Модуль 108: Применение пластинчатых теплообменников для интеграции высокоэффективных котлов в устаревшие системы — Журнал CIBSE

Доверьтесь результатам 15-летней проверенной работы. Теплообменники Альфа Лаваль с печатными схемами (PCHE) сочетают в себе превосходную надежность и целостность с исключительно высокой скоростью теплопередачи, при этом они на 85 % меньше и легче, чем сопоставимые кожухотрубные и кожухозмеевиковые теплообменники. Уникальная конструкция обеспечивает превосходную производительность, более низкие затраты на установку и эксплуатацию, а также повышенную безопасность. Каждая единица также полностью настраивается в соответствии с вашими потребностями.

Первоклассная эффективность при минимально возможной занимаемой площади

  • Конструкция полностью из нержавеющей стали, доступна в стандартных конфигурациях или полностью настроена по индивидуальному заказу.
  • Прочная конструкция выдерживает давление до 1,250 бар (18,125 196 фунтов на кв. дюйм) и температуру от -320°C (-800°F) до 1472°C (XNUMX°F).
  • Невосприимчивость к пульсациям давления жидкости и вибрации, вызванной потоком жидкости, которые могут вызвать усталостные разрушения
  • Полностью соответствует нормам ASME по котлам и сосудам под давлением (раздел VIII, раздел 1 с сертификационным знаком U) и маркировке CE (согласно PED 2014/68/EU).
  • Соответствие ISO 19880 и SAE J2601 для заправочных колонок водородом.

Теплообменники с печатными схемами Альфа Лаваль — это сверхкомпактное решение для повышения экологичности морских, нефтегазовых, тепловых и возобновляемых источников энергии (таких как системы хранения тепловой энергии, сверхкритические CO).2 энергетические циклы, газотурбинные станции подогрева топливного газа и станции заправки водородом и др.).

Жидкостные микроканалы, полученные фотохимическим травлением, обеспечивают исключительно высокие тепловые характеристики, в то время как современная диффузионная сварка (склеивание) позволяет получить твердое ядро, заполненное областью теплопередачи.

Комбинированный результат — максимальная эффективность и минимальная занимаемая площадь, что обеспечивает минимальную общую стоимость жизненного цикла.

Улавливание, утилизация и хранение углерода

CCU/S будет иметь основополагающее значение для будущего энергетического рынка в отраслях с ограниченными возможностями декарбонизации. Технология теплопередачи Альфа Лаваль может максимально повысить эффективность улавливания углерода.

Хранилище энергии

Долгосрочное хранилище коммунального масштаба позволяет использовать возобновляемые источники энергии круглосуточно и без выходных. Технология теплопередачи Альфа Лаваль является основой экономичных решений по хранению энергии.

Станьте лидером в области заправки водородом

В Альфа Лаваль мы можем помочь вам с высокоэффективными теплообменниками, которые максимизируют заполняющую способность ваших систем, а также советами экспертов по оптимизации вашего процесса предварительного охлаждения водорода.

Читайте также:
Сколько стоит установка вентиляции? (2022)

Приложения

Теплообменники Альфа Лаваль с печатными схемами разработаны специально для обеспечения непревзойденной компактности и эффективности в чистых условиях и при высоком давлении, что выходит за рамки возможностей других пластинчатых теплообменников сварного типа. Прочная конструкция надежно выдерживает давление от полного вакуума до 1,250 бар (18,125 XNUMX фунтов на кв. дюйм).

Типичные морские применения включают испарение под высоким давлением в системах подачи топливного газа (FGSS), регазификацию СПГ на судах FSRU и SRV™. В энергетическом секторе теплообменники с печатной схемой используются для обработки газа и криогенного СПГ. Как правило, это системы компримирования газа на шельфе, системы улавливания углеводородного газа и водяной росы. В СПГ, где желательна высокая рекуперация энергии, они используются в системах обработки выпарного газа и парового газа. Их также можно найти в системах предварительного нагрева топливного газа турбины и применения сверхкритического диоксида углерода (sCO2) для производства электроэнергии.

В приложениях для возобновляемых источников энергии PCHE оказались отличной технологией, подходящей для процессов высокотемпературного длительного хранения энергии (LDES), а также занимающих нишевые позиции в улавливании углерода.

Сочетание проверенных преимуществ нашей классической конструкции PCHE с нашей технологией защиты от замерзания 3DPlate™ также открывает возможность использования по всей энергетической цепочке водородной заправочной станции от жидкости до газа. На водородных заправочных станциях PCHE Альфа Лаваль являются идеальным решением для предварительного охлаждения водорода, позволяя сократить время заправки и время ожидания между заправками при одновременном снижении затрат на установку.

Технические данные

Расчетное давление

EN/CE/PED От вакуума до 1,250 бар изб. (18,125 XNUMX фунтов на кв. дюйм изб.)
От вакуума ASME до 1,250 бар изб. (18,125 XNUMX фунтов на кв. дюйм изб.)

Расчетная температура

Нержавеющая сталь 316/316L от –196°C (криогенная) до 800°C (от –321°F до 1,472°F)

Коммутация

Настраивается от маленькой трубы до большой трубы (от ¼ до 30)

Стандартные материалы

Нержавеющая сталь 304L или 316L (другие материалы доступны по запросу)

Размеры/вес

По запросу, с учетом требований от нескольких килограммов до десятков тонн

Читайте также:
Как добиться современного классического стиля в моде

Как это работает?

Альфа Лаваль Теплообменник с печатным контуром

Принцип работы

Печатные теплообменники работают с двумя или более средами на противоположных сторонах пластины, сваренной методом диффузионной сварки. Можно иметь потоки высокого давления с обеих сторон, а 2D- или 3D-схема пластин может быть оптимизирована для обеспечения необходимой тепловой длины и перепада давления.

Дизайн

Конструкция теплообменника с печатной схемой имеет сложную схему потока, нанесенную химическим травлением на плоские листы материала. Эта схема потока оптимизируется для каждой конкретной задачи заказчика, чтобы обеспечить требуемые тепловые и гидравлические характеристики. Каждая пластина проточного контура может быть разной, что дает возможность асимметричных потоков и оптимизированного двухфазного поведения.

Затем отдельные пластины укладываются в блок и свариваются (склеиваются) диффузионной сваркой в ​​современной печи при высокой температуре и давлении. Несколько блоков могут быть сварены вместе для создания необходимой теплоемкости или площади теплопередачи. Впускной и выпускной коллекторы, патрубки потребителя и (при необходимости) патрубки для слива, вентиляции или очистки образуют сварные узлы коллектора, которые привариваются к готовому сердечнику для завершения теплообменника.

В этой конфигурации достигается расчетное давление до 1,250 бар (18,125 304 фунтов на кв. дюйм) из нержавеющей стали 316/XNUMX.
Площади поверхности теплопередачи подбираются в зависимости от требований.

Модуль 108: Применение пластинчатых теплообменников для интеграции высокоэффективных котлов в устаревшие системы.

Традиционный метод распределения нагретой воды от котла к контурам системы отопления здания использует разделитель с малыми потерями для соединения первичного контура котла со вторичным распределением.

Однако бывают случаи, когда целесообразно гидравлически отделить первичный контур котла от вторичных контуров систем отопления, что может быть достигнуто заменой малопоточного коллектора пластинчатым теплообменником.

В этой статье рассматриваются распространенные типы пластинчатых теплообменников, которые используются в системах коммунального обслуживания зданий, и обсуждается, как их можно с пользой применить вместо традиционного коллектора с низкими потерями в существующих системах при установке новых высокоэффективных котлов.

Основными типами пластинчатых теплообменников (ПТО), используемых в системах инженерных коммуникаций, являются либо разборные (разборные) узлы, либо цельные паяные узлы. Паяные узлы изначально разрабатывались для работы при экстремальных давлениях и температурах, но в настоящее время широко применяются во многих областях. Доступны ПТО различных размеров, способные передавать от нескольких киловатт (кВт) тепла до нескольких мегаватт (МВт).

Читайте также:
Как правильно приклеить панели обшивки стен к гипсокартону - AZ Faux

Рис. 1. Пример разборного пластинчатого теплообменника с разборными конструкциями (Источник: Vaillant/UK Exchangers)

Разборные ПТО, также известные как пластинчато-рамные теплообменники, состоят из нескольких пластин из нержавеющей стали с тиснением, скрепленных болтами, с расположенными между двумя торцевыми рамами (как показано на рис. 1). Рамы и монтажный узел сконструированы таким образом, что их можно разбирать и собирать заново для очистки и осмотра. Прокладки между пластинами разделяют два потока и создают внешнее уплотнение. Выход из строя прокладки не приводит к смешению двух потоков – прокладка устроена так, что такие утечки будут уходить в атмосферу. Пластины с двойными стенками доступны для приложений, где важно, чтобы два потока не смешивались, что может быть уместно для использования в бытовом горячем водоснабжении. Пластины обычно изготавливаются из нержавеющей стали и в паяном варианте соединяются с медью. Более прочные и недорогие паяные теплообменники (например, показанные на рис. 2) являются герметичными компонентами, поэтому их нельзя разбирать для обслуживания.

Горячая жидкость течет по одной стороне каждой пластины, а более холодная жидкость встречно течет по другой стороне. Порты в каждом углу торцевых пластин действуют как коллекторы для жидкости. Одна жидкость проходит через чередующиеся зазоры (или каналы) к другой, и конкретное направление потока будет зависеть от конструкции конкретного производителя. Каналы в ПТО устроены так, что даже при низких значениях простого числа Рейнольдса существует турбулентный поток, поэтому в сочетании с тонкими пластинами из нержавеющей стали с высокой проводимостью они обладают очень хорошими теплообменными характеристиками. По сравнению с кожухотрубным теплообменником теплопередача эквивалентна в четыре-пять раз больше на единицу площади. 1

Теплота, передаваемая от одной текущей жидкости к другой через пластинчатый теплообменник, может быть определена из UA ∆T LM где U – средний коэффициент теплопередачи от одного потока к другому (Вт·м -2 ·K -1 ), A – общая площадь теплопередачи (м 2 ) и ∆T LM – среднелогарифмическая разность температур двух потоков.

∆Т LM определяется по входной и выходной температурам первичного и вторичного контуров. Для противоточного пластинчатого теплообменника, показанного на рис. 2 и рис. 3,

Читайте также:
10 БЛЕСТЯЩИХ ИДЕЕЙ ДЛЯ ЗАНАВЕСОВ В ДЕТСКОЙ ДЛЯ МОМЕНТАЛЬНОГО ОБНОВЛЕНИЯ ДЕТСКОЙ - Студия Дизайна Детской

Помимо того, что это соотношение применяется для оценки проектных мощностей ПТО, также полезно определить, насколько адекватно работает теплообменник во время работы – оценивая, не забит ли он чрезмерно или загрязнен – путем измерения температур и сравнения ∆T LM с тем, когда он был первоначально введен в эксплуатацию. Пластинчатая конструкция теплообмена позволяет достичь большого температурного перехода и, возможно, температурного приближения на 1 К из-за противоточного пути жидкости и высокого U. 1

При выборе ПТО важно получить рекомендации от производителя не только для определения основных параметров размеров, но и для надлежащего учета «обрастания» — скопления отложений на пластинах, которые будут касаться как конструкции, так и гофров пластин и типа жидкости. Если ПТО выбран правильно, то засорение теплообменников отопительной воды, вероятно, будет очень небольшим из-за турбулентного потока, необходимого для правильной работы. При ошибочной переоценке вероятности загрязнения (и последующем снижении значения U) размер ПТО будет завышен, и результирующая скорость воды может быть ниже идеальной, что, по иронии судьбы, будет способствовать повышению уровня загрязнения. В некоторых зданиях, например, в тех, где используется вода из градирен, потенциальное загрязнение может быть более сложным и может включать кристаллизацию, осаждение и рост органических материалов.

ПТО требуют минимального обслуживания, поскольку высокоскоростной и турбулентный поток жидкости в каналах защищает поверхности от загрязнения. Сетчатые фильтры (фильтры) могут быть установлены в трубопроводе перед теплообменником для продления его работоспособности, но их необходимо периодически промывать в рамках программы технического обслуживания. Однако, если более крупные частицы застревают в небольших промежутках между пластинами и, таким образом, препятствуют потоку, можно использовать обратную промывку, чтобы попытаться удалить препятствующий материал.

Рисунок 2: Пример пластинчатого теплообменника из нержавеющей стали, припаянного медью, высотой около 500 мм и шириной 270 мм, который может обеспечить теплообмен от 240 кВт до 1 МВт (Источник фото: Vaillant)

Для поддержания эксплуатационной эффективности демонтаж и очистка ПТО с уплотнителями часто планируются как часть ежегодного плана технического обслуживания. Замена прокладок на больших ПТО требует больших затрат, а техническое обслуживание на месте должно обеспечивать равномерную нагрузку на пластины, их прямоугольность и плоскость путем методичной затяжки болтов с соответствующим крутящим моментом для фиксации прижимной пластины, что обеспечивает долговечность и успешную работу. . Химическая или ультразвуковая очистка может потребоваться для удаления грязи и мусора из паяных ПТО после периода эксплуатации. Это можно сделать на месте, если были установлены соответствующие клапанные устройства.

Читайте также:
Верстак Husky с регулируемой высотой намного лучше, чем я ожидал

Применение ПТО в системах отопления зданий

ПТО уже широко используются в ряде приложений в строительных системах. Чаще всего они встречаются в комбинированных котлах, где паяные ПТО используются для отвода тепла от первичного контура отопления в мгновенный поток ГВС. В коммерческих проточных системах отопления и горячего водоснабжения первичные теплообменники ПТО могут питаться от низко-, средне- или высокотемпературных источников тепла, включая пар. Они также составляют ядро ​​блока теплового интерфейса (HIU), используемого в схемах централизованного теплоснабжения для подачи тепла конечным потребителям. 2

Они все чаще применяются в проектах реконструкции, где в течение всего срока службы системы трубопроводы и фитинги будут разрушаться, что приведет к накоплению в системе твердых частиц и известкового налета (карбоната кальция). Существуют методы удаления твердых частиц, такие как фильтры, сепараторы циклонного типа и магнитные устройства для удаления шлама, но в более старых системах особенно сложно обеспечить отсутствие всех твердых частиц даже после проведения комплексной очистки и промывки. .

Это может повлиять на производительность котла. Например, частичное засорение водотоков может привести к возникновению «горячих точек» внутри котла, что повлияет на производительность до такой степени, что потребуется серьезное техническое обслуживание. Старые чугунные котлы с большими водоводами менее восприимчивы и часто могут справляться с такими условиями, когда твердые частицы могут скапливаться на дне каналов, не вызывая серьезных препятствий. Более новые высокоэффективные котлы имеют меньшие водотоки, поэтому в системе остается меньше места для сбора грязи и мусора без отрицательного влияния на производительность. Конденсационные котлы обычно устанавливаются как часть герметичной системы под давлением, но многие старые системы с открытой вентиляцией не подходят для преобразования в герметичную систему.

Практическое решение состоит в том, чтобы оставить существующую (вторичную) систему открытой, при этом гидравлически разъединив первичный контур с помощью ПТО, чтобы обеспечить защищенный, находящийся под давлением первичный контур для нового котла. ПТО обычно заменяет традиционный коллектор с низкими потерями, основная функция которого заключается в гидравлическом разделении первичного и вторичного контуров, как показано на рисунке 4.

Читайте также:
Как рассчитать стоимость и количество деревянной двери и коробки? | Lceted -lceted LCETED ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИНЖЕНЕРОВ

Важно правильно подобрать размер теплообменника не только для подачи необходимого тепла во вторичный контур, но и для обеспечения того, чтобы насосы первичной и вторичной систем могли выдерживать гидравлическое сопротивление. Падение давления на вторичной стороне ПТО, вероятно, будет между 10 кПа и 30 кПа. Это сопоставимо с давлением менее 10 Па в коллекторе с низкими потерями. Чтобы представить это в контексте, типичная система трубопроводов отопления обычно рассчитана на перепад давления от 200 до 300 Па·м -1 , поэтому перепад давления через ПТО эквивалентен примерно 40–120 м прямого трубопровода отопления. Потеря давления на первичной стороне ПТО должна быть достаточно низкой, чтобы один первичный (или «шунтирующий») насос котла мог циркулировать воду. Более высокий перепад давления на ПТО или увеличение расчетного ∆T LM обычно приводит к уменьшению размера теплообменника.

Большинство современных высокоэффективных котлов рассчитаны на работу с фиксированным перепадом рабочих температур в 20 K, например, 80°C/60°C или, в случае конденсации, 70°C/50°C или 60°C/40°C. Тем не менее, более старые системы отопления часто были рассчитаны на работу с перепадом температур 11К – обычно 82°C/71°C или 180°F/160°F. ПТО, конечно, не может повысить температуру вторичного потока выше температуры первичного. Однако температура вторичного потока может достигать температуры первичного потока в пределах 2–5 К. На практике полученное в результате снижение средней температуры вторичной воды – по сравнению с исходной конструкцией системы – не вызывает проблем при нормальной эксплуатации, поскольку многие старые системы и их теплогенераторы имеют слишком большие размеры или здания подверглись некоторому ремонту, что снижает отопительная нагрузка от того, когда здание было первоначально построено. Использование ПТО не исключает возможности эксплуатации вторичной системы с более высоким ∆T, чтобы обеспечить конденсационную работу котла, но для этого потребуется, чтобы существующие теплогенераторы могли выдерживать нагрузки здания при более низкой средней температуре воды. .

Разделение первичного и вторичного контуров будет означать, что при обслуживании котла потребность в сливе будет снижена, а объемы замещающей, очищенной подпиточной воды будут меньше для напорной системы, что сделает обслуживание более простым, быстрым и менее затратным. . Повторный ввод в эксплуатацию системы, работающей под давлением, также будет выполнен быстрее, так как будет меньше риск попадания воздуха в систему из-за меньшей сети трубопроводов системы.

Читайте также:
Типы металлических крыш и выбор того, что подходит именно вам | Лучшие металлические крыши

При правильном применении и установке ПТО могут упростить интеграцию и обеспечить эффективную работу новых котлов с существующими системами. Использование ПТО для отделения новых высокоэффективных котлов под давлением от основной распределительной системы может защитить новые котлы от загрязнения, которое может существовать в устаревших системах. Это также позволяет сохранить существующую инфраструктуру трубопроводов, создавая возможность для поэтапной реконструкции при сохранении работы основного источника тепла. Удаление котла из основной распределительной системы позволит лучше контролировать качество воды, циркулирующей в котлах, что повысит эффективность работы котла в течение всего жизненного цикла, сократит объем технического обслуживания и количество возможных поломок, а также максимально увеличит срок службы.

Сообщается, что использование ПТО в коммерческих системах отопления растет 3 по мере роста осведомленности о потенциальных применениях и преимуществах. Существует недостаток авторитетных руководств по этому конкретному применению ПТО в качестве замены традиционных коллекторов с низкими потерями, поэтому предлагаемые преимущества, обсуждаемые здесь, зависят от опыта производителей. Всего несколько лет назад использование такой технологии в этом приложении было крайне редким, но теперь оно расширилось до такой степени, что крупный производитель 3 сообщает, что 50% его коммерческих приложений, в которых для замены котлов используются существующие трубопроводы, теперь включают ПТЭ. в спецификации. Этот диапазон приложений включает отели, развлекательные комплексы, школы и жилые дома.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: