Trocadores de calor de placa de circuito impresso soldados vs. gaffed vs. Printed Circuit Plate Heat Exchangers - Comparação completa

Trocadores de calor transferência de calor entre fluidos sem misturá - los. Entre os projetos compactos e de alta eficiência estão os trocadores de calor de placa, que usam placas de metal para conduzir o calor. Três projetos de placas-chave - placa junta, placa soldada e circuito impresso (PCHE) - cada um usa placas empilhadas, mas diferem na construção. Este artigo compara sua estrutura, desempenho, manutenção, custo e usos na indústria. Também vamos apontar como cada um se encaixa em setores como petroquímicos, HVAC, geração de energia e muito mais.

Trocadores de calor de placa soldagada

Os trocadores de calor de placas soldadas também usam uma pilha de placas corrugadas, mas as placas são permanentemente soldadas ou brasadas juntas em suas bordas, eliminando as juntas.

As séries soldadas HT-Bloc ou TP da SHPHE exemplificam estes: um pacote de placas soldadas inseridas em uma estrutura robusta com tampas parafusadas. O resultado é que mantém a alta transferência de calor das placas, enquanto ganha uma tolerância muito maior à pressão e temperatura.

Estrutura:

Um trocador de placas soldadas é essencialmente um bloco sólido de placas metálicas com canais internos. Por exemplo, a placa soldada HT-Bloc da SHPHE combina a alta eficiência de transferência de calor dos trocadores de placas e a alta pressão e resistência à temperatura da concha e tubo.

Desempenho:

As unidades de placa soldadas preenchem a lacuna entre as placas juntadas e os trocadores de concha completa.

Os modelos TP da SHPHE podem tolerar até ~ 60 bar e 900 ° C (e os tipos HT-Bloc até 40 bar, -40 ° C a 400 ° C). Seu desempenho térmico ainda é muito alto - a geometria da placa induz excelente transferência de calor. Essas unidades geralmente alcançam abordagens de temperatura muito próximas, semelhantes às placas juntadas, porque os caminhos de fluxo interno podem ser otimizados.

Manutenção:

Aqui está uma diferença chave: as unidades soldadas não têm juntas substituíveis, por isso raramente vazam, mas também não podem ser desmontadas facilmente. Se o projeto permitir, os usuários abrem o trocador desenfuso as tampas - o pacote de placas se levanta para a limpeza.

Custos:

Os trocadores de calor de placas soldadas custam mais do que os modelos com junta. O processo de soldagem ou brasagem, além de materiais pesados, adiciona despesas de fabricação. No entanto, eles geralmente são mais baratos do que os PCHEs porque não exigem usinagem exótica.

Indústria:

A SHPHE destaca unidades soldadas no serviço de refino de petróleo e GNL. Eles também aparecem na geração de energia (recuperação de calor residual, resfriadores de óleo lubrificante para turbinas) e em sistemas offshore ou marinhos, onde a robustez e a estanqueidade contra vazamentos são cruciais. Qualquer planta que exija transferência de calor eficiente, mas com fluidos duros ou condições de alta pressão, muitas vezes escolhe placas soldadas.

Trocadores de calor de placas

Trocador de calor de placa gasketed Consistem em muitas placas finas de metal onduladas prensadas juntas em uma estrutura, com gabaritas de borracha ou elastômero selam os canais de fluxo. Os fluidos quentes e frios fluem em canais alternados (geralmente contracorrente), transferindo calor através das placas. Este design modular - destacado na documentação da SHPHE - os torna muito compactos (muitas vezes 70 - 90% menores do que as unidades de concha-tubo).

Eles são populares em HVAC, refrigeração, alimentos e bebidas, processamento químico e aplicações petroquímicas leves, onde a facilidade de limpeza e a higiene são valorizadas.

Desempenho:

Eles podem lidar com altas cargas de aquecimento / resfriamento, mas pressões e temperaturas relativamente leves em comparação com os tipos soldados ou PCHE. Um grande benefício é a relação superfície-área / volume muito alta (placas podem chegar a 100 - 200 m2 / m3), de modo que o trocador se encaixa em uma pequena área.

Manutenção:

Como eles são selhados e parafusados, esses trocadores podem ser desmontados facilmente. Os usuários podem deslizar ou remover as placas para limpá - las (ou usar o CIP - limpo no local) e substituir as juntas desgastadas quando necessário. Isso permite uma fácil desmontagem, facilitando a limpeza e manutenção diretas.

A desvantagem é que as juntas são itens desgastados: com o tempo, elas devem ser inspecionadas ou substituídas, e uma vedação ruim pode causar vazamentos.

Custos:

As unidades com vedação são geralmente as menos caras dos três. Eles usam placas de aço inoxidável padrão e juntas de borracha, com quadros simples parafusados.

Em aplicações com orçamentos limitados ou onde o desmontagem é desejado (por exemplo, cervejarias, HVAC), trocadores de vedação são comuns. Seu preço mais baixo vem com classificações de pressão mais baixas, então para tarefas de alta pressão ou alta temperatura (por exemplo, reatores químicos, vapor) outros projetos são escolhidos em vez disso.

Indústria:

Usos típicos incluem aquecimento / resfriamento de água, óleos, refrigerantes e produtos químicos leves em edifícios, instalações de alimentos e plantas de processamento.

Trocadores de calor de circuito impresso (PCHE)

O mais novo dos três,Trocadores de calor de circuito impresso São feitos de placas inoxidáveis muito finas ou de liga de níquel, cada uma quimicamente gravada com canais de micro fluxo (como um padrão de PCB) e, em seguida, ligada por difusão em um bloco sólido. Não há juntas ou juntas no interior - é um monolítico Núcleo de microcanais. Esta inovação (desenvolvida no final do século XX) foi impulsionada por indústrias que precisavam de compactação e condições extremas.

Estrutura:

Em um PCHE, as placas são submetidas a gravação para criar padrões de microcanais intrincados. Depois de empilhar as placas gravadas, elas são ligadas por difusão a alta temperatura e pressão, formando um bloco de metal sólido com passagens microscópicas.

O resultado é extremamente compacto: conforme testado, os PCHEs são de quatro a seis vezes menores e mais leves do que as unidades convencionais de concha e tubo. As lacunas de canal típicas são da ordem de 0,4 - 4 mm.

Desempenho:

Os PCHEs têm um desempenho extremo. Eles lidam com pressões e temperaturas muito altas - SHPHE nota até 1.000 bar e 850 - 900 ° C - muito além do que as placas juntadas ou soldadas podem suportar.

A eficiência da transferência de calor também é excelente (na ordem de 98% de eficácia) porque os minúsculos canais e ondulações forçam turbulência intensa.

Por exemplo, os PCHEs são usados em usinas de GNL, reatores nucleares e sistemas de CO2 supercríticos, onde os requisitos de pressão e eficiência são extremos.

Manutenção:

Sendo ligados por difusão, os PCHEs não têm peças móveis, juntas ou vedações no interior.

No entanto, isso também significa que você não pode abrir ou reparar as internos. Se os canais finos ficarem sujos, a limpeza é extremamente difícil ou impossível; assim, os PCHEs são restritos a fluidos muito limpos. Sistemas que usam PCHEs incluem filtros finos ou operam com meios ultrapuros. A manutenção de rotina tende a envolver apenas a inspeção das juntas de solda e a garantia de filtração de entrada, em vez de limpar o próprio trocador.

Custos:

O PCHEs é a opção mais barata. O processo complexo de gravação fotoquímica e ligação por difusão é caro, e os materiais são tipicamente ligas inoxidáveis ou exóticas (sem peças de aço ao carbono).

No lado positivo, sua compacidade pode reduzir custos em outras áreas: fundações menores, suportes mais leves e menor estoque de fluidos (o que pode reduzir os requisitos de alívio de segurança). Mas por preço unitário sozinho, as unidades de circuito impresso são as mais caras de comprar.

Indústria:

Os PCHEs aparecem onde nada mais fará. Os primeiros adotadores foram a energia nuclear e aeroespacial (naves espaciais e trocadores de calor de aeronaves), e hoje eles são comuns em sistemas de energia nuclear, GNL, processamento de hidrocarbonetos e renováveis, e na verdade eles vêem uso crescente em projetos de energia de próxima geração (por exemplo, pequenos reatores modulares, concentrada solar), onde a eficiência e o tamanho são primários.

Como elas se comparam

Perguntas Relacionadas

Q: Qual é a principal diferença entre trocadores de placas juntadas e soldadas?

A chave é o sealing. Os trocadores de borracha com junta têm juntas de borracha substituíveis e um quadro parafusado, para que possam ser desmontados para limpeza ou troca de placas. Os trocadores de placas soldadas fundem as placas (sem juntas), dando maior capacidade de pressão / temperatura, mas tornando-as mais difíceis de manter. Em suma, as placas juntadas são mais utilizáveis; as placas soldadas lidam com condições mais severas.

P: Por que usar um trocador de calor de circuito impresso em vez de uma placa ou uma concha?

PCHÃOSão escolhidos para requisitos extremos. Eles empacotam enormes áreas de transferência de calor em um volume minúsculo e podem operar a pressões de até 1.000 bar e temperaturas de ~ 850 ° C. Se uma aplicação for limitada por espaço e envolver fluidos supercríticos (como GNL ou CO2), um PCHE pode alcançar eficiência inatingível por unidades convencionais.

Q: Qual tipo de trocador é mais eficiente?

Todos os três tipos têm alta eficiência térmica. Os PCHEs geralmente alcançam a maior eficiência nominal (≈ 98% de eficácia) devido aos seus microcanais otimizados.

P: Como as necessidades de manutenção são comparadas?

Os trocadores de placas com vedação são os mais fáceis de limpar: você pode desmontá - los e enxaguá - los ou substituir peças.

Os trocadores de circuito impresso são essencialmente isentos de manutenção internamente (sem juntas ou juntas), mas exigem fluidos limpos para evitar entupimentos e normalmente precisam de filtros de entrada.

Em resumo, a escolha entre esses três tipos depende, em última instância, de uma análise cuidadosa das condições de operação específicas (temperatura, pressão, propriedades do fluido), requisitos de manutenção e orçamento geral do projeto.

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