Пластинчатые теплообменники представляют собой разборные теплообменные аппараты. Поверхность теплообмена состоит из тонких металлических штампованных пластин, изготовленных из коррозийностойких сталей.
Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулизацию потоков рабочих сред, за счет чего повышается коэффициент теплопередачи и уменьшается количество отложений и загрязнении на рабочих поверхностях.
Для уплотнения межпластинных каналов используются прокладки из термостойкой резины. Уплотнительные прокладки крепятся на пластине таким образом, что после сборки и сжатия пластины в аппарате образуют две системы герметичных межпластинных каналов, по которым протекают жидкости, участвующие в теплообмене.
В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке), и горячая жидкость передает тепло через стенку пластины. Теплопередача зависит от профиля пластины. Различные профили пластин определяют коэффициент передачи тепла.
Конструкция пластинчатого теплообменника.
Пластинчатый теплообменник относится к типу поверхностных теплообменных аппаратов, т.е. среды участвующие в процессе теплообмена не смешиваются, а только обмениваются теплом через разделяющую их стенку. Конструктивно пластинчатый теплообменник представляет собой пакет теплообменных пластин и прокладок, установленный в специальную раму и стянутый резьбовыми шпильками до определенного размера. Такая конструкция теплообменника обеспечивает эффективную компоновку теплообменной поверхности и, как следствие малы габарите размеры самого аппарата. Пакет пластин размещается между неподвижной и прижимной плитами и закрепляется с помощью верхней и нижней направляющих, стойки и соединительных элементов. Разборные теплообменные аппараты могут собираться на консольной, двухопорной и трехопорной раме, в зависимости от типа пластин и величины поверхности теплообмена. Конструкция пластинчатого теплообменника показана на рисунке 3.2.2.
Конструкция аппаратов позволяет набирать любую (от 5 до 1750 м2) поверхность теплообмена. Тип и количество пластин зависит от требуемой теплопередачи. Сборка пластин гарантирует надежное взаимное уплотнение проточных каналов, а также определяет направление потока в теплообменнике.
Рисунок 3.2.2 - Конструкция пластинчатого теплообменника
1 - неподвижная плита; 2 - прижимная плита; 3 - опора; 4 - верхняя направляющая; 5 - нижняя направляющая; 6 - направляющий ролик; 7 - стяжная шпилька; 8 - крепежный болт; 9 - резиновая втулка; 10 - уплотнение; 11 - теплообменные пластины.
Расчет пластинчатого теплообменника.
Для расчета нового подогревателя сырой воды принимаются следующие исходные данные:
- Расход сырой воды через теплообменники, Dсыр.в. = 126 кг/с = 452 т/ч;
- Температура сырой воды на входе в ПСВ №1,2, t1сыр.в = 6,4 ºС;
- Температура сырой воды на выходе из ПСВ №1,2, t2сыр.в = 30 ºС;
- Температура прямой сетевой воды, tсв1 = 81 ºС;
- Температура обратной сетевой воды, tсв2 = 57 ºС;
- Температура сетевой воды на выходе из теплообменника, tсв = 26 ºС;
Тепловой расчет теплообменника.
Тепловая мощность подогревателя определяется по формуле:
Qсыр.в. = Dсыр.в. · (t2сыр.в – t1сыр.в) ·10-3, (3.2.2.1)
Qсыр.в. = 452 · (30 - 6,4) ·10-3 = 10,65 Гкал/ч,
Теплофизические свойства теплоносителей:
а) Средняя температура греющего теплоносителя:
, (3.2.2.2)
ºС
б) Плотность греющего теплоносителя:
, (3.2.2.3)
кг/м3
в) Кинематическая вязкость греющего теплоносителя:
, (3.2.2.4)
м2/с
г) Коэффициент теплопроводности греющего теплоносителя:
, (3.2.2.5)
Вт/(м2°С)
д) Удельная средняя массовая теплоемкость греющего теплоносителя:
, (3.2.2.6)
(Дж/кг°С)
е) Число Прандтля греющего теплоносителя:
, (3.2.2.7)
3,23
ж) Средняя температура нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.8)
ºС
з) Плотность нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.9)
кг/м3
и) Кинематическая вязкость нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.10)
м2/с
к) Коэффициент теплопроводности нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.11)
Вт/(м2 °С)
л) Удельная средняя массовая теплоемкость нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.12)
(Дж/кг°С)
м) Число Прандтля нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.13)
н) Число Прандтля ГТ и НТ при средней температуре стенки пластины:
, (3.2.2.14)
1) По заданным температурам теплоносителей, при условии противоточного движения теплоносителей, определяем среднелогарифмическую разность температур теплоносителей:
, (3.2.2.15)
33 ºС
где ∆tб - большая разность температур ГТ и НТ;
∆tм - большая разность температур ГТ и НТ.
После расчета Θm выбираем любой тип пластин и записываем ее тип и технические характеристики в таблицу 3.2.2.
Таблица 3.2.2 - Техническая характеристика пластины типа 05Пр
| Показатель | Обозначение | Размерность | Числовое значение |
| Габариты (длина х ширина х толщина) | мм | 1375х600х1 | |
| Вес (масса) | кг | 5,8 | |
| Толщина пластины | δст | м | 0,001 |
| Поверхность теплообмена пластины | F1 | м2 | 0,6 |
| F2 | м2 | 0,6 | |
| Эквивалентный диаметр канала | d1э | м | 0,00825 |
| d2э | м | 0,00825 | |
| Площадь поперечного сечения канала | f01 | м2 | 0,00245 |
| f02 | м2 | 0,00245 | |
| Диаметр условного прохода присоед. штуцера | Dy | м | 0,2 |
| Ширина канала | b1 | м | 0,545 |
| b2 | м | 0,545 | |
| Зазор для прохода рабочей среды в канале | t1 | м | 0,0045 |
| t2 | м | 0,0045 | |
| Приведенная длина канала | L1пр | м | 1,01 |
| L2пр | м | 1,01 | |
| Эмпирический коэффициент | B1 | - | |
| B1 | - | ||
| Эмпирический коэффициент | С | - | 0,1 |
| Коэффициент гидр. сопротивления штуцера |  шт
| - | 1,5 |
| Коэффициент теплопроводности стенки пластины | Вт/м ºС | 16,3 | |
| Допустимые потери давлений по ГТ и НТ в аппарате | ∆Р1 | Па | |
| ∆Р2 | Па |
2) Средняя скорость греющего теплоносителя в каналах теплообменника:
, (3.2.2.16)
м/с
где Kз - задаваемый коэффициент теплопередачи (Kз =500÷5000 Вт/м2 ºС);
- задаваемый коэффициент гидравлического сопротивления аппарата ( =1÷4);
∆Р1 - допустимые потери давлений по ГТ в аппарате (∆Р1 =4200 Па).
3) Число Рейнольдса для греющего теплоносителя:
, (3.2.2.17)
4) Уточненный коэффициент гидравлического сопротивления канала:
, (3.2.2.18)
= 2,09
5) В теплообменниках режим турбулентный (Re >50), поэтому:
Число Нуссельта для греющего теплоносителя:
(3.2.2.19)
48
6) Коэффициент теплоотдачи греющего теплоносителя:
, (3.2.2.20)
3707 Вт/(м2 °С)
7) Средняя скорость нагреваемого теплоносителя в каналах:
, (3.2.2.21)
м/с
8) Число Рейнольдса для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.22)
9) Уточненный коэффициент гидравлического сопротивления канала:
, (3.2.2.23)
10) Число Нуссельта для нагреваемого теплоносителя:
(3.2.2.24)
107
11) Коэффициент теплоотдачи нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.2.25)
7771 Вт/(м2 °С)
12) Расчетный коэффициент теплопередачи:
, (3.2.2.26)
1914 Вт/(м2°С)
где ß1– коэффициент, учитывающий уменьшение теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластинке со стороны ГТ и НТ (ß1 =0,88).
13) Расчетная поверхность нагрева ТА:
, (3.2.2.27)
м2
14) Расход сетевой воды на подогрев сырой воды:
, (3.2.1.28)
53 кг/с = 192 т/ч
Конструкторский расчет.
1) Площадь поперечного сечения пакета:
- по стороне хода греющего теплоносителя:
, (3.2.1.29)
м2
- по стороне хода нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.30)
м2
2) Число каналов в одном пакете:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.31)
шт.
- для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.32)
шт.
3) Число пластин в одном пакете:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.33)
шт.
- для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.34)
шт.
4) Поверхность теплообмена одного пакета:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.35)
м2
- для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.36)
м2
5) Количество пакетов в аппарате:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.37)
Принимаем X1=1 шт.
- для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.38)
2
Принимаем X2=2
6) Число пластин в аппарате:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.39)
=329 шт.
7) Схема компоновки пластин в аппарате при X1=1 и X2=2:
, (3.2.1.40)
где 
- число параллельных каналов в соответствующем пакете тракта греющего теплоносителя;
i - число пакетов в нем;
- число параллельных каналов в соответствующем пакете тракта нагреваемого теплоносителя;
к - число пакетов в нем.
Со стороны первого хода нагреваемого теплоносителя необходим дополнительный канал для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь.
, (3.2.1.41)
Гидравлический расчет.
1) Коэффициент общего гидравлического сопротивления аппарата:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.42)
- для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.43)
2) Потери напора в аппарате:
- для греющего теплоносителя:
(3.2.1.44)
4582,49 Па
- для нагреваемого теплоносителя:
(3.2.1.45)
93579,55 Па
3) Скорость течения воды в штуцерах:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.46)
м/с
- для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.47)
м/с
4) Скорость нагреваемого теплоносителя больше 2,5 м/с, учитываем потери напора в штуцерах:
, (3.2.1.48)
Па
5) Суммарные потери напора в аппарате:
- для греющего теплоносителя:
, (3.2.1.49)
Па = 4,2 кПа
- для нагреваемого теплоносителя:
, (3.2.1.50)
Па = 119,035 кПа