Dukelská třída 247/69
614 00 Brno
IČ: 63473780
DIČ: CZ63473780
Václav Plšek Deskové výměníky Alfa Laval 18.02.2020
Přirozené zákony fyziky vždy umožňují hybné energii proudit v rámci systému do té doby, pokud není dosaženo rovnovážného stavu. Teplo opouští tělesa s vyšší teplotou nebo kapalinu s nejvyšší teplotou, za předpokladu existence teplotního rozdílu, a je přenášeno na chladnější médium.
Výměník tepla pracuje na výše uvedeném principu vyrovnávání teplot. U deskového výměníku teplo velmi lehce proniká skrze tenkou stěnu, která odděluje teplé médium od chladného. Proto je možno ohřívat či ochlazovat kapaliny a plyny, u kterých dochází k velkému přiblížení teplot.
Výměník tepla je zařízení, ve kterém průběžně dochází k přenosu tepla z jednoho druhu média na druhý. Existují dva hlavní typy výměníků tepla.
• Přímý výměník tepla, ve kterém jsou obě média v přímém kontaktu. Předpokládá se, že se obě média navzájem nepromíchají. Příkladem tohoto typu výměníku tepla je chladící věž, ve které je voda ochlazována přímým kontaktem se vzduchem.
• Nepřímý výměník tepla, u kterého jsou obě média vzájemně oddělena přepážkou, přes kterou teplo prochází.
Teplo může být přenášeno třemi způsoby:
Sálání | Vedení | Proudění |
Energie je přenášena prostřednictvím elektromagnetického vlnění. Příkladem je zahřívání Země slunečními paprsky. |
Energie je přenášena mezi pevnými látkami nebo statickými kapalinami na principu pohybu atomů a molekul. |
Energie je přenášena na principu promíchání části média s částí jiného média. |
Dále odlišujeme proudění:
V tomto článku se zabýváme pouze nepřímými výměníky, tj. takovými, ve kterých nedochází k promíchání médií, kdy teplo prochází přes teplosměrné plochy.
Existuje několik hlavních typů nepřímých výměníků tepla:
Ve většině případů má nejvyšší účinnost deskový výměník tepla. Obecně nabízí nejlepší řešení, co se týče řešení tepelných problémů, neboť poskytuje nejširší rozmezí tlakových a teplotních limitů v rámci současného vybavení. Nejvýznamnějšími výhodami deskového výměníku tepla jsou:
Pro vyřešení teplotního problému je nezbytné znát několik parametrů. Na jejich základě mohou být určeny další údaje. Zde je uvedeno šest nejdůležitějších parametrů:
Pokud je znám průtok, měrné teplo a teplotní rozdíl na jedné straně, je možno vypočítat tepelný výkon. Viz dále.
Teplotní program se týká vstupních a výstupních teplot obou médií ve výměníku tepla.
Teplotní program je zobrazen v níže uvedeném grafu:
T1 = vstupní teplota - teplá strana
T2 = výstupní teplota - teplá strana
T3 = vstupní teplota - chladná strana
T4 = výstupní teplota - chladná strana
Bez ohledu na tepelné ztráty v atmosféře, které jsou zanedbatelné se tepelné ztráty (tepelný výkon) na jedné straně výměníku tepla rovnají tepelnému zisku na straně druhé. Tepelný výkon (P) se uvádí v kW, nebo kcal/h.
Střední logaritmická teplotní diference (LMTD) je účinná hybná síla ve výměníku tepla. Viz schéma vlevo.
Termická délka (Θ) je vztah mezi teplotní diferencí (Δt) na jedné straně a LMTD.
Termická délka popisuje jak náročný je provoz z hlediska přestupu tepla.
Hustota (ρ) vyjadřuje hmotnost na jednotku objemu a je udávána v kg/m3 , nebo kg/dm3.
U aplikací chlazení se můžeme setkat s provozem, kdy dochází k velkému přiblížení mezi vstupními a výstupními teplotami na primární a sekundární straně. To jsou případy, kdy mluvíme o provozem s vysokou θ a její velikosti je třeba přizpůsobit typ jednotky. Provozy s vysokou θ jsou takové provozy, kde θ > 1 a jednotky užité pro tyto případy jsou charakterizovány:
Použitím dlouhých desek s delším časem pro vychlazení média. Tyto desky mají také nízkou hloubkou lisování, díky čemuž je na desce méně ochlazovaného média.
Všechny parametry v rovnici mohou ovlivnit volbu výměníku tepla. Výběr materiálů obvykle nemá vliv na účinnost výměníku, ovlivňuje pouze pevnost jednotky a její odolnost vůči korozi.
U deskového výměníku je výhoda malých teplotních rozdílů a tloušťky desky mezi 0,25 a 0,8 mm. Hodnoty alpha jsou závislé na turbulenci proudění a faktory zanášení jsou obvykle velmi nízké. To dává součinitel prostupu tepla k, který se může za příznivých okolností pohybovat řádově okolo 8 000 W/m2 °C. U tradičních trubkových výměníků se tato hodnota pohybuje pod 2 500 W/m2 °C.
Důležité parametry, které může ovlivnit velikost a tím i cenu výměník:
1. Tlaková ztráta obvykle umožňuje zmenšení výměníku.
2. LMTD Vyšší hodnota středního logaritmického rozdílu teplot rovněž umožňuje zmenšení výměníku.
Pro styk s čistou vodou je většina výměníků tepla Alfa Laval vybavena deskami z nerezové oceli AISI 316 (1.4401). Pokud obsah chloridů nevyžaduje použití oceli AISI 316, může být v některých případech použit levnější konstrukční materiál AISI 304 (1.4301). Pro různé další podmínky jsou používány také další materiály. U pájených a celonerezových deskových výměníků tepla Alfa Laval je ocel AISI 316 používá ve všech případech. U slané a brakické vody musí být použita pouze slitina titanu.
Hodnoty maximální konstrukční teploty a tlaku ovlivňují cenu výměníku tepla. Jako obecné pravidlo platí, že čím jsou tyto hodnoty nižší, tím nižší je i cena výměníku.
Povolená úroveň zanášení (Rf) může být vyjádřena jako dodatečná procentuální hodnota plochy přenosu tepla, nebo jako faktor zanášení vyjádřený v jednotkách m2 °C/W nebo m2 h °C/kcal. Úroveň zanášení by u deskových výměníků tepla měla být výrazně nižší, než u výměníků trubkových ze dvou hlavních důvodů.
U deskových výměníku tepla se dosahuje vyšší turbulence proudění a tím i efektivnějšího přenosu tepla než je tomu u trubkových výměníku tepla. Typická hodnota součinitele prostupu tepla pro aplikace voda/voda je u deskových výměníku 6,000 – 7,500 W/m K, zatímco u trubkových výměníků je to pouze 2,000 – 2,500 W/m K. U trubkových výměníků je hodnota faktoru zohledňujícího zanesení Rf 1x10-4 mK/W v kombinaci s hodnotou součinitel prostupu tepla k 2,000-2,500 W/m K nám vychází rezerva 20-25%. (M = kc x Rf). Při dodržení stejné rezervy u deskového výměníku s velikostí součinitele prostupu tepla 6,000 – 7,500 W / m K dosahuje faktor Rf hodnoty pouze 0,33x10-4 m K/W.
Zatímco u trubkových výměníků se rezerva obvykle projevuje prodlužováním trubek, při zachovaní stejného průtoku každou z nich. U deskových výměníků se rezerva zohlední zvýšením počtu desek, ty jsou paralelně řazené a tak dojde k poklesu průtoku na kanál. To má za následek snížení turbulence/účinnosti, a vede k zanášení. Paradoxně tak příliš velká rezerva na zanášení vede k vyššímu zanášení! Pro deskové výměníky tepla v aplikacích voda/voda stačí uvažovat rezervu v rozmezí 0-15% v závislosti na kvalitě vody.
Poskytujeme komplexní služby od návrhů a realizace technických zařízení budov a MaR, až po výroby technologických prvků nebo prodeje a servisu specializovaných produktů.
Vyberte si na které z poboček nás navštívíte, nebo nás rovnou kontaktujte nevíte-li si s něčím rady: