнение 2), на трехопорной раме (исполнение 3). Разборный пластинчатый теплообменник на двухопорной раме (исполнение 2) показан на рис. 3.28. Рисунок 3.28 - Разборный пластинчатый теплообменник на двухопорной раме Аппарат состоит из ряда теплообменных пластин 4, размещенных на верхней и нижней горизонтальных штангах 3. Концы штанг закреплены в неподвижной плите 2 и на стойке 7. Нажимной плитой 11 и винтом 8 пластины сжимаются, образуя теплообменную секцию. Теплообменные пластины имеют четыре проходных отверстия (а, б, 8, 2), которые образуют две изолированные одна от другой системы каналов. Для уплотнения пластин и каналов имеются резиновые прокладки. Прокладка 6 уложена в паз по контуру пластины и охватывает два отверстия на пластине, через которые происходят приток и вывод теплоносителя в канал между смежными пластинами, а прокладки 5 герметизируют два других отверстия на пластине. Для ввода теплоносителей в аппарат и вывода предназначены штуцера 1, 9, 10, 12, расположенные на неподвижной и подвижной плитах. Теплообменник на трехопорной раме (исполнение 3) состоит из неподвижной плиты 3 (рис. 3.29), в которой закреплены верхняя 2 и нижняя 1 горизоннтальные штанги. На штангах размещены теплообменные пластины 4 и подвижные плиты 5. Для сжатия пакета пластин предназначены стяжки 6.  В изображенном на рис. 3.30 теплообменнике пластины скомпонованы в два симметричных пакета каждый для одного из теплоносителей. Рисунок 3.29 – Пластинчатый теплообменник на трехопорной раме Рис.3.30 – Схема компоновки Рис. 3.31 – Несимметричная схема пластинчатого теплообменника в компоновки пластин два симметричных пакета Такой схеме компоновки теплообменника соответствует обозначение Сх [(2 + 2)/(2 + 2)]. В общем случае схему компоновки пластин обозначают так: здесь m1 и m2 - число каналов в пакете для соответственно охлаждаемого и нaгpeвaeмoгo теплоносителя; k и n - число последовательно включенных пакетов в аппарате для соответственно охлаждаемого и нaгpeвaeмoгo теплоносителя. При заданном расходе теплоносителя требуемой скорости движения eгo по каналам между пластинами достигают подбором числа пластин в пакете. Если расходы теплоносителей значительно различаются, то для поддержания постоянного гидравлического сопротивления каналов применяют несимметричные схемы компоновки пластин; при этом число каналов и пакетов для каждого теплоносителя неодинаково. Примером может служить схема компоновки теплообменника Сх [(2 + 2 + 2)/(4 + 3)] (рис. 3.31). Для конденсации паров из смеси с неконденсирующимися газами используют схему компоновки Сх [(m’1+ m’’2)/m2] (рис. 3.32, а). Сконденсировавшаяся фаза IV выделяется из парогазовой смеси II в каналах в и г первого пакета и выводится из аппарата, а несконденсировавшиеся газы I попадают в каналы а и б втopoгo пакета, охлаждаются и выводятся из аппарата. Охлаждающая фаза III (вода) движется по каналам одного пакета.    Такие конденсаторы парогазовых смесей работают с более высоким коэффициентом теплоотдачи, чем стандартные кожухотрубчатые аппараты. Рисунок 3.32 – Схемы специальных пластинчатых аппаратов: а – конденсатор, б – теплообменник для трех теплоносителей При соответствующей компоновке можно получить многосекционный аппарат, в котором теплообмен между одним теплоносителем и двумя другими осуществляется в соответствующих зонах (рис. 3.32, б). Теплообменные пластины различаются расположением в них отверстий для теплоносителей на пластины с диагональным (рис. 3.33) и односторонним (рис. 3.34) расположением отверстий, и те, и другие выполняют правыми и левыми. Рис. 3.33 – Пластины с диагональным Рис. 3.34 – пластины с расположением отверстий: односторонним расположением а - левая, б - правая отверстий: а - левая, б - правая Благодаря чередованию в пакете левых и правых пластин образуются две изолированные системы каналов. Пластины с односторонним расположением отверстий взаимозаменяемы. При сборке правые пластины получают поворотом их относительно левых на 1800. Левые и правые пластины с диагональным расположением отличаются расположением прокладки и поэтому не являются взаимозаменяемыми. Кроме рассмотренных теплообменных пластин в аппаратах используют граничные пластины, устанавливаемые на концах пакетов. Серийно выпускаемые пластинчатые теплообменники комплектуют пластинами, штампованными из листового металла толщиной 1 мм. Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего треугольника высотой 4-7 мм и основанием длиной 14-30 мм (для вязких жидкостей до 75 мм). Гофры выполняют горизонтальными, «в елочку», под углом к   горизонтали и др. Материал пластин оцинкованная или коррозионно-стойкая сталь, титан, алюминий, мельхиор. В разборных теплообменниках пластины 2 (рис. 3.35) обычно крепят скобой 3 на верхней штанге 1. Нижняя штанга не несет нагрузки от массы пластин и служит лишь для фиксации их в заданном положении. Рис. 3.35 – Узел крепления пластины на верхней штанге Такое закрепление пластин позволяет легко извлечь их из пакета или вставить в него без снятия подвижной плиты и остальных пластин. Прокладки пластинчатых теплообменников (рис. 3.36) изготовляют из резины формованием и укрепляют в пазу пластины на клею. Стойки и прижимные плиты пластинчатых теплообменников изготовляют из углеродистых сталей толщиной 8- 12 мм. Рис. 3.36 – Прокладка пластинчатого теплообменника К недостаткам пластинчатыx теплообменников следует отнести невозможность использования их при давлении более 1,6 МПа. Расчет на прочность пластинчатых теплообменников сводится к расчету нажимных и промежуточных плит, пластин, штанг, стяжных болтов, коллекторов, днищ и крышек. Расчет проводят по РД РТМ 26-01-86-8З. |