Com funciona un intercanviador de calor de plaques de coure
Un intercanviador de calor de plaques consisteix en una pila de plaques metàl·liques fines i ondulades subjectades en un marc o segellades en un conjunt soldat. Els dos fluids flueixen pels canals alterns entre les plaques, i la calor passa directament a través de la paret de la placa des del corrent calent al corrent fred. Com que el flux es trenca pel patró de corrugació, la capa límit es veu alterada contínuament i el coeficient de transferència de calor és alt fins i tot a velocitats modestes.
El coure és el material de plaques preferit sempre que els fluids del procés siguin compatibles amb ell. Les plaques estan fetes de coure forjat d'alta-conductivitat com ara C11000 o, quan es necessita una major resistència a la corrosió, d'un aliatge de coure o d'un grau de coure-níquel amb les mateixes característiques de treball.
Per què es selecciona el coure per a les plaques
| Propietat | Coure, alta{0}}conductivitat forjada | Conseqüència per a l'intercanviador |
|---|---|---|
| Conductivitat tèrmica | Uns 400 W/mK a 20 C | Es perd molt poca baixada de temperatura a través de la paret de la placa |
| Formabilitat | Excel·lent en el temperament recuit i mig-dur | Les ondulacions profundes es poden premsar sense esquerdar-se, donant una gran superfície secundària |
| Comportament a la corrosió | Pel·lícula superficial protectora a l'aigua i a l'atmosfera | Llarga vida en aigua dolça, condensat de vapor i molts corrents de procés |
| Comportament de contaminació | Superfície llisa, pel·lícula protectora natural | Els dipòsits biològics i d'escales es formen més lentament que en moltes alternatives |
| Soldadura | Fàcilment soldat amb metalls d'aportació de coure o plata | Les unitats compactes de placa soldada es poden produir sense marc i juntes |
La combinació d'una conductivitat tèrmica molt alta i una paret prima és el que fa que el concepte de placa funcioni: la calor només ha de travessar el gruix de la placa, de manera que el coeficient global de transferència de calor es regeix principalment per les dues pel·lícules fluides en lloc del metall. Aleshores, les ondulacions premsades de coure multipliquen l'àrea efectiva i indueixen turbulències, de manera que un paquet de plaques de coure pot oferir un gran treball en una fracció de l'espai del sòl d'una unitat de carcassa i tub equivalent.
Variants de disseny i construcció
Unitats de plaques juntes.Les plaques estan subjectes entre dues tapes d'extrem amb juntes d'elastòmer, de manera que el paquet es pot obrir per netejar i es poden afegir o treure plaques per canviar el servei. Les plaques de coure s'utilitzen en unitats amb junta on el fluid de procés i el compost de la junta són compatibles.
Unitats de placa soldada.Les plaques es solden al buit amb un farciment a base de coure-per formar una unitat segellada i molt compacta sense juntes. Les unitats de plaques de coure soldades són habituals per a sub--estacions de refrigeració, aire condicionat i calefacció de districte petites.
Unitats soldades i semi-soldades.S'utilitza quan els materials de les juntes no poden tolerar el medi, amb parells de canals soldats pel costat agressiu.
Placa i marc amb plaques d'aliatge-de coure.Quan el fluid és lleugerament agressiu, es substitueix una placa de llautó d'alumini, llautó de l'Almirantazgo o de coure-níquel mantenint el mateix marc i la mateixa geometria del canal.
Característiques de rendiment
El disseny compacte de canals-apilats produeix un enfocament de temperatura proper entre els dos corrents, motiu pel qual els intercanviadors de plaques apareixen tan sovint en tasques de recuperació de calor. Un enfocament proper significa que una major part de la diferència de temperatura disponible es converteix en servei útil, de manera que la càrrega tèrmica es pot satisfer amb menys energia de calefacció o refrigeració i amb un menor cabal del medi d'utilitat.
Els canals estrets també signifiquen un volum de retenció baix-, cosa que redueix l'inventari de fluids de procés i el temps de residència. La resposta als canvis de càrrega és ràpida perquè hi ha poca massa per escalfar o refredar. El flux de contra-corrent s'organitza fàcilment i, quan s'han de complir diverses tasques, es pot construir un únic marc en seccions de manera que una unitat realitzi diversos passos de transferència de calor.
Aplicacions típiques
Processament químic.Escalfament i refredament de corrents de reacció, condensació de dissolvents i recuperació de calor entre corrents de procés.
Generació d'energia.Calefacció d'aigua d'alimentació de caldera, condensació d'escapament de turbines, generador i circuits auxiliars de refrigeració.
Refrigeració i aire condicionat.Evaporadors i condensadors en paquets refrigeradors i en equips de climatització.
Climatització i calefacció urbana.Producció d'aigua calenta sanitària i intercanvi de calor de sub-estació on l'aigua potable s'ha de separar del circuit primari.
Marí i marí.Circuits de refrigeració centrals, amb plaques de coure-níquel o llautó d'alumini en servei d'aigua de mar.
Aliments i begudes.Funcions de pasteurització i refrigeració de processos on es manipulen fluids compatibles amb el coure{0}}.
Selecció, Límits de Servei i Manteniment
El coure funciona millor en aigua dolça, condensat de vapor, aigua desmineralitzada i corrents de procés neutres. S'han de comprovar dos límits abans de demanar les plaques. En primer lloc, el contingut de clorur i la velocitat del flux al circuit de l'aigua determinen si el coure és acceptable o si es requereix un grau de coure-níquel per a l'aigua de mar i l'aigua salobre. En segon lloc, els fluids no han de contenir amoníac o compostos d'amoni, que ataquen els aliatges de coure, i el pH i els nivells d'oxigen dissolt haurien d'estar dins del rang acceptat per al coure.
El manteniment es basa en mantenir nets els canals. La contaminació augmenta la caiguda de pressió i redueix al mateix temps el coeficient de transferència de calor, i l'escala pesada també pot provocar una corrosió inferior al-dipòsit. L'incrustació es controla fent un seguiment de la caiguda de pressió a través de la unitat amb la seva línia base neta, i la neteja es realitza fent circular una solució de neteja adequada al seu lloc o obrint un paquet amb junta i rentant les plaques individualment. Les juntes són un element de desgast i es substitueixen als intervals recomanats pel fabricant. Les vores de la placa i les zones dels ports s'han d'inspeccionar per detectar l'erosió cada cop que s'obre la unitat, i la dimensió de subjecció s'ha de restaurar exactament tal com s'especifica quan es tanca el paquet, perquè tant l'estrenyiment excessiu com l'estrenyiment inferior escurcen la vida útil de la junta.
PMF
P: Per què s'utilitza el coure com a material de placa en un intercanviador de calor de plaques?
El coure combina una conductivitat tèrmica molt alta amb una formabilitat excel·lent, de manera que les plaques primes es poden pressionar en ondulacions profundes que creen una gran superfície i un flux turbulent sense una gran caiguda de temperatura a través de la paret.
P: Quin és l'avantatge d'un intercanviador de plaques sobre una unitat de carcassa i tub?
Un paquet de plaques aconsegueix el mateix deure en molt menys espai i amb un enfocament de temperatura més proper, perquè els canals ondulats produeixen coeficients de transferència de calor elevats i el flux és contra-corrent.
P: Es poden utilitzar plaques de coure amb aigua de mar?
El coure normal no és la millor opció per a l'aigua de mar. S'ha de seleccionar un grau de placa de coure-níquel o llautó d'alumini per a les tasques d'aigua de mar i aigua salabrosa, mantenint la mateixa geometria de marc i canal.
P: Quins fluids s'han de mantenir allunyats de les plaques de coure?
Els compostos d'amoníac i d'amoni, i els corrents fortament àcids o fortament alcalins, ataquen el coure. El pH, el nivell de clorur i el contingut d'oxigen dissolt s'han de comprovar amb el rang acceptable per al grau abans de fer la comanda.
P: Com es neteja un intercanviador de calor de plaques?
Ja sigui fent circular una solució de neteja compatible al seu lloc o obrint una unitat amb junta i netejant les plaques individualment. La freqüència de neteja es determina per l'augment de la caiguda de pressió en comparació amb la línia de base neta.
P: Quins són els límits operatius més importants?
Compatibilitat de fluids amb els materials de la placa i la junta, la pressió de treball i la temperatura del compost de la junta, el contingut de clorur en els circuits d'aigua i la velocitat de flux als ports d'entrada de la placa, on una velocitat excessiva provoca l'erosió.
