Princípio de Trabalho dos Trocadores de Calor de Circuito Impresso (PCHE)

Trocadores de calor de circuito impresso Os trocadores de calor de placas (PCHE) são ultra-compactos, ligados por difusão, projetados para condições extremas. Ao contrário das unidades convencionais de concha e tubo, um PCHE é construído gravando quimicamente padrões de microcanais intrincados em placas finas de metal e, em seguida, empilhando e ligando-os por difusão em um bloco sólido e monolítico.

Princípio de Trabalho de Trocadores de Calor de Circuito Impresso (PCHÃO):

O PCHE transfere energia térmica de um fluxo quente para um fluxo frio através de placas de metal soldadas por difusão. Cada placa tem canais gravados em ambas as faces, e os fluidos passam por esses canais em lados opostos da placa.À medida que o fluido quente flui através de seus canais, o calor conduz através da parede da placa para os canais adjacentes do fluido frio, elevando (ou diminuindo) as temperaturas do fluido. Os engenheiros geralmente organizam os caminhos de fluxo de modo que um fluido flui contra-corrente para o outro, maximizando o gradiente de temperatura ao longo do fluxo e aumentando a eficiência. Crucialmente, os canais gravados geralmente incluem pequenas ondulações ou curvas que induzem turbulência, mesmo em taxas de fluxo moderadas, o que aumenta drasticamente os coeficientes de transferência de calor convectiva (muitas vezes 3.000 - 7.000 W / m2 · K).

Por exemplo, um padrão típico de canal PCHE força fluidos quentes (vermelhos) e frios (azul) através de caminhos de microcanais enrolados em cada placa. Esta geometria complexa e quimicamente gravada mistura o fluxo e mantém uma alta diferença de temperatura em todo o trocador.

Como os canais da placa podem ser projetados sob medida (padrões 2D ou 3D) para cada aplicação, os engenheiros podem otimizar o comprimento térmico e a queda de pressão para as necessidades do processo. Na verdade, o princípio de trabalho de um PCHE é maximizar o contato de superfície entre os fluidos através de minúsculos canais gravados e, em seguida, deixar a condução sólida através da placa fina terminar o trabalho.

Construção e design do PCHE

Trocadores de calor PCHEEles são construídos a partir de chapas finas de metal (comumente aço inoxidável ou ligas de níquel) para resistir a condições severas. Cada placa é submetida a uma gravação fotoquímica precisa para criar os seus microcanais. Uma vez gravadas, as placas são empilhadas em uma configuração quente / frio alternada e colocadas em um forno de ligação por difusão de alta pressão e alta temperatura. Sob essas condições (tipicamente 70 - 95% do ponto de fusão do metal), as superfícies metálicas soldam-se em um nível atômico, criando um bloco sólido, sem solda. A figura abaixo mostra um esquema da estrutura interna PCHE após a montagem:

O pacote de placas (bloco pontilhado no interior) forma o núcleo do PCHE, entre uma concha do lado quente e uma concha do lado frio. Os coletores de entrada e saída são soldados a este bloco para alimentar os fluidos em seus respectivos circuitos de canal. Como todo o núcleo é ligado por difusão, não há juntas ou juntas de solda nas passagens ativas. Esta construção totalmente soldada explica a tolerância à pressão extraordinária do PCHE. Os núcleos de PCHE ligados por difusão sobrevivem rotineiramente a pressões superiores a 1.000 bar e grandes variações de temperatura.

Ao adaptar o padrão de gravação em cada placa, os fabricantes podem criar arranjos de fluxo assimétricos, ciclos de várias passagens ou até seções de fluxo de duas fases. Por exemplo, uma placa pode encaminhar o gás quente através de um caminho em zig-zag, enquanto a placa de acoplamento permite que um líquido fluia diretamente, dependendo das necessidades do processo. Essa flexibilidade permite aos designers ajustar a troca de calor versus queda de pressão.

Highlights de desempenho

Os PCHEs oferecem várias vantagens-chave devido ao seu design.

· Eficiência térmica:

A densa rede de microcanais permite que os PCHEs alcancem uma eficácia de 95 - 98%. Quase todo o calor é transferido entre os fluidos, superando em muito as unidades típicas de concha e tubo. Esta alta eficiência significa uma abordagem de temperatura muito pequena, reduzindo as perdas de energia.

· Tamanho ultra-compacto:

Ao gravar muitos minúsculos canais em cada placa, os PCHEs embalam uma enorme área de superfície de transferência de calor em um volume minúsculo. Na verdade, os PCHEs podem ocupar 80 - 90% menos espaço do que um trocador de casca e tubo comparável. Este "núcleo sólido com área de transferência de calor " os torna ideais onde o espaço e o peso estão em um prêmio.

· Capacidade de pressão / temperatura extrema:

O núcleo ligado por difusão não possui juntas ou juntas de fluxo, de modo que pode suportar condições brutais. Os PCHEs geralmente lidam com fluidos criogênicos (até -196 °C) e fluxos supercríticos (até 850 °C). As pressões acima de 1.000 bar são alcançáveis, permitindo que os PCHEs sejam utilizados em sistemas de combustível de hidrogênio, reatores avançados e compressores de alta pressão.

· Durabilidade mecânica:

A eliminação de juntas de solda e juntas de solda significa essencialmente não haver caminhos de vazamento no núcleo. Este design totalmente soldado resiste à fadiga causada pela vibração e pelo ciclo térmico. A ligação por difusão preserva a resistência total do metal e a resistência à corrosão, de modo que os PCHEs lidam com fluidos agressivos (ácidos, amônia, etc.) com confiança. onde os outros trocadores falham.

· Flexibilidade do design:

A gravação avançada significa que os canais podem seguir padrões complexos. Os PCHEs podem ser construídos com contra-fluxo, fluxo cruzado ou passagens múltiplas para equilibrar a transferência de calor e a queda de pressão. Os perfis de corrugamento personalizados aumentam ainda mais a mistura. Cada trocador de calor de circuito impresso é projetado sob medida para a sua função, proporcionando um desempenho superior para cada par de fluidos.

Para ilustrar a escala de um PCHE, considere as nossas especificações de produtos deTransferência de calor de Xangai. Nós oferecemos núcleos PCHE com:

Estes valores refletem a extraordinária capacidade térmica e robustez de um PCHE.

Aplicações do nosso trocador de calor de circuito impresso

O princípio de trabalho do PCHE torna-o adequado para as tarefas de transferência de calor mais exigentes. Aplicações típicas incluem:

Processamento de Gás Natural Liquefeito (GNL): Os PCHEs lidam com temperaturas criogênicas e altas pressões durante a liquefação e regasificação de GNL. Eles são usados para a vaporização de gás combustível em FSRUs e recuperação de gás de ebulição em transportadores.

· Nuclear eGeração de energia: Em reatores avançados e ciclos de CO2 supercríticos, os PCHEs servem como geradores de vapor compactos ou recuperadores de calor residual. Sua capacidade de suportar 850 ° C e 1000 bar os torna ideais para refrigerante de reator ou recuperação de calor de alta temperatura.

· Químicoe Petroquímicos: O espaço é apertado nas plantas de refino e químicas. Os PCHEs trocam calor de forma eficiente em reatores de alta pressão (por exemplo, hidrogenação) e controle do ponto de orvalho, enquanto ligas resistentes à corrosão permitem que entrem em contato com produtos químicos agressivos.

· Combustível de hidrogênio e captura de carbono; Os PCHEs pré - arrefecem o hidrogênio antes do abastecimento (crítica para estações de enchimento rápido) e recuperam calor em sistemas de CCS. A sua precisão e eficiência ajudam a melhorar o desempenho do sistema, economizando energia.

No geral, o princípio de trabalho - microcanais gravados, ligação de difusão e fluxo de contracorrente - dá aos PCHEs uma combinação única de eficiência, compacidade e resistência. Essas qualidades permitem que eles melhorem a recuperação de calor e reduzam o uso de energia. Os mais recentes estudos da SHPHE mostram que os PCHEs podem reduzir a potência de bombeamento em ~ 30% em comparação com os projetos tradicionais, graças à sua alta eficácia.

Shanghai Equipamento de Transferência de Calor Co., Ltd. Ltd. é especializada no projeto, fabricação, instalação e serviço de trocadores de calor de placa e sistemas completos de transferência de calor.

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