Пластинчатые теплообменники бывают различных конструкции, применяются в основном, когда коэффициенты теплообмена для обоих теплоносителей приблизительно равны. В настоящее время эти теплообменники очень компактны и по технико – экономическим и по эксплуатационным показателям превосходят большинство кожухотрубных теплообменников. Однако эксплуатировать эти аппараты при сверх высоких давлениях и температурах значительно сложнее (а многие из них и вовсе невозможно) по сравнению с кожухотрубными.
Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата: первые буквы обозначают тип аппарата - теплообменник Р (РС) разборный (полусварной); следующее обозначение - тип пластины; цифры после тире - толщина пластины, далее - площадь поверхности теплообмена аппарата (кв.м), затем - конструктивное исполнение (в соответствии с табл.2 в прил.8 СП 41-101-95), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3 в прил.8 СП 41-101-95).
В прил.8 СП 41-101-95 рассматриваются теплообменники с тремя типами пластин – 0,3р, 0,6р и 0,5Пр. При высоких давлениях целесообразнее применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/кв.см). Я же для своего расчета выбираю теплообменник с пластинами типа 0,6р, так как эти пластины большей площади (0,6 кв.м) и сам теплообменный аппарат получается меньше по габаритам.
1). Соотношение числа ходов для греющей 
и нагреваемой 
воды находится по формуле:
Для пластинчатого теплообменника в большинстве случаев принимается 
и 
. Подставив числовые данные, получаем:
Полученное соотношение ходов не превышает 2, значит для повышения скорости воды и, следовательно, для эффективного теплообмена целесообразна симметричная компоновка (см.рис 4)
|
|
Рис. 4. Симметричная компоновка пластинчатого водоподогревателя
2). При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость воды в каналах принимается по ГОСТ 15515 равной 
= 0,4 м/с. Основные технические параметры пластины 0,6р занесем в таблицу №3.
Теперь по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде 
:
где 
- живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника 
, тогда
Плотность воды и ее расход здесь и при дальнейших расчетах будет подставляться из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.
3). Компоновка водоподогревателя симметричная, т.е. 
. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды:
Таблица №3
| Показатель | Числовое значение |
| Габариты (длина х ширина х толщина), мм | 1375х600х1 |
| Поверхность теплообмена, кв.м | 0,6 |
| Вес (масса), кг | 5,8 |
| Эквивалентный диаметр канала, м | 0,0083 |
| Площадь поперечного сечения канала, кв.м | 0,00245 |
| Смачиваемый периметр в поперечном сечении канала, м | 1,188 |
| Ширина канала, мм | |
| Зазор для прохода рабочей среды в канале, мм | 4,5 |
| Приведенная длина канала, м | 1,01 |
| Площадь поперечного сечения коллектора | 0,0243 |
| Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера, мм | |
| Коэффициент общего гидравлического сопротивления | 
|
Коэффициент гидр. сопротивления штуцера 
| 1,5 |
| Коэффициенты: А Б | 0,492 3,0 |
|
|
Теперь по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде 
:
где 
- живое сечение одного межпластинчатого канала. Для выбранного теплообменника , тогда
Плотность воды и ее расход здесь и при дальнейших расчетах будет подставляться из расчетов, сделанных для кожухотрубного теплообменника.
4). Находим фактические скорости греющей и нагреваемой воды, м/с
5). Коэффициент теплоотдачи 
от греющей воды к стенке пластины определяется по формуле
где А - коэффициент, зависящий от типа пластин, для типа выбранных пластин А=0,492 (см. табл.№3).
6). Коэффициент тепловосприятия 
от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле
7). Коэффициент теплопередачи 
определяется по формуле:
где 
- коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7-0,85. Толщина пластины и коэффициент теплопроводности пластины для пластинчатых теплообменников по ГОСТ 15518 равны соответственно
и 
8). Теперь определим необходимую поверхность нагрева 
по формуле:
9). Количество ходов в теплообменнике 
:
где 
- поверхность нагрева одной пластины, кв.м.
Число ходов округляется до целой величины, в нашем случае до 1.
В одноходовых теплообменниках четыре штуцера для подвода и отвода греющей и нагреваемой воды располагаются на одной неподвижной плите.
10). Действительная поверхность нагрева всего водоподогревателя определяется по формуле
|
|
11). Потери давления 
в водоподогревателях следует определять по формулам:
для нагреваемой воды
для греющей воды
где 
- коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен единице, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таких данных можно принимать 
.
Б - коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по табл. 3.
В результате расчета по табл.2 из прил.8 СП 41-101-95 в качестве водоподогревателя горячего водоснабжения принимаем теплообменник разборной конструкции (Р) с пластинами типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, из стали 12Х18Н10Т (исполнение 01), на двухопорной раме (исполнение 2К), с уплотнительными прокладками из резины ИРП 1225 (исполнение 4). Поверхность нагрева - 55,8 кв.м. Условное обозначение такого аппарата будет выглядеть Р 0,6р-0,8-55,8-2К-01-4, его габариты 
.
Вывод
Эти простейшие тепловые расчеты двух теплообменных аппаратов одинаковой тепловой производительности показывают, что коэффициент теплопередачи за счет более значительной турбулизации потоков практически в 1,5 раза выше у пластинчатого теплообменника, чем у кожухотрубного. Площадь теплообмена, необходимая для придания теплоносителям заданных параметров тоже в 1,5 раза ниже у пластинчатого. Конструктивные размеры у полученного кожухотрубного теплообменного аппарата 
, габариты полученного пластинчатого лежат в пределах 
, что значительно меньше.
Однако, если четко настаивать на техническом превосходстве пластинчатых теплообменников, то полученные расчеты теплообменника по ГОСТ 15515 неудачны. В таблице 7 из приложения №8 СП 41-101-95 предоставляются варианты пластинчатых теплообменников фирмы производителя “СВЕП”, в которых коэффициент теплопередачи достигает порядка 
. Следовательно, если за основу расчета взять теплообменники этой фирмы, то полученные габариты аппарата были бы гораздо меньше.
Однако, расчеты выявляют и некоторые недостатки пластинчатых аппаратов, например, гидравлические потери как по греющей так и по нагревающей среде в 4 раза больше, чем у рассчитываемого кожухотрубного аппарата.
Список использованной литературы
1. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. М.:Энергоатомиздат, 1986.
2. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М.: Энергия, 1972.
3. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1998.
4. Свод правил “Проектирование тепловых пунктов” СП 41-101-95.
5. Справочник по теплообменникам. Том 2. Перевод О.Г.Мартыненко. М.:Энергоатомиздат, 1989.