Efficienza di uno scambiatore di calore a circuito stampato

Gli scambiatori di calore a circuito stampato sono ultracompatti,Diffusion-bonded Plate Calor Exchanger (scambiatori di calore a piastre) progettato per condizioni estreme. Utilizzano piastre a microcanali incise impilati in un blocco monolitico, consentendo coefficienti di trasferimento di calore molto elevati e un funzionamento quasi a contraflusso. Queste caratteristiche di design vantano un 'eccezionale efficacia termica del 95 - 98% in condizioni ideali. Ciò significa che aPressione elevata PH può trasferire quasi tutto il calore disponibile tra i flussi caldo e freddo, lasciando solo una differenza di temperatura "approssima" molto piccola.

Schematico di un scambiatore di calore a circuito stampato (PCHE). Piastre metalliche sottili con microcanali incisi (il "pacchetto di piastre ") sono legati a diffusione in un blocco solido tra le conchiglie calde e fredde.

L'elevata efficienza dei PCHE deriva dal loro rapporto superficie-area - volume estremamente grande e dai percorsi di flusso progettati. Ogni piastra contiene microcanali complessi e tortuosi (spesso solo centinaia di micrometri di larghezza) che costringono i fluidi in percorsi lunghi e turbolenti. Questa turbolenza aumenta il coefficiente di trasferimento di calore convectivo (spesso 3000 - 7000 W / m2 · K) ben oltre ciò che è possibile nelle tipiche unità con guscio e tubo. Nel frattempo, la disposizione dei flussi in una configurazione vera contro-corrente massimizza la differenza di temperatura lungo lo scambiatore e aumenta ulteriormente l'efficienza. Poiché le piastre sono legate a diffusione in un unico blocco, non ci sono perdite di guarnizioni o giunzioni saldate per aggiungere resistenza termica - l'intera pila di piastre agisce come un conduttore metallo continuo. Di conseguenza, quasi tutta l'energia termica del fluido caldo può essere trasferita al fluido freddo.

In confronto, gli scambiatori convenzionali a guscio e tubo o persino a guarnizione non possono eguagliare queste prestazioni. I tipici scambiatori di calore a piastre e telaio raggiungono già approcci molto più vicini alla temperatura rispetto alle fasi a guscio e tubo, spesso entro pochi gradi, a causa delle loro piastre ondulate. Gli scambiatori a piastre con guarnizioni possono essere fino a cinque volte più efficienti rispetto ai progetti a guscio e tubo, con temperature di avvicinamento fino a 1 ° F. I PCHE spingono questo ancora più avanti: la loro geometria a canale sottile produce abitualmente approcci alla temperatura inferiore ai 5 ° C (efficacia dell ' ordine del 98%). Per le applicazioni che richiedono la più alta efficienza possibile, i PCHE impostano il punto di riferimento.

Come i PCHEs raggiungono un ' alta efficienza

Diversi fattori di progettazione chiave consentono ai PCHE di raggiungere un 'efficacia così elevata:

· Rete di microcanali densa:

Ogni piastra legata a diffusione contiene un labirinto di canali incisi su entrambi i lati. Questi microcanali aumentano notevolmente l'area di trasferimento di calore per unità di volume (spesso centinaia di metri quadrati per metro cubo). Più superficie significa più spazio per il calore di scorrere tra i fluidi.

· Alta turbolenza:

I modelli dei canali sono solitamente ondulati o ondulati, inducendo intenzionalmente turbolenze anche a velocità di flusso moderate. La turbolenza assottiglia gli strati limite termici, aumentando il coefficiente di trasferimento del calore convectivo. In termini pratici, questo significa che il fluido non deve riscaldare lentamente la parete: il calore viene scambiato molto rapidamente ed efficientemente.

· Configurazione True Counterflow:

Gli ingegneri personalizzano la geometria del canale in modo che i flussi caldi e freddi siano per lo più a contracorrente. Il controflusso massimizza la differenza di temperatura di guida lungo lo scambiatore, che è la base fondamentale per un ' elevata efficienza termica.

· Core all-metal:

Poiché le piastre sono legate a diffusione, il nucleo PCHE è un singolo blocco di metallo solido senza sigilli interni o guarnizioni. Ciò elimina la resistenza a contatto termico alle giunzioni e previene qualsiasi perdita che bypasserebbe il trasferimento di calore. Inoltre, permette al nucleo di resistere a pressioni estremamente elevate (spesso 600 - 1000 bar) e temperature (spesso > 800 ° C).

· Inventario basso di fluidi:

I minuscoli volumi del canale significano che ogni lato del fluido contiene solo una piccola quantità di fluido. Il basso inventario riduce il lag termico e consente una risposta più veloce e una maggiore efficacia.

Grazie a queste caratteristiche, i PCHE raggiungono tipicamente l'efficacia termica nella metà degli anni 90 al percentile superiore degli anni 90. In termini pratici, se un PCHE è specificato per raffreddare un fluido da 200 ° C a 50 ° C, il flusso freddo potrebbe lasciare a quasi 195 - 198 ° C, il che significa che quasi tutto il calore è stato recuperato. Queste prestazioni superano di gran lunga le tipiche unità a guscio e tubo, e spesso superano leggermente anche i migliori scambiatori di piastre convenzionali. La differenza è più importante quando sono richiesti approcci di temperatura molto ridotti - ad esempio, il pre-riscaldamento del GNL o il recupero del calore del reattore - dove ogni grado di differenza di temperatura è prezioso.

Confronto con gli altri scambiatori di calore

In una tabella generalizzata di confronto delle prestazioni, tutti gli scambiatori a piastre ad alte prestazioni (guarniati, saldatati, circuiti stampati) sono contrassegnati come "Eccellente" per l'efficienza termica. Tuttavia, i PCHE raggiungono la massima efficienza nominale grazie ai loro microcanali ottimizzati. Se il massimo recupero di calore e la minima temperatura di avvicinamento sono l'obiettivo (soprattutto in condizioni di pressione / temperatura estreme), un PCHE di solito supererà altri progetti.

Per un confronto più dettagliato, si prega di fare riferimento al nostro rapporto speciale:

>https://www.china-heattransfer.com/welded-vs-gasketed-vs-printed-circuit-plate-heat-exchangers/

Applicazioni del settore e FAQ

Perché scegliere un PCHE? I PCHE offrono una compattezza e una robustezza senza eguali. Possono essere specificati per condizioni estreme - pressioni fino a ~ 1000 bar e temperature fino a ~ 850 ° C - in cui gli scambiatori convenzionali non possono funzionare.

Infatti, i PCHE sono stati per la prima volta nei settori dell 'energia nucleare e dell' aerospaziale per questo motivo. Ad esempio, in un impianto di GNL, un PCHE potrebbe essere utilizzato nella sezione criogenica per raffreddare e condensare il gas naturale con una minima perdita di temperatura.

I campi tipici includono:

· Oil & Gas (Petrochimico, GNL):

I liquefazionatori di GNL compatti e le unità di trattamento del gas utilizzano PCHE per il pre-riscaldamento, i vaporizatori e il recupero del calore di scarto. L'elevata efficienza riduce il carico di refrigerazione. Allo stesso modo, il trattamento del gas a valle e i processi chimici beneficiano di un controllo rigoroso della temperatura.Scambiatori di piastraIn generale sono già ampiamente applicati nell 'industria petrolifera e del gas a causa della loro alta efficienza, dimensioni compatte, resistenza alla corrosione e facilità di manutenzione, e i PCHE rappresentano il passo successivo quando è necessario un servizio più elevato.

Generazione di energia (nucleare, CO2 supercritico):

Nei reattori avanzati e nei cicli di CO2 supercritici, i PCHEs servono come scambiatori di calore primari o recuperatori. La loro struttura intermetallica impermeabile è adatta a liquidi di raffreddamento aggressivi e la loro efficienza migliora le prestazioni complessive del ciclo.

Energia rinnovabile (idrogeno, cattura del carbonio):

Come osservato da fonti industriali, i PCHEs sono preziosi nelle stazioni di rifornimento di idrogeno (per il pre-riscaldamento del gas idrogeno) e negli impianti di cattura del carbonio (per il raffreddamento di flussi densi di CO2 o di solventi). La loro capacità di gestire criogeni e alte pressioni è particolarmente utile qui.

· Metallurgia e prodotti chimici:

Gli impianti acciaieri e le fabbriche chimiche richiedono spesso il recupero di calore ad alta temperatura (ad esempio, dai gas di scarico). Sebbene meno comuni rispetto all ' energia / O & G, i PCHE possono essere applicati in questi settori per i cicli di recupero del calore, a causa della loro robustezza.

· Aerospaziale e difesa:

Le applicazioni aerospaziali e criogeniche specializzate utilizzano i PCHE per il controllo termico nei veicoli spaziali e negli aerei ad alta quota, dove il peso e l'affidabilità sono fondamentali.

Gli ingegneri spesso si chiedono se i PCHE valgono il costo per l'efficienza. I PCHEs sono infatti più costosi da produrre (incisione di precisione e legame a diffusione). Tuttavia, il loro ritorno sull 'investimento viene spesso dalle prestazioni: ridurre l'area di trasferimento di calore richiesta, risparmiare spazio (può essere più piccolo del 80 - 90% rispetto al guscio e tubo) e ridurre al minimo la potenza di pompaggio.

In caso di blocco, possono essere richieste diverse strategie di pulizia, che vanno dall ' acqua a getto ad alta pressione a processi di pulizia chimica più complessi e costosi. Questi compiti di manutenzione possono essere particolarmente impegnativi in installazioni strettamente confinate o poco accessibili, rendendo essenziale la progettazione di sistemi con porte di pulizia e punti di accesso al servizio adeguati. Come parte di una solida pianificazione operativa, le disposizioni per questi metodi di pulizia essere integrate in ogni sistema di PCHE. Inoltre, occasionalmente sono sorse problemi relativi alla corrosione galvanica tra lo scambiatore di calore e i materiali delle tubazioni collegate, evidenziando la necessità di kit isolanti o sezioni di bobina rivestite durante l'installazione per garantire la compatibilità dei materiali in loco.

A proposito di SHPHE

Shanghai trasferimento di calore attrezzature Co., Ltd., Ltd. è specializzata nella progettazione, produzione, installazione e manutenzione di scambiatori di calore a piastre e sistemi di trasferimento di calore completi.

Con tecnologia avanzata di ingegneria e produzione, competenza completa nello scambiatore di calore e ricche esperienze di servizio, SHPHE si dedica alla fornitura di scambiatori di calore a piastre di qualità a vari clienti in tutto il mondo in petrolio e gas, chimica, centrale elettrica, bioenergia, metallurgia, marina, HVAC, produzione meccanica, carta e polpa, acciaio, ecc.

SHPHE rimane impegnata a guidare il progresso dell 'industria attraverso l'innovazione tecnologica continua. Collaborando con le principali aziende in patria e all 'estero, SHPHE mira a diventare un fornitore di alto livello di soluzioni di alta qualità nel settore dello scambio di calore, sia in Cina che a livello internazionale.

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