Пластинчатый теплообменник типа моноблок- основа двухступенчатой смешанной системы ГВС (горячего водоснабжения)

«Моноблок» - тип пластинчатого теплообменника предназначенный для работы в двухступенчатой системы ГВС, в котором обе ступени объединены в одном теплообменнике, такой теплообменник имеет шесть патрубков. (см. рис.).

Основные и пожалуй единственные плюсы моноблока является, компактность, в сравнение с двумя теплообменниками раздельно и соответственно меньшая стоимость, тем и обуславливается широта применения теплообменников типа «Моноблок».

Теперь попробуем определить его минусы.

Рис. Моноблок для двухступенчатой системы ГВС. Расположение патрубков: Н1 - Вход обратного теплоносителя из системы отопления, Н2 - Вход циркуляционной воды ГВС, Н3 - Выход нагретой воды ГВС, Н4 - Вход горячего тепло носителя из теплосети, F3 - Вход холодной водопроводной воды, F4 - Выход общего обратного теплоносителя в теплосеть.

«Простота» монтажа.

Считается что смонтировать один аппарат проще, чем несколько таких же. Но установленный моноблок выглядит как паук, опутанный паутиной трубопроводов, различной запорной арматуры и приборов. Таким образом теряется основное преимущество- простота обслуживания и ремонта. Если в одноходовом пластинчатом теплообменнике все патрубки расположены на передней плите Н1-Н4 и для его обслуживания и ремонта необходимо всего лишь воспользоваться запорной арматурой и сбросниками, то для разборки системы моноблока неизбежен демонтаж патрубков подвижной задней плиты. Также трубопроводы задней плиты могут перекрывать доступ к моноблочному теплообменнику. Для нормальной эксплуатации моноблока для начала стоит сделать грамотный проект привязки к трубопроводам теплоносителя, холодной и горячей воды с целью обеспечения лёгкого доступа для обслуживания и ремонта. Правильно смонтированный моноблок занимает место не меньше, чем два отдельно стоящих теплообменных аппаратов.

Надежность.

Важно помнить, что два отдельных теплообменника надежнее одного, выполняющего те же функции. Что мы получаем при выходе из строя одного из теплообменников? В таком случае система сможет работать с неполной нагрузкой, пока отремонтируется или пройдёт обслуживание второй теплообменник. Моноблок при неработоспособности даже одной ступени должен быть выведен из работы весь, потому что корпус один на обе ступени.

Эффективность.

При расчете моноблочного теплообменника тоже есть свои нюансы. Достаточно часто трудно создать моноблочную систему двухступенчатой смешанной схемы ГВС, по эффективности сопоставимую с двумя отдельными пластинчатыми теплообменниками. Это обусловлено тем, что установленный вид пластины в моноблоке для двух ступеней один. И в пределах теплофизических свойств этого типа нам необходимо решать задачу по компоновке пакетов пластин для обеих из ступеней, в то время как одна от другой ступени могут различаться по расходам, особенно по стороне теплоносителя. Вот, например, требования для первой ступени способность пропустить суммарный расход теплоносителя системы отопления и теплоносителя второй ступени при обеспечении небольших гидравлических сопротивлений и среднем теплосъеме. Для второй ступени это относительно малые расходы по стороне теплоносителя и воды горячего водоснабжения, более высокие допустимые гидравлические сопротивления и существенно больший теплосъем. То есть, если бы это были два отдельных теплообменника, то теплообменник первой ступени должен быть с большим диаметром патрубков и с «короткой» пластиной, а теплообменник второй ступени с меньшим диаметром патрубка и более «длинной» пластиной.

Есть вариант задания для подбора оборудования для двухступенчатой смешанной схемы. Исходные данные таковы: нагрузка системы горячего водоснабжения 0,4 Гкал/ч, нагрев холодной воды с 5° С до 60° С, общая нагрузка системы отопления 1,2 Гкал.ч, температурный график 150-70.

Разбивая нагрузку на ступени, в соответствии с (СП 41-101-95), для заданных условий получаем исходные данные для подбора теплообменников ступеней (см. табл.).

Фактически величина NTU характеризует тот тепловой режим, на котором будет работать теплообменник. Чем больше NTU, тем больше должна быть тепловая «длина» пластины теплообменника.

В этом случаях видно, что теплообменник второй ступени должен обладать большей, почти на 50%, способностью к теплосъему (тепловой «длиной»), чем теплообменник другой ступени. Кроме того, расходы по греющей стороне обеих ступеней отличаются почти в 3 раза. Это означает, что если для теплообменника второй ступени достаточны патрубки Ду32, то для теплообменника первой ступени патрубки должны быть больше, не менее Ду50.

Пакет пластин

Вышесказано, моноблок это, по сути, два теплообменника, расположенных в одной раме. А значит, и два пакета пластин, размещенных в одной раме, поделённые разворотной пластиной, имеющей два (верхних или нижних) глухих отверстия порта. Зачастую ближе к неподвижной плите находится пакет второй ступени, а за ней пакет первой ступени. Из-за разных функций, выполняемых этими пакетами (см. выше), они имеют разную компоновку и количество пластин. И так как все эти пакеты находятся в одной раме, есть возможность того, что в процессе сервисного обслуживания произойдет ошибка при сборке всего пакета пластин моноблока. То есть, если после разборки моноблока пакеты поменять местами или неправильно их скомпоновать то, вновь собрав аппарат, мы не получим от него заложенных тех характеристик, которые заложены в него изначально.

Таблица. Данные для подбора теплообменников.

С двумя теплообменными аппаратами ситуация проще. В этом случае, даже неправильно собрав весь пакет, мы не получим такого колоссального снижения мощности, расходов и изменения гидравлического сопротивления, как с моноблоком.

В итоге

Плюсы и минусы пластинчатого теплообменника с моноблочной компоновкой:

Плюсы:

1. Небольшая стоимость.

2. Моноблок немного компактнее двух теплообменников.

Минусы:

1. Сложный монтаж и неудобства в облуживания из-за трубопровода на прижимной плите.

2. Меньшая надежность.

3. Менее продуктивная работа.

4. Требовательность к сборке пакета пластин теплообменника.

В настоящее время в системах теплоснабжения всех развитых стран используются преимущественно именно пластинчатые теплообменники, ведь они имеют ряд значимых преимуществ по сравнению с кожухотрубными (подогреватели пароводяные ПП, подогреватели водоводяные ВВП, ПВВ, ПВ ).
Коэффициент теплопередачи пластинчатых теплообменников значительно выше (в 3-5 раз) коэффициента кожухотрубных.
Масса пластинчатых теплообменников меньше массы кожухотрубных в 3-10 раз в зависимости от их мощности. Подводящие трубы к пластинчатым теплообменникам можно присоединять с одной стороны. В пластинчатых теплообменниках проще производить внутренний осмотр. Также их преимуществом перед кожухотрубными является меньшая подверженность вибрации. Вальцовочные соединения в кожухотрубных теплообменниках теряют плотность даже от незначительных вибраций, что чревато перетеканием одной воды в другую, в зависимости от более высокого давления.
Изменение мощности происходит путем увеличения или уменьшения поверхности теплообмена, для этого достаточно просто изменить количество пластин в пакете. В случае применения изменение мощности происходит значительно сложнее.
Важным показателем является и то, что для пластинчатых теплообменников теплоизоляция не требуется, также нет необходимости производить их ремонт на протяжении долгого времени эксплуатации.
Часто очищать теплообменники пластинчатые от отложений нет необходимости. Производить очистку можно двумя способами – механическим или химическим. Выбор способа очистки зависит от состава отложений.
Механическим способом теплообменники очищаются от кальциевых отложений. Для этого нужно разобрать устройство и очистить его, например, щеткой или чем-то подобным. Для небольших теплообменников такой способ очистки занимает около четырех часов, а для больших теплообменников с большим количеством пластин примерно восемь. Перед разборкой замеряется расстояние между плитами и по этому размеру изготавливается шаблон. После сборки нужно довести расстояние между плитами до первоначального для восстановления усилия стяжки шпилек.
Химическая очистка применяется к механически прочным отложениям с магнием и кремнием. В зависимости от состава отложений подбирают тип чистящего раствора. Химическая чистка производится следующим образом. При помощи специального устройства, состоящего из насоса и емкости для разведения раствора, происходит циркуляция чистящего средства через теплообменник. Для подобной очистки необходимо, чтобы подводящие и отводящие трубопроводы были оснащены штуцерами или специальными фланцами со штуцерами. В силу агрессивности химических растворов, трубопроводы из углеродистой стали нужно оградить от их губительного воздействия, например, путем отключения трубопроводов от теплообменников перед очисткой.

При движении по межпластинному каналу нагреваемая среда обтекает волнистую поверхность пластин, обогреваемых с обратной стороны греющей средой. Нагреваемая среда затем попадает в продольный коллектор и выходит из аппарата через другой штуцер.

Греющая среда движется в аппарате навстречу нагреваемой и поступает в штуцер, проходит через нижний коллектор, распределяется по каналам и движется по ним. Через верхний коллектор и штуцер греющая среда выходит из теплообменника.

Основным узлом теплообменника является теплопередающая пластина. Общий вид пластины с прокладкой приведены на рисунке. Внешний вид («рисунок» пластины) - это визитная карточка любого теплообменника. «Рисунок» должен обеспечивать равномерное распределение потока по всей поверхности пластины, высокую турбулентность потока даже при малых его скоростях, и в то же время обеспечить необходимую жесткость пластины.

Пластины собираются в пакет таким образом, что каждая последующая пластина повернута на 180 о относительно смежных, что создает равномерную сетку пересечения и взаимных точек опор вершин гофр.

Между каждой парой пластин образуется щелевой канал сложной формы, по которым и протекает рабочая среда. Такие каналы получили наименование сетчато - поточных. Жидкость при движении в них совершает пространственное трехмерное извилистое движение, при котором происходит турбулизация потока.

Особенностью каналов является то, что суммарная площадь поперечного сечения межпластинного канала, перпендикулярного основному направлению движения потока жидкости, остается постоянной по всей длине пластины, за исключением участков входа и выхода. Расположение коллекторных отверстий для входа и выхода рабочей среды на углах пластины - одностороннее (левое или правое).

Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят от эксплуатационных требований к пластинчатому теплообменнику. Пластины штампуются из коррозийно-стойкого листового металла, марок Aisi-316, Aisi-321, титан и другие. По контуру пластины расположен паз для резиновых уплотняющих прокладок. Угловые отверстия для прохода рабочей среды имеют форму, обеспечивающую снижение гидравлических сопротивлений на входе в канал и выходе из него, снижение отложений на этих участках и позволяющую более рационально использовать всю площадь пластины для теплообмена.

Преимущества применения и эксплуатации пластинчатых теплообменников

1. Экономичность и простота обслуживания. При засорении ПТО может быть разобран, промыт и собран двумя работниками невысокой квалификации в течении 4-6 часов. При обслуживании кожухогрубчатых теплообменников (КТТО) процесс очистки трубок часто ведет к их разрушению и закупорке.

2. Низкая загрязняемость поверхности теплообмена вследствие высокой турбулентности потока жидкости, образуемой рифлением, а также качественной полировки теплообменных пластин.

3. Срок эксплуатации первой выходящей из строя единицы уплотнительной прокладки достигает 10 лет. Срок работы теплообменных пластин 15-20 лет. Стоимость замены уплотнений от стоимости ПТО колеблется в пределах 15-25 %, что экономичнее аналогичного процесса замены латунной трубной группы в КТТО, составляющей 80-90% от стоимости аппарата.

4. Стоимость монтажа ПТО составляет 2-4 % от стоимости оборудования соответственно. Что ниже на порядок, чем у кожухотрубчатого теплообменника.

5. Даже теплоноситель с заниженной температурой в системах теплоснабжения позволяет нагревать воду в ПТО до требуемой температуры.

6. Индивидуальный расчет каждого ПТО по оригинальной программе завода-изготовителя позволяет подобрать его конфигурацию в соответствии с гидравлическим и температурным режимами по обоим контурам. Расчет производится в течении 1-2 часов.

7. Гибкость: в случае необходимости площадь поверхности теплообмена в пластинчатом теплообменнике может быть легко уменьшена или увеличена простым добавлением или убавлением пластин при необходимости.

8. Двухступенчатая система ГВС, реализованная в одном теплообменнике, позволяет значительно сэкономить на монтаже и уменьшить требуемые площади под индивидуальный тепловой пункт.

9. Конденсация водяного пара в ПТО снимает вопрос о специальном охладителе, т.к. температура конденсата может быть 50 °С и ниже.

10. Устойчивость к вибрациям: пластинчатые теплообменники высокоустойчивы к наведенной двухплоскостной вибрации, которая может вызвать повреждения трубчатого аппарата.

Вывод: применение нового технологичного оборудования позволяет наряду с экономией первоначальных затрат (20-30%) переходить на другие режимы работы. Достигается более эффективное использование источников энергии, повышение их КПД. Окупаемость перевооружения объектов в теплоэнергетике колеблется от 2 до 5 лет, а в некоторых случаях достигает нескольких месяцев.

C анализом российского рынка пластинчатых теплообменников Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок пластинчатых теплообменников в России ».

[email protected]
WWW: www.akpr.ru

Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
. Маркетинговые исследования
. Технико-экономическое обоснование
. Бизнес-планирование

Всем уже давно известна двухступенчатая смешанная система горячего водоснабжения, реализованная на таком типе пластинчатых теплообменников, как моноблок. Моноблок - специальный тип пластинчатого теплообменника для двухступенчатой системы ГВС, в котором обе ступени размещены в одном корпусе, такой теплообменник имеет шесть патрубков.

• Н1 - Вход обратного теплоносителя из системы отопления.
• Н2 - Вход циркуляционной воды ГВС.
• Н3 - Выход нагретой воды ГВС.
• Н4 - Вход горячего теплоносителя из теплосети.
• F3 - Вход холодной водопроводной воды.
• F4 - Выход общего обратного теплоносителя в теплосеть.

Широту применения моноблока обусловили следующие факторы: большая компактность, по сравнению с двумя отдельными теплообменниками, и, соответственно, меньшая стоимость. Эти же факторы являются основными и, пожалуй, единственными плюсами моноблока. Попробуем определиться с минусами.

«Простота» монтажа

Кажется естественным то, что смонтировать маленький аппарат гораздо проще, чем два таких же. Но что мы получаем в результате монтажа моноблока? Смонтированный моноблок выглядит как человек-паук, опутанный гирляндами трубопроводов арматуры и измерительных приборов, если они присутствуют, конечно. Сразу же теряется такая важная вещь, как удобство обслуживания. Если в обычном пластинчатом теплообменнике все патрубки расположены на неподвижной плите (Н1-Н4) и для его обслуживания и ремонта требуется всего лишь отключение теплообменника и сброс давления, то для разборки моноблока потребуется отсоединение патрубков от подвижной задней плиты. Далее, если трубопроводы задней плиты перекрывают доступ к моноблочному теплообменнику, то это также усложняет доступ к нему. То есть для нормальной эксплуатации моноблока следует,во-первых, сделать грамотный проект привязки его к существующим трубопроводам теплоносителя, холодной и горячей воды с целью обеспечения нормального доступа для обслуживания и ремонта. И, во-вторых, следует предусмотреть специальный вариант крепления трубопроводов к задней плите (через какие либо съемные элементы) для того, чтобы обеспечить подвижность задней плиты без передвижения теплообменника с места. Поэтому зачастую смонтированный моноблок занимает объем не меньший, чем два отдельных теплообменника.

Вопросы надежности

Естественно, два отдельных аппарата надежнее одного, выполняющего такую же функцию. Что мы имеем при выходе из строя одного из теплообменников? В этом случае мы сможем работать с частичной нагрузкой системы ГВС, пока ремонтируется или обслуживается второй. Моноблок же при выходе из строя даже одной из ступеней должен быть выведен из работы весь, т. к. корпус один на обе ступени.

Функциональность, эффективность

В подборе моноблочного теплообменника тоже есть свои нюансы. Зачастую трудно или практически невозможно создать моноблочную компоновку двухступенчатой смешанной схемы ГВС, по эффективности равную двум отдельным теплообменникам. Это обусловлено тем, что используемый тип пластины в моноблоке для обеих ступеней один. И в пределах теплофизических свойств этого типа нам приходится решать задачу по компоновке пакетов для обеих ступеней, в то время, как первая и вторая ступени могут различаться, как минимум, по расходам, особенно по стороне теплоносителя. Например, требования для первой ступени - это способность пропустить суммарный расход теплоносителя системы отопления и теплоносителя второй ступени при обеспечении небольших гидравлических сопротивлений и среднем теплосъеме. Требования же для второй ступени - это относительно небольшие расходы по стороне теплоносителя и воды ГВС, более высокие допустимые гидравлические сопротивления и существенно больший теплосъем. То есть, если бы это были два отдельных теплообменника, то теплообменник первой ступени должен быть с большим диаметром патрубков и с «короткой» пластиной, а теплообменник второй ступени с меньшим диаметром патрубка и более «длинной» пластиной.

Рассмотрим вариант задания для подбора оборудования для двухступенчатой смешанной схемы. шсходные данные таковы: нагрузка системы ГВС 0,4 Гкал/ч, нагрев холодной воды с 5°С до 60°С, нагрузка системы топления 1,2 Гкал/ч, температурный график 150/70.

Разбивая нагрузку по ступеням, в соответствии с СП 41-101-95 для заданных условий получаем исходные данные для подбора теплообменников ступеней:

I ступень

II ступень

* NTU - число единиц переноса теплоты. Теплотехника. В. Н. Луканин, М. Г. Шатров и др., Высшая школа, Москва, 1999г.

Фактически величина NTU характеризует тот тепловой режим, на котором будет работать теплообменник. Чем больше NTU, тем больше должна быть тепловая «длина» пластины теплообменника.

В нашем случае видно, что теплообменник второй ступени должен обладать большей, почти на 50%, способностью к теплосъему (тепловой «длиной»), чем теплообменник первой ступени. Кроме того, расходы по греющей стороне обеих ступеней отличаются почти в три раза. Это означает, что если для теплообменника второй ступени достаточны патрубки Ду32, то для теплообменника первой ступени патрубки должны быть больше, не менее Ду50.

Пакет пластин

Как уже отмечалось выше, моноблок - это, по сути, два теплообменника, размещенных в одной раме. А значит, и два пакета пластин, размещенных в одной раме, разделенных разворотной пластиной, имеющей два (верхних или нижних) глухих отверстия порта. Обычно ближе к неподвижной плите находится пакет второй ступени, а за ней пакет первой ступени. Но из-заразных функций, выполняемых этими пакетами (см. выше), они имеют разную компоновку и количество пластин. ш так как все эти пакеты находятся в одном корпусе, есть вероятность того, что в процессе обслуживания произойдет ошибка при сборке всего пакета пластин моноблока. То есть, если после разборки моноблока пакеты поменять местами или неправильно их скомпоновать (например, пластины первой ступени с малой тепловой «длиной» установить для второй ступени и наоборот), то, вновь собрав аппарат, мы не получим от него тех характеристик, которые были заложены в него изначально.

С двумя отдельными аппаратами ситуация проще. В этом случае, даже неправильно собрав весь пакет, мы не получим такого фатального снижения тепловой мощности, расходов и изменения гидравлического сопротивления, как в случае с моноблоком.

Подводя итоги, сведем все плюсы и минусы пластинчатого теплообменника с моноблочной компоновкой в одну таблицу.

Плюсы и минусы

Плюсы

• Меньшая начальная стоимость.
• Отдельно моноблок компактнее двух теплообменников.

Минусы

• Более сложный монтаж и неудобство в обслуживаниииз-запатрубков на прижимной плите.
• Меньшая надежность.
• Менее эффективная работа.
• Требовательность при сборке пакета пластин.

Результат

Каждый для себя решает сам, что ему важнее - экономия средств или более надежная работа оборудования.

В настоящее время многими компаниями осуществляется производство теплообменников . Данные агрегаты представляют собой специальные устройства, внутри которого происходит теплообмен, осуществляемый между двумя и более теплоносителями. Кроме того, в некоторых случаях теплообмен может осуществляться при помощи поверхности твёрдого тела и теплоносителя.

Существует множество различных моделей теплообменников. Это и спиральные, и кожухотрубные, и витые, и ребристые устройства и т.д. Среди этого большого разнообразия особое внимание следует уделить пластинчатым, так как они пользуются наибольшей популярностью. Их востребованность объясняется немалым количеством преимуществ.

В первую очередь следует отметить такое важное достоинство, как простота обслуживания. В тех случаях, когда происходит засорение данного агрегата, необходимо разобрать устройство и тщательно промыть его. После этого его следует просушить и собрать. При этом для данной процедуры не потребуются какие-то большие физические или временные затраты.

Второе преимущество связано с тем, что при использовании данного типа теплообменника можно наблюдать низкий уровень загрязняемости поверхности теплообмена. Это достигается за счёт высокой турбулентности потока жидкости, которая образуется рифлением. Кроме того, на данный фактор влияет также и то, что теплообменные пластины имеют качественную полировку.

Третье важное достоинство заключается в экономичности. Данный агрегат способен прослужить более 20 лет. При этом если в процессе потребуется провести замену пластин, то это легко можно сделать, при этом сэкономив немалые средства. Так, например, при ремонте кожухотрубного агрегата придётся распрощаться с большей суммой денег.

Поскольку речь зашла о пластинах, следует также сказать о том, что объём такого типа теплообменника в любой момент можно увеличить или уменьшить. Всё, что для этого требуется, - только добавить нужное количество пластин или, наоборот, убрать их. Это также является весьма существенным преимуществом такого рода оборудования.

Однако, несмотря на большое количество достоинств, необходимо также отметить и недостатки данного агрегата. Самым главным минусом пластинчатого теплообменника будет то, что если использовать некачественный теплоноситель, то устройство в скором времени загрязнится.

Заказать пластинчатый теплообменник или приобрести устройство другого типа в настоящее время можно при помощи интернета. Кроме того, он также позволит, к примеру, заказать монтаж ИТП или воспользоваться любой другой услугой для создания комфортных условий проживания.