Чем отличается кожухотрубный теплообменник от пластинчатого

Кожухотрубный теплообменник передаёт тепло через стенки труб, собранных в пучок внутри цилиндрического корпуса. Пластинчатый передаёт тепло через пакет тонких гофрированных пластин. Пластинчатый компактнее и обычно в 3–5 раз эффективнее по коэффициенту теплопередачи. Кожухотрубный выдерживает более высокие давления и температуры и терпим к грязным и вязким средам.

Коротко

Пластинчатый аппарат выбирают для чистых сред при умеренных параметрах, когда важны площадь, вес и глубокое охлаждение. Кожухотрубный ставят там, где высокое давление, высокая температура, пар, мазут или теплоноситель со взвесью.

Схема сравнивает устройство кожухотрубного и пластинчатого теплообменников и показывает, как по семи проверкам выбрать тип аппарата.

Чем отличается устройство

Кожухотрубный аппарат состоит из кожуха, трубного пучка, двух трубных решёток и перегородок. Перегородки направляют поток в межтрубном пространстве. Одна среда идёт по трубам, другая омывает их снаружи. Стенки труб толстые, порядка 2–2,5 мм, поэтому конструкция массивная и прочная.

Пластинчатый аппарат собран из гофрированных пластин толщиной около 0,4–0,8 мм. Между пластинами образуются узкие каналы, по которым среды текут поочерёдно. Пакет стягивают в раме на прокладках, спаивают или сваривают. Отсюда три исполнения: разборное, паяное и полусварное. Разборное можно открыть и почистить. Паяное не разбирается, зато обходится без прокладок.

У кожухотрубного аппарата есть собственная уязвимость: трубы и кожух нагреваются по-разному. При большом градиенте температур нужен компенсационный механизм, иначе трубные решётки деформируются. Для этого применяют схемы с линзовым компенсатором на кожухе, с плавающей головкой и с U-образными трубками. Типовые серийные исполнения с такими схемами и их параметры можно посмотреть, если перейти к каталогу кожухотрубных аппаратов. Ориентацию корпуса тоже выбирают по среде: горизонтальные аппараты эффективнее для жидкостей, вертикальные — для парогазовых сред.

Какой теплообменник эффективнее и компактнее

Гофра пластин закручивает поток уже при небольших скоростях. Турбулентный режим разрушает пограничный слой у стенки, поэтому теплопередача у пластинчатого аппарата обычно в 3–5 раз выше. Тонкая стенка добавляет эффективности. При равной мощности пластинчатый аппарат требует меньше площади теплообмена, занимает меньше места и весит меньше.

Пластинчатый аппарат позволяет свести температуры сред ближе друг к другу. На выходе разница обычно составляет 1–2 °C, у кожухотрубного — не менее 5–10 °C. Это важно, когда нужно отобрать максимум тепла, например в чиллерах или рекуперации.

У компактности есть обратная сторона. Узкие каналы дают большое гидравлическое сопротивление. В одном из расчётов системы теплоснабжения (для Тюмени) скорость воды в каналах рекомендуют держать не выше 0,4 м/с. Поэтому мощность такого аппарата нельзя заметно поднять простым увеличением расхода.

Какие давление, температура и среды выдерживает каждый тип

Предельные значения сильно зависят от исполнения. Сравнивать корректно по нормативам или по паспорту конкретной модели.

Для подогрева сетевой воды от паровых котельных ГОСТ 27590-2005 регламентирует горизонтальные многоходовые кожухотрубные подогреватели производительностью 5–500 м³/ч.

Что проще обслуживать и что дешевле

Разборный пластинчатый аппарат открывают, снимают пластины и чистят механически. Повреждённую пластину или прокладку меняют отдельно. Кожухотрубный аппарат чаще промывают химически. Прогоревшую трубу глушат или меняют, и это заметно сложнее.

Надёжность кожухотрубной конструкции нужно разделять на ресурс металла и фактический срок до капремонта. Металл служит долго, но трубы забиваются отложениями и корродируют. Из-за этого капремонт иногда нужен раньше, чем у пластинчатого аппарата. Распространённые сравнительные цифры сроков службы (15–20 лет против 5–10), по-видимому, восходят к одному растиражированному первоисточнику, и точными их считать не стоит.

Однозначного ответа, какой тип дешевле при равной мощности, нет. Цена зависит от материала, расчётного давления и типоразмера, поэтому сравнивать стоит конкретные предложения на одни и те же параметры. По оценке ряда авторов и участников отрасли, в ЦТП и ИТП, по мере роста этажности и перехода на независимые схемы присоединения, кожухотрубные подогреватели постепенно заменяют разборными пластинчатыми.

Как выбрать: пошаговый чек-лист

1. Давление. Сверьте рабочее давление обеих сред с пределом исполнения. Если оно выше допустимого для разборного и паяного пластинчатого аппарата, выбирайте кожухотрубный.
2. Температура. Выше пределов прокладок остаются полусварной пластинчатый или кожухотрубный. Если разница температур сред велика, в кожухотрубном нужен компенсатор, плавающая головка или U-образные трубки.
3. Чистота среды. Взвесь, мазут, масло с примесями, жёсткая вода без подготовки быстро забивают узкие каналы. В этих случаях надёжнее кожухотрубный аппарат.
4. Агрегатное состояние. Для пара и парогазовых смесей подходит вертикальный кожухотрубный аппарат, для жидкостей — горизонтальный или пластинчатый.
5. Требуемая глубина охлаждения. Если нужна разница на выходе в 1–2 °C, выбирайте пластинчатый.
6. Место и масса. В тесном тепловом пункте или на судне компактность пластинчатого часто решает выбор.
7. Обслуживание. Если персонал будет регулярно чистить аппарат своими силами, удобнее разборный пластинчатый.

Частые ошибки при выборе

• Ставят пластинчатый аппарат на жёсткую воду без водоподготовки. Каналы зарастают, мощность падает.
• Не закладывают запас площади на загрязнение, и через сезон аппарат перестаёт выдавать расчётную мощность.
• Выбирают кожухотрубный аппарат с жёсткими решётками при большом перепаде температур и получают течи в местах вальцовки труб.
• Считают, что мощность пластинчатого можно поднять увеличением расхода, и упираются в гидравлическое сопротивление.
• Сравнивают цены аппаратов с разными расчётными параметрами и материалами.

Вопросы и ответы

Какой теплообменник лучше для отопления многоэтажного дома?

В ИТП и ЦТП с независимой схемой чаще ставят разборный пластинчатый аппарат. Кожухотрубный оставляют там, где греющая среда — пар или вода с высокими параметрами.

Можно ли использовать пластинчатый теплообменник для мазута или грязной воды?

Нежелательно: узкие каналы быстро забиваются. Для вязких и загрязнённых сред предпочтителен кожухотрубный аппарат.

Зачем кожухотрубному теплообменнику компенсатор?

При большом перепаде температур сред трубы и кожух удлиняются по-разному. Линзовый компенсатор, плавающая головка или U-образные трубки снимают это напряжение.

Почему пластинчатый теплообменник меньше при той же мощности?

Гофрированные каналы турбулизируют поток, а стенка у пластин тонкая. Поэтому коэффициент теплопередачи обычно в 3–5 раз выше, и нужная площадь теплообмена меньше.

Какой тип дешевле?

Зависит от материала, давления и типоразмера. Корректно сравнивать только предложения на одинаковые расчётные параметры.