Типы пластинчатых теплообменников

Модель и цена в тенге — в чате за минуту
Напишите модель или задачу — инженер ответит сразу, без звонков и форм.
Типы пластинчатых теплообменников
Развёрнутая классификация пластинчатых теплообменников: по конструкции — разборные, паяные, полусварные, полносварные, кожухопластинчатые; по профилю пластин — chevron 30°/60°, washboard, low-theta, mixed; по уплотнениям и материалам.

Пластинчатые теплообменники (ПТО) представляют собой не единственный вид оборудования, а обширную группу исполнений: разборные модели с резиновыми прокладками, паяные никелем либо медью, полусварные — для сред с агрессивными свойствами, полностью сварные блочные (Compabloc, Bavex, Packinox), а также кожухопластинчатые гибридные решения. Для каждого исполнения характерен собственный набор рабочих параметров: мощность от 5 кВт до 50 МВт, давление до 4 МПа, температура от −195 °C до +900 °C. Ниже приведена подробная классификация ПТО по устройству пластин, видам уплотнений и материалам, дополненная таблицей соответствия «тип ↔ задача».

5
основных типов ПТО
5–50 000
кВт — диапазон мощностей
5
профилей пластин
4
типа уплотнений
8
материалов пластин

Теплообменники пластинчатые разборные

Разборный пластинчатый теплообменник (РПТО) — наиболее распространённый вид ПТО в инженерной практике. В состав конструкции входят неподвижная и подвижная плиты, направляющие штанги, стяжные шпильки и пакет штампованных пластин с эластомерными уплотнениями. Пакет разбирается полностью без специального инструмента — для очистки, замены пластин или увеличения мощности путём добавления новых секций. Детальное описание устройства разборного ПТО — в обзоре «Пластинчатые теплообменники разборной конструкции».

Ключевые характеристики

  • На один аппарат мощность составляет от 5 кВт до 30 МВт.
  • Давление в рабочем режиме: 1,0–2,5 МПа (стандарт PN10/PN16/PN25).
  • Рабочая температура: −20…+180 °C, предел задаётся материалом уплотнений.
  • Теплопередающая площадь: 0,1–2 500 м2, собирается шагом одной пластины.
  • Значение коэффициента теплопередачи K: 3 000–7 000 Вт/(м2·K) — в 3–5 раз превосходит кожухотрубные.

В каких случаях выбирают разборный ПТО

Если теплоноситель загрязнён или склонен к отложениям (отопление с открытым водоразбором, ГВС с жёсткой водой, технологические среды с механическими примесями), разборная конструкция — единственный подходящий вариант. Каждые 2–5 лет аппарат разбирают и промывают пластины химическим или гидродинамическим способом. Для отопления и ГВС с проектной мощностью 50 кВт – 20 МВт это базовое решение — см. каталог теплообменников пластинчатого типа и подборку для отопления.

Ограничения

  • Слабое место — резиновое уплотнение. EPDM выдерживает до 150 °C, NBR — до 130 °C, FKM (Viton) — до 200 °C.
  • Не предназначен для пара высокого давления (более 1,6 МПа) и хладонов.
  • Восприимчив к гидроударам — требуется корректная схема обвязки и расширительный бак.
  • Раз в 8–12 лет уплотнения заменяются комплектом — расходный материал в разделе по пластинам и уплотнениям.

Теплообменники пластинчатые паяные

Паяный ПТО (BPHE — Brazed Plate Heat Exchanger) представляет собой пакет пластин из нержавеющей стали AISI 316L, которые соединены пайкой в вакуумной печи. Припой — медь (Cu-brazed) или никель (Ni-brazed); в сборе аппарат абсолютно герметичен, неразборный и без резиновых уплотнений. Об устройстве и областях применения паяных моделей — в материале «Теплообменник с пайкой медью».

Достоинства паяного исполнения

  • Рабочее давление — до 4,5 МПа (PN45), что даёт возможность работы с фреонами и парогазовыми средами.
  • Диапазон температур шире, чем у разборных: Cu-brazed — от −195…+225 °C, Ni-brazed — до +400 °C.
  • Компактность: при одинаковой мощности паяный аппарат в 3–5 раз меньше разборного по объёму.
  • Стоимость: благодаря автоматизированной сборке в вакуумной печи цена BPHE на 30–50 % ниже, чем у разборного аналога аналогичной мощности.
  • Отсутствуют уплотнения, резина не стареет, срок эксплуатации 15–20 лет при чистой воде.

Где применяются

Паяные BPHE — основной тип для холодильного оборудования (испарители, конденсаторы), тепловых насосов (геотермальный контур и сторона теплоносителя), бытовых и полупромышленных газовых котлов, индивидуальных тепловых пунктов мощностью до 1 МВт. Ассортимент — в каталоге паяных теплообменников. Сравнение паяных и разборных моделей по области применения — статья «Сравнение теплообменников паяного и разборного типов».

Слабые места

  • Не подлежат ремонту — при загрязнении возможна только химическая промывка, замена пластин не предусмотрена.
  • Cu-brazed не используются с аммиаком (NH3) — медь подвержена коррозии. Для аммиачных холодильных систем выбирают Ni-brazed.
  • Восприимчивы к качеству воды: жёсткость более 4 °Ж и взвешенные частицы более 30 мг/л вызывают зарастание каналов.
  • Мощность не увеличивается — она зафиксирована на заводе, при повышении нагрузки требуется новый аппарат.

Теплообменники пластинчатые полусварные

Полусварной ПТО (SW PHE — Semi-Welded Plate Heat Exchanger) — промежуточный вариант между разборным и паяным. Пластины объединены в пары: внутри пары — лазерная или TIG-сварка по контуру (образуется «кассета»), а сами кассеты уплотнены между собой стандартными резиновыми прокладками. По одному каналу движется «агрессивный» теплоноситель (по сваренной стороне, без контакта с резиной), по другому — обычная вода с EPDM-уплотнением.

Физика конструкции

Сварные кассеты не допускают контакта агрессивной среды с резиной — это устраняет главное ограничение разборных ПТО по химической стойкости. При этом сторона с обычной водой остаётся разборной и обслуживается традиционно. Полусварной аппарат — компромисс: ремонтопригодность разборного и герметичность паяного.

Типичные среды

  • Аммиак (NH3) в холодильных установках — это испарители и конденсаторы.
  • Растворы гликоля с повышенной концентрацией (45–60 % этиленгликоля).
  • Растворы солей и рассолы (NaCl, CaCl2) в холодильной отрасли.
  • Слабые кислоты и щёлочи (pH 3–11) в технологических операциях.
  • Хладагенты R134a, R407C, R410A — в мощных промышленных чиллерах.

Технические параметры

  • Давление: до 3,0 МПа (PN30), некоторые модели — до 4,0 МПа.
  • Температура: −50…+200 °C (зависит от уплотнения со стороны воды).
  • Мощность: от 100 кВт до 15 МВт.
  • Площадь поверхности теплообмена: 5–1 500 м2.

Теплообменники пластинчатые полносварные

Полносварной ПТО (FW PHE — Fully Welded Plate Heat Exchanger) — аппарат, где все каналы герметизированы сваркой, без единого резинового уплотнения. Конструктивно выделяют три исторически сложившиеся школы: Compabloc (Alfa Laval), Bavex (Funke/SWEP) и Packinox (Alfa Laval, крупные установки). Применяются там, где разборный или полусварной физически не справится.

Compabloc — блочное исполнение

Compabloc набирается из квадратных гофрированных пластин, которые попарно сварены лазером крест-накрест. В результате получается блочный аппарат с четырьмя боковыми панелями, которые открываются для механической очистки. Отношение теплопередачи к объёму — рекордное среди ПТО. Compabloc используется в нефтепереработке, химии тонких смол, установках замедленного коксования и гидрировании.

Bavex — пакеты со спиральной сваркой

Bavex применяет пакет волнистых пластин, сваренных лазером по контуру, с формированием спиральных потоков. Конструкция переносит циклические термонагрузки, характерна для рекуперации тепла в металлургии и стекольных печах.

Packinox — крупнотоннажные установки НПЗ

Packinox — полносварной аппарат, помещённый в кожух высокого давления. Площадь до 10 000 м2 в одном корпусе. Используется в установках каталитического риформинга бензина, гидроочистки, процессах ароматизации.

Технические ограничения FW PHE

  • Давление: до 4,0 МПа (стандарт), до 10,0 МПа в специальном исполнении.
  • Температурный режим: −195…+900 °C для никелевых сплавов и Hastelloy.
  • Мощность: от 1 до 50 МВт.
  • Рабочие среды: пар высокого давления, парогазовые смеси, концентрированные кислоты, гидрокарбонаты, нефтепродукты.

Теплообменники типа кожух-пластина

Кожухопластинчатый ПТО (P&S — Plate-and-Shell, или PSHE) — гибридная конструкция, где пакет круглых сварных пластин находится внутри цилиндрического кожуха высокого давления. Один теплоноситель проходит по каналам пакета, второй — по межтрубному пространству кожуха. Детальный разбор устройства — в материале «Теплообменник кожухопластинчатого типа».

Когда нужен PSHE

Когда одна среда находится под высоким давлением (10–20 МПа), а вторая — при стандартных параметрах, кожухотрубный теплообменник оказался бы чересчур массивным, а паяный либо разборный не выдержал бы нагрузку. PSHE объединяет компактность пластинчатого пакета с прочностью кожуха. Его используют для утилизации тепла дымовых газов, рекуперации в энергетике, а также в испарителях и конденсаторах высокого давления.

Известные семейства

  • Compabloc CP — блочный квадратный аппарат от Alfa Laval.
  • Модульные PSHE: NXP-Vario и AlfaNova FCB.
  • Funke FPDW — сочетание пластин и кожуха, рассчитанное на пар.
  • Tranter Supermax PSHE — для масштабных технологических установок.

Профили пластин: 5 вариантов геометрии

От рисунка гофрировки пластины зависят турбулизация потока, потеря давления и коэффициент теплопередачи. Каждый профиль выбирают под конкретную комбинацию «вязкость — расход — допустимая ΔP». В промышленных аппаратах встречается пять типов пластин.

Профиль Угол гофра K, Вт/(м²·K) ΔP, кПа Где применяется
Chevron 30° (L-плита, low theta)30°3 000–4 50020–40Небольшая ΔT, протяжённые тепловые маршруты, рекуперация
Chevron 60° (H-плита, high theta)60°5 500–7 00060–120Значительная ΔT, короткий маршрут, отопление и ГВС
Mixed (L+H)30+60°4 500–6 00040–80Компромисс между K и ΔP для большинства задач
Washboard (горизонтальные гофры)90°2 500–3 50010–25Классическое решение, вязкие среды, наименьшая ΔP
Free Flow / Wide Gapбезгофровые2 000–3 0005–15Волокнистые среды, пульпа, шлам с осадком

С ростом угла гофрировки усиливается турбулизация потока и увеличивается K, однако растёт и ΔP. Удлинённые «L»-пластины с углом 30° применяют там, где теплоноситель проходит длинный путь при малом перепаде температур (к примеру, охлаждение технологической воды на 5–7 °C). Угол 60° позволяет получить компактный теплообменник для стандартного ИТП с разностью температур 30–40 °C. Выбор профиля входит в тепловой расчёт, подробнее — в материале по расчёту ПТО.

Виды уплотнений и диапазоны их работы

В разборном и полусварном ПТО резиновое уплотнение — единственный элемент, который считается «изнашиваемым». Именно от выбора эластомера зависят предельная рабочая температура, стойкость к химии и долговечность аппарата. Стандартизовано пять базовых составов.

NBR (Nitrile)
До 130 °C
Минеральные масла, нефтепродукты, гликоли. Основное уплотнение для ИТП с закрытым контуром.
EPDM
До 150 °C
Горячая вода, пар низкого давления, разбавленные кислоты и щёлочи. Наиболее распространённое уплотнение для отопления и ГВС.
HNBR
До 160 °C
Масла с присадками, хладагенты R134a/R407C, высокие температуры в холодильном оборудовании.
FKM (Viton)
До 200 °C
Концентрированные кислоты, бензины, специальные среды. Дорогостоящее уплотнение для химпрома.
EPDM Peroxide
До 170 °C
Перекисная вулканизация обеспечивает улучшенную термостойкость и сопротивляемость окислению; подходит для пастеризации (молоко, пиво).

Менять уплотнения обычно приходится через 6–10 лет; если температура близка к верхней границе — через 3–5 лет. Уплотнения идут комплектом на аппарат, подобранным под конкретную модель и серию. Каталог расходных материалов — в разделе пластин и уплотнений к теплообменникам.

Материалы для пластин: от AISI 304 до Hastelloy

Материал пластин подбирают с учётом химической стойкости к среде, рабочей температуры и отраслевых требований безопасности. Ошибка здесь обходится дорого: к примеру, алюминиевая бронза несовместима с хлоридами, а нержавеющая сталь 304 растрескивается при содержании Cl− более 50 мг/л. Аналитика и марки — в обзоре «Нержавеющие теплообменники».

Марка Тип Cl⁻, мг/л Среды
AISI 304 (08Х18Н10)аустенитнаядо 50Чистая вода из водопровода, отопление
AISI 316L (03Х17Н14М3)аустенитная + Moдо 200ГВС, малоконцентрированная морская вода
AISI 316Ti (10Х17Н13М2Т)стабилизированная Tiдо 250Среды с температурой до 600 °C
904Lсупераустенитдо 1 000Кислоты средней концентрации: серная и фосфорная
254 SMOсупераустенит 6%Moдо 20 000Морская вода, солевые растворы NaCl
AL-6XNсупераустенит 6%Mo+Nдо 30 000Среды с хлоридами, фармацевтическая отрасль
Титан Gr.2 (ВТ1-0)CP TiлюбаяМорская вода, вода бассейнов, гипохлориты
Hastelloy C-276Ni-Mo-Cr-WлюбаяСоляная кислота, царская водка, кислые солевые растворы

Для большинства промышленных ПТО основной материал — AISI 316L: он закрывает 80 % задач по отоплению, ГВС и общетехническим нуждам. Титан Gr.2 необходим для бассейнов с хлорированием — обычная нержавеющая сталь приходит в негодность за 1–2 года. Hastelloy и 254 SMO заказывают специально для химических сред. Подробнее о выборе материала под конкретные условия — «Параметры пластинчатых теплообменников».

Бренды и линейки моделей

На рынке ПТО Казахстана представлены как российские, так и международные производители. У каждого — собственный набор серий, ориентированных на конкретные задачи и диапазоны мощности.

Российские бренды

Бренд Тип Серии Применение
РИДАНразборный, паяныйНН, XGM, XGСОтопление, ГВС, ИТП
ЭТРАразборныйЭТ, ЭТ-NNТепловые пункты, ТЭЦ
ТТАИразборныйТИЖ, ТТАИ-РИТП для промышленных объектов
КС НАШ БРЕНДразборный, паяныйКС, КС-Р, КС-ППТО общего назначения для отопления и ГВС
Теплохит, Машимпэксразборные, кожухопластинчатыеМ, ТХПромышленность, энергетика

Международные бренды

Бренд Серии Тип Где применяется
Alfa LavalM3-M30, CB60-CB400, MA30, AM-MKразборные, паяные, полусварные, полносварныеВесь диапазон — от ИТП до нефтехимии
FunkeTPL 00..S/M/L, FP, FPDWразборные и кожухопластинчатыеСудостроение и промышленность
Kelvion (GEA)NT100, NX100-NX500, K-DWBразборные, паяные, полусварныеПищевая отрасль, фармацевтика, энергетика
Sondex, SWEP, TranterS-серия, B-серия, Supermaxвсё семействоХолодильная техника, OEM

Для типовых задач отопления и ГВС хватает оборудования РИДАН, ЭТРА, ТТАИ и нашего бренда КС. Импортные решения востребованы для особых сред (хладагенты, кислоты, пар высокого давления) и больших промышленных объектов — в этих сегментах линейки Alfa Laval, Funke и Kelvion по-прежнему считаются отраслевым стандартом.

Какой тип ПТО где используется

Проектировщики чаще всего спрашивают: «Есть конкретная задача — какой тип выбрать?». Далее приведена таблица соответствия для типовых случаев, которая помогает быстрее определиться без длительных расчётов. Более подробный материал о применимости — «Сферы применения пластинчатых теплообменников» и «Как подобрать теплообменник».

Сценарии и рекомендации

  • ИТП для многоквартирного дома: разборный ПТО на 200 кВт – 2 МВт с уплотнениями EPDM. РИДАН НН, КС-Р, ЭТРА ЭТ. Подключение к закрытому контуру — см. принципы работы ИТП.
  • Бытовой или полупромышленный газовый котёл: паяный BPHE 30–150 кВт. КС-П, Alfa Laval CB, SWEP B-серия. Выбирается с запасом + 10 % к мощности котла.
  • Чиллер с фреоном: паяный (для R134a/R407C/R410A) либо полусварной (для NH3). Полусварной требуется для крупных установок от 1 МВт.
  • Бассейн с хлорированием: паяный или разборный из титана Gr.2. Обычная нержавеющая сталь разрушается за сезон. Подбор — каталог для бассейна.
  • Технологический контур с кислотой (pH 2–4): полусварной либо полносварной из 904L / 254 SMO / Hastelloy.
  • Пар под высоким давлением (≥1,6 МПа): полносварной Compabloc либо кожухопластинчатый Funke FPDW.
  • Нефтехимия, парогаз: полносварной Compabloc, Bavex или Packinox — выбор зависит от давления.
  • Пастеризация молока или пива: разборный с уплотнениями EPDM Peroxide, AISI 316L, санитарным исполнением DIN 11851. См. пастеризация.

Часто задаваемые вопросы

Сколько типов пластинчатых теплообменников существует в принципе?
Существует пять базовых: разборные (gasketed plate, GPHE), паяные (brazed, BPHE), полусварные (semi-welded, SWPHE), полносварные (fully welded, FWPHE) и кожухопластинчатые (plate-and-shell, PSHE). В каждом типе выделяют подгруппы в зависимости от метода сборки и материала припоя или сварного шва.
Чем принципиально отличаются разборный и паяный ПТО?
Разборная модель собирается на стяжных шпильках с резиновыми уплотнениями, поэтому её можно полностью разобрать и очистить пластины. Паяный аппарат изготавливают в вакуумной печи: пластины скреплены припоем, а корпус получается монолитным и неразборным. Разборный выбирают для загрязнённых сред (открытый водоразбор, жёсткая вода), паяный — для чистых сред, когда важны компактность и высокое давление (хладагенты, котёл, тепловой насос).
Почему используют полусварной ПТО, если существуют паяный и разборный?
Для аммиачных холодильных установок и крупных чиллеров с агрессивными хладагентами или рассолами полусварной — единственно подходящий вариант. Паяный медью несовместим с NH3, а разборный не выдерживает давление и химически агрессивные среды. Сваренные кассеты из пар пластин снимают эти ограничения, при этом водяная сторона остаётся разборной для механической очистки.
К какому типу ПТО относится Compabloc?
Compabloc — полносварной блочный пластинчатый теплообменник от Alfa Laval. Квадратные пластины свариваются лазером попарно, образуя куб с четырьмя боковыми панелями; их можно раскрыть для механической очистки. Используется в нефтепереработке, химической отрасли, для рекуперации тепла. Аналоги: Funke FPDW (кожухопластинчатый вариант), Bavex (спирально-сварные пакеты).
Для ИТП какой профиль гофрировки предпочесть — chevron 30° или chevron 60°?
Если в типовом ИТП перепад температур теплоносителя составляет 30–40 °C, а допустимое ΔP равно 60–120 кПа, обычно берут chevron 60° (H-плиты): они обеспечивают высокий коэффициент K и компактность аппарата. При малой ΔT (5–10 °C, длительная рекуперация) подходят chevron 30° (L-плиты) с небольшим ΔP. Нередко применяют комбинированный набор L+H, чтобы получить оптимальный баланс.
Какое уплотнение выбрать для горячей воды с температурой выше 150 °C?
EPDM выдерживает до 150 °C при кратковременных пиках; для постоянного режима нужен EPDM Peroxide (до 170 °C) либо FKM/Viton (до 200 °C). Если пар высокого давления и температуры 200 °C и выше, резиновые уплотнения уже не подходят — требуется паяный или полусварной аппарат, где резины нет.
Допустимо ли применять AISI 304 в морской воде?
Нельзя. AISI 304 выдерживает концентрацию Cl− до 50 мг/л, тогда как в морской воде около 19 000 мг/л — точечная коррозия развивается за считаные месяцы. Для морской воды потребуется титан Gr.2 (при любом содержании хлоридов) либо супераустенитные стали 254 SMO, AL-6XN. В исключительных случаях — никелевые сплавы (Hastelloy).
Какой вариант подойдёт для бытового газового котла на 24 кВт?
Паяный BPHE на 30–40 пластин, из AISI 316L, с медной пайкой. К примеру, КС-П, Alfa Laval CB14 / CB30, SWEP B5 / B10. Подбор ведут по мощности котла с запасом 10–20 %. Если вода агрессивная (жёсткость более 6 °Ж), выбирают исполнение с никелевой пайкой и дополнительно ставят умягчитель.
Чем кожухопластинчатый теплообменник отличается от кожухотрубного?
В кожухотрубном используется пучок труб, размещённый в цилиндрическом корпусе — технология старая и проверенная, но громоздкая, с невысоким K=600–1 200 Вт/(м2·K). Кожухопластинчатый аппарат содержит пакет сварных пластин в кожухе — он компактный, K=3 000–5 000, и держит высокое давление со стороны кожуха. Сравнение и кейсы — каталог кожухотрубных.
Какой тип ПТО проще всего ремонтировать?
Разборный — единственный тип, который полностью ремонтопригоден: уплотнения заменяются, пластины моются, секции добавляются. Compabloc разбирается частично — боковые панели открываются для очистки. Паяный и полносварной варианты неразборные, при загрязнении возможна только химическая промывка. Поэтому для систем с грязной водой выбирают исключительно разборные ПТО.

Как подобрать оптимальный тип ПТО под конкретную задачу

Если задача уже ясна, но вы не знаете, какой тип ПТО даст лучшее соотношение цены и надёжности, инженеры ТПЛ-Сервис помогут выбрать конкретную модель из линеек СНГ и импортных производителей: РИДАН, ЭТРА, ТТАИ, ТИЖ, наш бренд КС, а также Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, SWEP. Расчёт выполняем по техзаданию: предоставляем схему обвязки, протокол теплового расчёта, спецификацию материалов и сроки поставки по Казахстану.

Материалы, полезные до отправки заявки: «Как подобрать теплообменник», «Расчёт ПТО», «Принцип действия теплообменника», «Краткая характеристика ПТО». Каталоги по типам: разборные, паяные, кожухотрубные, для отопления, для ГВС.



Загрузка комментариев...
0
0
0
Корзина
Полезные справочники по теме
Вся библиотека (200+ PDF) →
PDF Alfa Laval M-серия (M3/M6/M10): подбор и аналог в РК PDF Аналог Sondex в Казахстане: подбор по типоразмеру PDF Аналог теплообменника Alfa Laval: как подобрать замену РК
📝 Опросный лист на подбор 💬 Инженер онлайн — подберём в тенге 📞 +7 (727) 310-71-46