Saldata vs. Guarniata vs. scambiatori di calore a piastra di circuito stampato - Completissimo confronto

scambiatore di calore trasferimento di calore tra fluidi senza mescolare. Tra i disegni compatti ed ad alta efficienza ci sono gli scambiatori di calore a piastre, che utilizzano piastre metalliche per condurre il calore. Tre disegni chiave di piastre - piastra guarniata, piastra saldatata e circuito stampato (PCHE) - ciascuno utilizza piastre impilate ma differisce nella costruzione. Questo articolo confronta la loro struttura, prestazioni, manutenzione, costo e usi nell 'industria. Sottolineeremo anche come ciascuno si adatta a settori come la petrolchimica, HVAC, generazione di energia elettrica e altro ancora.

Scambiatori di calore a piastra saldatate

Gli scambiatori di calore a piastre saldatate utilizzano anche una pila di piastre corrugate, ma le piastre sono saldate o saldatate in modo permanente ai loro bordi, eliminando le guarnizioni.

Le serie HT-Bloc o TP saldatate di SHPHE ne sono un esempio: un pacchetto di piastre saldatate inserite in un telaio robusto con coperture bullonate. Il risultato è che mantiene l'elevato trasferimento di calore delle piastre, guadagnando una tolleranza molto più alta alla pressione e alla temperatura.

struttura:

Un scambiatore a piastre saldatate è essenzialmente un blocco solido di lastre metalliche con canali interni. Ad esempio, la piastra saldatata HT-Bloc di SHPHE combina l'elevata efficienza di trasferimento di calore degli scambiatori a piastre e l'alta resistenza alla pressione e alla temperatura del guscio e tubo.

performance:

Le unità a piastre saldatate colmano il divario tra le piastre guarniate e gli scambiatori full shell.

I modelli TP di SHPHE possono tollerare fino a ~ 60 bar e 900 ° C (e i tipi HT-Bloc fino a 40 bar, da -40 ° C a 400 ° C). Le loro prestazioni termiche sono ancora molto elevate - la geometria della piastra induce un eccellente trasferimento di calore. Queste unità spesso raggiungono approcci di temperatura molto vicini, simili alle piastre guarniate, perché i percorsi di flusso interni possono essere ottimizzati.

Manutenzione:

Ecco una differenza chiave: le unità saldatate non hanno guarnizioni sostituibili, quindi raramente perdono, ma non possono anche essere smontate facilmente. Se il design lo consente, gli utenti aprono lo scambiatore svanendo i coperchi - il pacchetto di piastre si solleva per la pulizia.

Costo:

Gli scambiatori di calore a piastre saldatate costano più di quelli con guarnizioni. Il processo di saldatura o brasatura, più materiali pesanti, aggiunge costi di produzione. Tuttavia, sono di solito più economici dei PCHE perché non richiedono lavorazioni esotiche.

Industria:

SHPHE mette in evidenza le unità saldatate nella raffinazione del petrolio e nel servizio di GNL. Appaiono anche nella generazione di energia elettrica (riciclaggio del calore di scarto, raffreddatori di olio lubrificante per turbine) e in sistemi offshore o marini, dove la robustezza e la tenuta alle perdite sono cruciali. Qualsiasi impianto che richiede un efficiente trasferimento di calore, ma con fluidi difficili o condizioni di alta pressione, spesso sceglie piastre saldatate.

Scambiatori di calore a piastra

scambiatori di calore a piastra consistono in molte piastre metalliche sottili e corrugate fissate insieme in un telaio, con guarnizioni in gomma o elastomeriche che sigillanti i canali di flusso. I fluidi caldi e freddi scorrono in canali alternati (di solito a contracorrente), trasferendo il calore attraverso le piastre. Questo design modulare - evidenziato nella documentazione di SHPHE - li rende molto compatti (spesso più piccoli del 70 - 90% rispetto alle unità con guscio-tubo).

Sono popolari in HVAC, refrigerazione, alimenti e bevande, lavorazione chimica e applicazioni petrochimiche leggere, dove la facilità di pulizia e l'igiene sono apprezzate.

performance:

Possono gestire carichi di riscaldamento / raffreddamento elevati ma pressioni e temperature relativamente miti rispetto ai tipi saldatati o PCHE. Un vantaggio importante è il rapporto superficie-volume molto elevato (piastre possono raggiungere 100 - 200 m2 / m3), quindi lo scambiatore si inserisce in una piccola superficie.

Manutenzione:

Poiché sono guarnizioni e bullonizzati, questi scambiatori possono essere smontati facilmente. Gli utenti possono scivolare o rimuovere le piastre per pulirle (o utilizzare CIP - pulizia in loco), e sostituire le guarnizioni usate quando necessario. Ciò consente un facile smontamento, facilitando una semplice pulizia e manutenzione.

Il compromesso è che le guarnizioni sono oggetti usati: nel tempo devono essere ispezionati o sostituiti, e una cattiva tenuta può causare perdite.

Costo:

Le unità guarniate sono generalmente le meno costose dei tre. Utilizzano piastre standard in acciaio inossidabile e guarnizioni in gomma, con semplici telai bullonizzati.

Nelle applicazioni con budget limitati o dove è desiderato il smontamento (ad es. birrifici, HVAC), gli scambiatori guarniati sono comuni. Il loro prezzo più basso viene fornito con classificazioni di pressione più basse, quindi per i compiti ad alta pressione o ad alta temperatura (ad es. reattori chimici, vapore) vengono scelti altri progetti.

Industria:

Gli usi tipici includono l'acqua di riscaldamento / raffreddamento, oli, liquidi di raffreddamento e sostanze chimiche leggere in edifici, impianti alimentari e impianti di lavorazione.

scambiatori di calore a circuito stampato (PCHE)

Il più nuovo dei tre,Circuiti stampati scambiatori di calore Sono realizzati da piastre inossidabili o in lega di nichel molto sottili, ciascuno inciso chimicamente con canali di micro flusso (come un modello di PCB) e poi legati a diffusione in un blocco solido. Non ci sono guarnizioni o giunzioni all 'interno - è un monolitico Il nucleo dei microcanali. Questa innovazione (sviluppata alla fine del 20 ° secolo) è stata guidata da industrie che avevano bisogno di compattezza e condizioni estreme.

struttura:

In un PCHE, le piastre subiscono un ' incisione per creare intricati modelli di microcanali. Dopo aver impilato le lastre incise, sono legate a diffusione ad alta temperatura e pressione, formando un blocco di metallo solido con passaggi microscopici.

Il risultato è estremamente compatto: come testato, i PCHE sono da quattro a sei volte più piccoli e più leggeri rispetto alle unità convenzionali a guscio e tubo. I tipici spazi di canale sono sull 'ordine di 0,4 - 4 mm.

performance:

I PCHEs hanno prestazioni estreme. Essi gestiscono pressioni e temperature molto elevate - SHPHE nota fino a 1.000 bar e 850 - 900 ° C - ben oltre ciò che le piastre guarniate o saldatate possono sopportare.

L'efficienza del trasferimento di calore è anche eccezionale (all ' ordine del 98% di efficienza) perché i piccoli canali e le ondulazioni forzano una turbolenza intensa.

Ad esempio, i PCHEs sono utilizzati in impianti di GNL, reattori nucleari e sistemi di CO2 supercritici in cui sia la pressione che l'efficienza richiedono estremi requisiti.

Manutenzione:

Essendo legati a diffusione, i PCHEs non hanno parti mobili, guarnizioni o sigilli all 'interno.

Tuttavia, questo significa anche che non è possibile aprire o mantenere gli interni. Se i canali sottili si sporcano, la pulizia è estremamente difficile o impossibile; quindi i PCHE sono limitati a fluidi molto puliti. I sistemi che utilizzano PCHEs includono filtri sottili o funzionano con media ultrapuri. La manutenzione di routine tende a coinvolgere solo l'ispezione delle giunzioni saldatrici e la filtrazione assicurata dell 'ingresso piuttosto che la pulizia dello scambiatore stesso.

Costo:

I PCHE sono l'opzione più costosa. Il complesso processo di incisione fotochimica e di legame a diffusione è costoso, e i materiali sono tipicamente leghe inossidabili o esotiche (nessuna parte in acciaio al carbonio).

Sul lato positivo, la loro compattezza può ridurre i costi in altre aree: fondazioni più piccole, supporti più leggeri e minori inventari di fluidi (che possono ridurre i requisiti di sollievo di sicurezza). Ma per il prezzo unitario da solo, le unità a circuito stampato sono le più costose da acquistare.

Industria:

I PCHEs appaiono dove nulla altro farà. I primi ad adottare sono stati l'energia nucleare e l'aerospaziale (scambiatori di calore per navi spaziali e aerei), e oggi sono comuni nei sistemi nucleari, di GNL, di trattamento degli idrocarburi e di energia rinnovabile, e infatti vedono un uso crescente nei progetti energetici di prossima generazione (ad esempio piccoli reattori modulari, solari concentrati) dove efficienza e dimensioni sono fondamentali.

Come si confrontano

Domande correlate

D: Qual è la principale differenza tra gli scambiatori di piastre guarniati e saldatati?

La chiave è la sigillazione. Gli scambiatori con guarnizioni hanno guarnizioni in gomma sostituibili e un telaio a bulloni, in modo che possano essere smontati per la pulizia o il cambio delle piastre. Gli scambiatori di piastre saldatate fondono le piastre (senza guarnizioni), dando maggiore capacità di pressione / temperatura, ma rendendoli più difficili da servire. In breve, le piastre guarniate sono più utilizzabili; le piastre saldatate gestiscono condizioni più difficili.

D: Perché utilizzare uno scambiatore di calore a circuito stampato invece di una piastra o una concha?

Il PCHS sono scelti per esigenze estreme. Essi riempiono enormi aree di trasferimento di calore in un piccolo volume e possono operare a pressioni fino a 1.000 bar e temperature di ~ 850 ° C. Se un ' applicazione è limitata dallo spazio e coinvolge fluidi supercritici (come GNL o CO2), un PCHE può raggiungere un ' efficienza irraggiungibile dalle unità convenzionali.

D: Quale tipo di scambiatore è più efficiente?

Tutti e tre hanno un ' elevata efficienza termica. I PCHE spesso raggiungono la più alta efficienza nominale (≈ 98% di efficacia) a causa dei loro microcanali ottimizzati.

D: Come si confrontano le esigenze di manutenzione?

Gli scambiatori di piastre guarniati sono più facili da pulire: è possibile smontarli e lavare o sostituire i pezzi.

Gli scambiatori a circuiti stampati sono essenzialmente privi di manutenzione internamente (senza guarnizioni o giunti), ma richiedono fluidi puliti per evitare intastigliamenti e in genere hanno bisogno di filtri di ingresso.

In sintesi, la scelta tra queste tre tipologie dipende in ultima analisi delle specifiche condizioni di funzionamento (temperatura, pressione, proprietà del fluido), dei requisiti di manutenzione e del budget complessivo del progetto.

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