Теплообменники для охлаждения жидкости

Жидкостные охладители отводят лишнее тепло от рабочей среды — воды станционного контура, масла гидростанции, водно-гликолевого хладоносителя, эмульсии — и отдают его стороне охлаждения: технической воде, оборотной воде градирни либо контуру холодильной установки. Здесь представлены пластинчатые разборные и паяные теплообменники: разборные можно вскрыть для промывки и дополнить пластинами, паяные — более компактны и выдерживают повышенное давление, в том числе в контурах с хладагентом. Подбор ведут не по наименованию модели и не по диаметру штуцера, а по сочетанию «тепловая нагрузка и температурный график».

Подбор теплообменника для охлаждения жидкости

Начнём с того, что теплообменник сам холод не создаёт — он лишь переносит теплоту. Предел охлаждения жидкости всегда упирается в температуру охлаждающей среды на входе. Если оборотная вода летом поступает с 32 °C, то охладить масло до 30 °C таким аппаратом не получится ни при какой площади — потребуется иной источник холода. Именно поэтому расчёт отталкивается не от модели, а от исходных параметров обоих контуров.

• Тепловая нагрузка — количество теплоты, которое нужно отвести, в кВт или Гкал/ч. При отсутствии данных её вычисляют косвенно: через расход охлаждаемой среды и перепад на ней либо по паспорту обслуживаемого агрегата.
• Расход охлаждаемой среды, м³/ч или т/ч. От него зависит скорость потока в каналах, а скорость определяет коэффициент теплопередачи и гидравлические потери.
• Расход охлаждающей среды, м³/ч. Нередко именно этот параметр становится ограничением: воды ровно столько, сколько подаёт насос или ввод.
• Температурный режим с двух сторон — вход и выход горячей и холодной стороны, всего четыре значения. Пример корректной постановки: охладить гликолевый раствор с 45 до 32 °C оборотной водой, поступающей с 26 °C и уходящей с 34 °C.
• Рабочее и испытательное давление а также диаметры присоединений. От давления зависят тип аппарата и толщина пластины, от Ду — поместится ли теплообменник в имеющуюся обвязку.
• Среда и её состояние. Для воды — жёсткость, хлориды, взвешенные частицы; для гликоля — концентрация; для масла и эмульсии — марка и вязкость при рабочей температуре; для холодильных контуров — тип хладагента.
• Допустимые потери напора с каждой стороны: аппарат можно сделать компактнее, сузив каналы, но тогда насос не продавит контур.
• Запас на загрязнение. На оборотной и скважинной воде закладывают запас площади, иначе режим продержится лишь первые месяцы.

Почему без этих данных расчёт невозможен. Нагрузка, расход и перепад температур взаимосвязаны: имея любые два параметра, третий находят вычислением. Если в задании указано лишь «нужно 300 кВт», вариантов бесконечное множество — и малый аппарат с большим перепадом, и крупный с перепадом в три градуса. Оба обеспечат 300 кВт, но по цене разойдутся втрое.

Второй важнейший момент для охлаждения — температурный напор на холодном конце, то есть разность между требуемой температурой жидкости и температурой охлаждающей среды на входе. Чем он меньше, тем больше нужна площадь, причём нелинейно: уменьшение напора с 8 до 4 градусов способно удвоить количество пластин.

Третий момент — вести расчёт по наихудшему режиму, а не по среднему: для контура на оборотной воде это лето, когда градирня отдаёт воду на 8–12 градусов теплее, чем в межсезонье. Аппарат, рассчитанный по апрельской воде, в июле не удержит температуру — частая причина жалоб при исправном оборудовании.

Модели и ценовые диапазоны

В разделе 32 позиции, цены — от 19 400 до 745 450 ₸. Цена отражает не «мощность» как таковую, а типоразмер рамы или корпуса, площадь одной пластины, число пластин в базовой комплектации и материалы. Одно и то же обозначение выпускается с разным набором пластин, поэтому фактическая мощность различается в несколько раз. Ниже аппараты сгруппированы по типоразмеру и цене: киловатты появляются только в расчёте под конкретную задачу.

Цены ориентировочные: они даны для базовой комплектации и служат для сравнения типоразмеров, а не для расчёта бюджета. Итог складывается из числа пластин в пакете, марки стали, материала уплотнений, исполнения рамы и присоединений. Разница между минимальным и максимальным набором пластин на одной раме достигает двух-трёх раз по цене. Точную конфигурацию под ваш график, расходы и среду считает инженер.

Материалы и исполнения

Сталь подбирают с учётом обеих сторон: пластина омывается и охлаждаемой, и охлаждающей средой, поэтому ориентируются на более агрессивную из них. Частая ошибка — выбрать марку по чистому технологическому контуру и не принять во внимание оборотную воду с хлоридами с обратной стороны той же пластины.

Уплотнения ставят на разборные теплообменники и выбирают с учётом среды и предельной рабочей температуры. В охлаждающих контурах температура, как правило, невысокая, поэтому главным фактором становится химия среды: неверная резина на масляном контуре приводит к большим затратам, чем запас по температуре.

Различаются и варианты исполнения самой конструкции. Раму берут с удлинением под будущую установку дополнительных пластин — так выгоднее, чем спустя год менять весь аппарат. Компоновка может быть одноходовой либо многоходовой: последнюю выбирают при небольшом расходе и большом перепаде температур. Для холодных сред требуется теплоизоляция корпуса от конденсата, а для тяжёлых аппаратов — зазор для монтажа со стороны подвижной плиты.

Типичные ошибки подбора

• Выбор только по мощности. «Требуется 400 кВт» — это лишь часть условия, а не полноценная задача. Если нет расходов и четырёх температур, одну и ту же нагрузку можно закрыть и небольшим аппаратом с высокими потерями напора, и крупным с малым недогревом. Ущерб возможен с двух сторон: либо лишняя плата за площадь, либо теплообменник, который не выходит на режим.
• Расчёт по температуре охлаждающей воды в межсезонье. В летний период оборотная вода поступает заметно теплее, а вода из открытого источника нагревается ещё сильнее. Аппарат, рассчитанный по весенним параметрам, в жару снижает производительность, и поломку начинают искать там, где её нет. Расчёт следует вести по летнему режиму, а зимний проверять как второй случай.
• Гликоль в расчёте принят за воду. У раствора ниже теплоёмкость и теплопроводность и выше вязкость, особенно на холодной стороне: при одинаковых расходах он отводит меньше тепла и создаёт большее падение давления. Если концентрация не задана, теплообменник получится недостаточным, а насос — слабым.
• Отсутствует запас на загрязнение и не предусмотрен фильтр. На оборотной и скважинной воде, в контурах с окалиной или стружкой каналы засоряются быстро, и режим сохраняется недолго. Для таких сред лучше подходит разборный аппарат, который можно вскрыть и очистить, а не паяный.
• Подбор по диаметру штуцера и стоимости замены. Совпадение Ду упрощает монтаж, однако не даёт информации о площади теплообмена и количестве пластин. Замена теплообменника на похожий внешне без пересчёта часто приводит к повторному обращению уже через сезон. Менять следует под фактические расходы и температуры, а не под те, что были при монтаже.

Частые вопросы

В чём отличие теплообменника для охлаждения от нагревательного?

По конструкции — ни в чём: один и тот же пластинчатый аппарат может и нагревать, и охлаждать, различие только в том, какую среду считают греющей. Отличаются подход к подбору и запасы: при охлаждении расчётным становится летний режим с наиболее тёплой охлаждающей водой, при нагреве — зимний с самой холодной.

Можно ли получить жидкость холоднее охлаждающей воды?

Нет. Теплообменник передаёт тепло, а не создаёт холод, и температура на выходе всегда превышает входную температуру охлаждающей среды на величину температурного напора. Если нужна среда холоднее имеющейся воды, понадобится источник холода — холодильная машина, а теплообменник в такой схеме будет испарителем или промежуточным аппаратом между хладоносителем и потребителем.

Какой минимальный температурный напор принимать?

При водяном охлаждении разумный минимум — примерно 4–5 градусов между нужной температурой жидкости и входной температурой охлаждающей среды. Меньшие значения технически возможны, но площадь и стоимость увеличиваются нелинейно: уменьшение напора в два раза способно удвоить количество пластин.

Что выбрать — разборный или паяный аппарат?

Разборный выбирают там, где среда способна загрязняться, где требуется механическая очистка пакета и где нагрузка со временем увеличится — пластины можно добавить в ту же раму. Паяный лучше по компактности и рабочему давлению и подходит для чистых замкнутых контуров и холодильных узлов. Его недостаток — невозможность вскрытия: при загрязнении доступна только химическая промывка, при повреждении — полная замена.

Что принимать во внимание при работе на водно-гликолевом растворе?

В задании обязательно нужно указать концентрацию гликоля: от неё зависят теплоёмкость, вязкость, а следовательно, площадь теплообменника и потери напора. Уплотнения для таких контуров обычно EPDM, а концентрацию подбирают по минимальной температуре среды с запасом.

Требуется ли фильтр перед теплообменником?

На любой оборотной, скважинной и технической воде — обязательно, сетчатый фильтр устанавливают на входе каждого контура. Каналы пластинчатого теплообменника узкие, поэтому попавшая окалина, стружка или волокно быстро и неравномерно их забивают: часть каналов перестаёт работать, и аппарат теряет режим.

Что нужно прислать для расчёта и цены?

Достаточно нескольких параметров: тепловая нагрузка либо расход охлаждаемой среды, четыре температуры с обеих сторон, расход охлаждающей среды, рабочее давление, тип и состояние сред, диаметры имеющихся присоединений. Если какие-то данные неизвестны, опишите оборудование и режим — недостающее можно восстановить по типовым схемам. В ответ вы получите расчётный лист — площадь, комплект пластин, фактический запас — вместе с ценой в сборе и сроком поставки.