Удвоенная безопасность – путь к улучшению эксплуатационных характеристик

Компактные пластинчатые теплообменники (ПТО) с двойными стенками имеют исключительно высокий коэффициент теплопередачи и обеспечивают повышенный уровень безопасности по сравнению с традиционными кожухотрубными теплообменниками (КТТО) с «двойной» стенкой. Пластинчатые теплообменники для систем охлаждения трансформаторов отличаются возможностью изменения размеров путём установки дополнительных пластин, универсальностью и требуют меньшей площади размещения.

В настоящее время в бизнесе по производству трансформаторов делается упор на увеличение производительности при одновременном сокращении энергетических потерь, минимизации занимаемой площади и обеспечении экологической безопасности производства. При этом недопустимо пренебрежение безопасностью во имя достижения экономической и энергетической эффективности. Система охлаждения масла является одной из важнейших частей трансформатора и должна работать бесперебойно. Компания Альфа Лаваль учитывает все эти обстоятельства и предлагает компактные теплообменники из пластин с двойными стенками, которые позволяют увеличить производительность с меньшей себестоимостью при сохранении уровня безопасности, характерного для традиционных кожухотрубных теплообменников с двойной трубой.

Пластинчатые теплообменники значительно меньше кожухотрубных, что позволяет легко разместить их на существующих площадях. По положительным отзывам заказчиков, пластинчатые теплообменники быстрее реагируют на изменения температуры и реже требуют технического обслуживания. Их конструкция обеспечивает удобный доступ ко всей поверхности теплообмена для проведения технического обслуживания, что облегчает полное восстановление эффективности теплопередачи.

ТЕПЛООБМЕН

Пластинчатый теплообменник (рис. 1) состоит из пакета гофрированных пластин с отверстиями, за счёт которых между пластинами образуются каналы для холодной и горячей сред, между которыми осуществляется теплообмен. Пакет пластин размещён между опорной и подвижной прижимной плитами и закреплён стяжными болтами. Пластины снабжены прокладками, уплотняющими места соединения и обеспечивающими направление потоков жидкостей в соответствующие каналы. Необходимое число устанавливаемых пластин определяется в соответствии с расходом, физическими свойствами жидкостей, допустимой потерей напора и разницей температур.

Отличие пластинчатого теплообменника от традиционного кожухотрубного состоит в наличии гофрированных пластин, которые формируют теплообменные каналы. Когда эти пластины собраны в единый пакет, многочисленные точки контакта между ними обуславливают движение жидкости по каналам в виде завихренного потока (рис. 2) с высокой степенью турбулентности, что повышает коэффициент теплопередачи этой конструкции по сравнению с кожухотрубным вариантом.

Более высокая степень турбулентности также создаёт большее касательное напряжение на стенках. Тогда как в кожухотрубных теплообменниках присутствуют так называемые «мёртвые зоны», в пластинчатых теплообменниках создаётся высокое касательное напряжение по всей теплопередающей поверхности, что вызывает эффект самоочистки (рис. 3). Это сокращает риск образования отложений и позволяет реже проводить техническое обслуживание. Чтобы компенсировать влияние отложений, производители кожухотрубных теплообменников зачастую заранее учитывают возможность их образования в конструкции теплообменника.

Таким образом, вследствие высокого риска образования отложений кожухотрубные теплообменники получают огромную дополнительную площадь поверхности теплообмена, что может стать причиной функциональных проблем, таких как снижение скорости потока и ускоренное образование отложений из-за большего диаметра кожуха и меньшего касательного напряжения на стенках. Благодаря высокой степени турбулентности потока и касательным напряжениям на стенках пластинчатых теплообменников, при их проектировании отсутствует необходимость учитывать риск образования отложений и увеличивать габариты устройства.

НАСТОЯЩИЙ ПРОТИВОТОК

В пластинчатом теплообменнике стандартной конфигурации горячее масло поступает с того конца, откуда выходит охлаждающая вода. Таким образом обеспечивается подлинный противоток, позволяющий реализовать температурные программы с пересечением температур — масло охлаждается до температуры ниже температуры охлаждающей воды на выходе (рис. 4). Более того, охлаждающая вода может нагреваться до температуры, очень близкой к температуре масла на входе (высокая рекуперация), что позволяет утилизировать большую часть тепла для других целей, например для отопления зданий.

Для того чтобы добиться близкого температурного приближения в кожухотрубном теплообменнике, требуется удлинять трубки, укладывая их во множество рядов с различными конфигурациями перегородок, или последовательно соединять несколько трубок. Однако это приводит к снижению скорости потока или проблемам в гидравлической системе, снижению эффективности теплопередачи и повышению риска образования отложений. Ещё одним недостатком такой конструкции с перегородками является вероятность возникновения значительных вибраций в теплообменнике.

ВОЗМОЖНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

При повышении мощности трансформатора охлаждающая способность существующей системы может оказаться недостаточной. Замена всей системы охлаждения зачастую требует больших затрат времени и средств. В отличие от кожухотрубных теплообменников, производительность пластинчатого теплообменника можно увеличить, не изменяя его конструкцию. Для этого необходимо просто отвернуть стяжные болты рамы и добавить пластины. В зависимости от первоначального варианта увеличение производительности может составить до 50%.

УМЕНЬШЕННЫЕ ГАБАРИТЫ

Значительная разница между пластинчатыми и кожухотрубными теплообменниками заключается также в их размере. Компактная конструкция пластинчатого теплообменника имеет меньшую площадь размещения. Кроме того, существуют различия в массе и объёме заполнения. Осушенный кожухотрубный теплообменник в 1,5—4 раза тяжелее пластинчатого. Объём заполнения в кожухотрубном теплообменнике в 7—20 раз превышает аналогичный показатель пластинчатого теплообменника. Следовательно, во время эксплуатации вес кожухотрубного теплообменника в 2—6 раз превышает вес пластинчатого (см. таблицу).

В системах охлаждения высокой производительности разница в объёме удерживаемой жидкости может быть значительной. Для крупной системы с необходимостью 100-процентного резервирования может дополнительно потребоваться 2 м³ трансформаторного масла на пару охладителей.

Как видно из этого примера, вес кожухотрубного теплообменника почти вдвое превышает вес пластинчатого теплообменника аналогичной производительности. Поскольку затраты на материалы составляют почти 50% себестоимости теплообменника, разница в весе неизбежно отражается на его цене.

ДВОЙНЫЕ СТЕНКИ — ДВОЙНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Пластинчатые теплообменники с пластинами с двойными стенками производства Альфа Лаваль благодаря особой конструкции сочетают в себе высокую эффективность теплопередачи традиционных ПТО с отсутствием риска смешения рабочих жидкостей внутри теплообменника. Пластины с двойными стенками изготавливаются с помощью лазерной сварки двух одинаковых пластин по периметру отверстий. Каналы образуются при объединении попарно сваренных пластин в пакет и стандартной их герметизации с помощью прокладок.

При случайном возникновении течи двойные стенки не позволят жидкостям смешаться. Любой пробой в одной из спаренных пластин приведёт к утечке жидкости из этой пары за пределы теплообменника. Дефект прокладки приведёт к утечке жидкости за пределы теплообменника либо непосредственно из внешнего уплотнения, либо из индикационных отверстий двойной границы уплотнителя. Дефект сварного шва приведёт к утечке жидкости за пределы теплообменника либо из индикаторов течи уплотнителя, либо в месте повреждения между пластинами.