|
W artykule poddano analizie rozwiązania konstrukcyjne oraz zasadę działania rozbieralnych i częściowo rozbieralnych płytowych wymienników ciepła stosowanych w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych. Omówiono rodzaje uszczelek stosowanych w wymienionych wymiennikach, przedstawiono ich zalety oraz zakresy stosowalności poszczególnych materiałów uszczelkowych. Zwrócono uwagę na oddziaływanie ziębników czystych oraz ziębników w mieszaninie z olejami roboczymi na materiały uszczelek. Przedstawiono również procedurę wymiany uszczelek klejonych i zaciskowych oraz omówiono podstawowe czynności związane z eksploatacją wymienników płytowych (czyszczenie, konserwacja).
W artykule [2] zwrócono uwagę na szerokie możliwości aplikacyjne płytowych wymienników ciepła (PHE – ang. Plate Heat Exchanger) m.in. w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych, przedstawiono zalety płynące ze stosowania PHE oraz zakresy parametrów pracy poszczególnych konstrukcji wymienników płytowych. Analizie poddano rozwiązania konstrukcyjne płyt przepływowych oraz omówiono sposoby realizacji przepływu współdziałających termicznie czynników.
W przypadku instalacji chłodniczych płytowe wymienniki ciepła wykorzystywane są głównie jako parowacze i skraplacze, w których zachodzą procesy związane ze zmianą fazy. PHE często stosuje się także jako aparaty do odzysku ciepła przegrzania lub do dochłodzenia ciekłego ziębnika, czyli w procesach przebiegających bez zmiany fazy (mających na celu schłodzenie lub podgrzanie medium). Ponadto wymienniki płytowe znalazły zastosowanie w urządzeniach do odzysku ciepła odpadowego z różnych procesów technologicznych, w instalacjach do przygotowania c.w.u. i ogrzewania podłogowego, w instalacjach solarnych. Znane jest również wykorzystanie wymienników płytowych jako ekonomizerów w sprężarkach śrubowych.
Z uwagi na szerokie możliwości aplikacyjne płytowych wymienników ciepła, w ostatnich latach obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania tego typu aparatami ze strony wielu gałęzi przemysłu [2]. Dlatego też oferta producentów wymienników płytowych stale się poszerza, co umożliwia spełnienie oczekiwań klientów poprzez dobór optymalnego rozwiązania niemal dla każdych warunków pracy.
Rozwiązania konstrukcyjne płytowych wymienników ciepła
Podstawowym elementem wszystkich wymienników płytowych są specjalnie tłoczone płyty, które połączone ze sobą w pakiety (spawane, lutowane, skręcane) tworzą kanały przepływowe dla współdziałających termicznie czynników. Duża różnorodność kształtów i głębokości wytłoczeń płyt pozwala na optymalizację procesów wymiany  ciepła pomiędzy czynnikami oraz wielkości spadków ciśnienia, co ma decydujący wpływ na cieplną i hydrauliczną charakterystykę wymiennika płytowego, a tym samym na jego przeznaczenie. Wprowadzone innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne płyt (np. system podwójnej ścianki – Double Wall, komora bezpieczeństwa – Safety Chamber™, system rozdzielczy czynnika chłodniczego – Delta-Injection™ czy też system pełnego przepływu medium – Full-Flow System™ [2,5]) sprawiły, że obecnie płytowe wymienniki ciepła to efektywnie działające aparaty o szerokim zakresie wydajności, zwartej budowie, wysokiej niezawodności działania i bezpieczeństwie użytkowania oraz stale rosnącym zakresie zastosowania.
Podział płytowych wymienników ciepła ze względu na rozwiązanie konstrukcyjne przedstawiono schematycznie na rys. 1. (...)
 Charakterystyka konstrukcyjna rozbieralnych PHE
Do tej grupy płytowych wymienników ciepła zalicza się płytowe wymienniki skręcane, zwane też uszczelkowymi. Zasadniczą zaletą tego typu aparatów jest możliwość szybkiego dostępu do całej powierzchni wymiany ciepła celem przeprowadzenia prac serwisowych (konserwacyjnych) oraz możliwość elastycznej zmiany wielkości wymiennika (tym samym jego wydajności) poprzez zmianę ilości płyt, co pozwala na dostosowanie wy miennika do zmieniających się warunków procesowych oraz uniknięcie kosztownych nakła dów inwestycyjnych.
Skręcane PHE stosowane są przede wszystkim w instalacjach o dużych mocach cieplnych oraz w przypadku małych różnic temperatury pomiędzy współdziałającymi czynnikami. Z tych też powodów wymienniki skręcane wykorzystuje się najczęściej w układach typu ciecz-ciecz. W instalacjach chłodniczych, gdzie mamy do czynienia np. z obiegami roztworu glikolu i wody można wprawdzie stosować wymienniki lutowane, lecz zazwyczaj wykorzystuje się właśnie wymienniki skręcane. Wynika to z wielkości urządzenia zapewniającej odpowiednio dużą powierzchnię wymiany ciepła niezbędną do realizacji procesu przy niewielkiej różnicy temperatur (gradient temperatury często nie przekracza wartości 2,0 K).
Budowa i zasada działania (...)
Charakterystyka konstrukcyjna wymienników częściowo rozbieralnych
Wszędzie tam, gdzie w jednej z przestrzeni roboczych mamy do czynienia z przepływem medium agresywnego wobec materiałów uszczelek (lub rodzaju zastosowanego materiału spoiny w płytowych wymiennikach lutowanych bądź spawanych) stosowane są wymienniki płytowe spawano-skręcane, zwane również modułowymi lub kasetowymi. Charakterystycznym elementem tego typu wymienników ciepła jest tzw. moduł (kaseta), który tworzą dwie zespawane laserowo płyty, dzięki czemu uzyskuje się hermetycznie zamknięty system kanałów, którymi przepływa medium agresywne lub krytyczne wobec materiału uszczelki. Laserowy spaw zastępuje więc uszczelkę w obiegu czynnika agresywnego. Natomiast w przestrzeni pomiędzy kolejnymi modułami (kasetami) płynie czynnik neutralny dla materiału uszczelnienia, dlatego stosuje się tam standardową uszczelkę elastomerową dobraną dla konkretnego procesu i danych warunków pracy wymiennika (rys. 4). Kontakt z medium agresywnym mają jedynie dwie specjalne pierścieniowe uszczelki – wykonane z materiałów o wysokiej odporności – umieszczone w gniazdach wokół kanałów gwarantujące przepływ czynnika pomiędzy dwoma sąsiednimi modułami. (...)
Materiały na uszczelki
Do najczęściej wykorzystywanych materiałów na uszczelki w płytowych wymiennikach ciepła stosowanych w chłodnictwie należą: kauczuk nitrylowy (NBR), uwodorniony kauczuk nitrylowy (HNBR), kauczuk chloroprenowy (CR) oraz guma butylowa (IR).
Rodzaje materiałów na uszczelki w zależności od zakresu temperatur pracy i zakresu zastosowania wymiennika ciepła przedstawia tabela 1. Wykaz materiałów na uszczelki w wymiennikach stosowanych w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych zebrano w tabeli 2. (...) 
Montaż / wymiana uszczelek (...)
 Konserwacja i czyszczenie płytowych wymienników ciepła
W zależności od własności czynników przekazujących ciepło oraz miejsca aplikacji płytowego wymiennika ciepła, wydajność jego wraz z upływem czasu może ulegać spadkowi na skutek gromadzenia się różnego rodzaju zanieczyszczeń. Proces ten powoduje zmniejszenie wartości współczynników wymiany ciepła, zakłóca charakterystykę hydrauliczną i cieplną wymiennika, a tym samym wpływa na spadek jego sprawności i wydajności.
Dla utrzymania najwyższej jakości pracy płytowych wymienników ciepła podstawowym warunkiem jest czystość płyt. Istnieją dwie główne metody usuwania zanieczyszczeń:
● czyszczenie ręczne w drodze demontażu wymiennika
oraz
● czyszczenie na miejscu (metoda CIP – ang. Cleaning-In-Place) dzięki cyrkulacji medium myjącego – bez konieczności demontażu wymiennika. (...)  Podsumowanie
Rozbieralne i częściowo rozbieralne płytowe wymienniki ciepła w większości swoich zastosowań są aparatami o znikomej potrzebie obsługi. Jeżeli obsługa ta jest jednak konieczna, wówczas polega ona na kontroli i demontażu pakietu płyt i uszczelek, czyszczeniu powierzchni wymiany ciepła oraz ewentualnej wymianie uszkodzonych elementów i ponownym montażu wymiennika.
Uszczelkowe i modułowe PHE posiadają wiele charakterystycznych cech, które sprawiły, że możliwości aplikacyjne tych typów wymienników są obecnie bardzo szerokie. Ze względu na konstrukcję umożliwiającą przebudowę wymiennika i dostosowanie jego wydajności do potrzeb bez konieczności ponoszenia znacznych nakładów inwestycyjnych, wysoką efektywność wymiany ciepła, możliwość stosowania specjalnych systemów mocowania uszczelek bezklejowych, kompaktową budowę, łatwy i szybki dostęp do pakietu płyt, a w przypadku wymienników modułowych również z uwagi na możliwość współpracy z czynnikami agresywnymi, znalazły one najszersze zastosowanie w dużych instalacjach chłodniczych i ciepłowniczych, a także instalacjach c.w.u. oraz podgrzewania wody basenowej. Szeroki zakres parametrów pracy tych wymienników ciepła (ciśnienie – do 25 MPa, temperatura – od -40 do +180oC, moc cieplna – do 40 MW, przepływ objętościowy – do 1800 m3/h, współczynnik przenikania ciepła – do 8000 W/m2•K) oraz intensywne prace badawczorozwojowe pozwalają przypuszczać, że ich zastosowanie będzie w przyszłości jeszcze większe. [3, 4, 5, 6, 7, 8]
Analiza konstrukcyjna lutowanych i spawanych płytowych wymienników ciepła oraz podstawowe zasady doboru PHE będą tematem kolejnego artykułu.
LITERATURA
[1] FLOREK R., RESZEWSKI S.: Substytuty ziębnika R 22 – analiza własności termodynamicznych i użytkowych, Chłodnictwo & Klimatyzacja, 8/2005.
[2] FLOREK R., PAWLUS J.: Płytowe wymienniki ciepła w instalacjach chłodniczych – charakterystyka konstrukcyjna i przepływowa. Zastosowanie, konstrukcja i materiały płyt, Chłodnictwo & Klimatyzacja, 5/2006.
[3] Materiały informacyjne firmy Alfa Laval.
[4] Materiały informacyjne firmy APV Invensys.
[5] Materiały informacyjne firmy GEA PHE Group.
[6] Materiały informacyjne firmy SONDEX.
[7] Materiały informacyjne firmy SWEP & Tranter.
[8] Materiały informacyjne firmy Thermowave.
[9] Materiały informacyjne firmy EKO-MIX. wydanie 11/2007 CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:
TRADYCYJNĄ E-WYDANIE |
