Kaynaklı, Contalı ve Baskılı Devre Plakalı Isı Eşanjörleri – Tam Karşılaştırma

Isı değiştiricilerAkışkanlar arasında karıştırmadan ısı transferi sağlarlar. Kompakt ve yüksek verimli tasarımlar arasında, ısıyı iletmek için metal plakalar kullanan plakalı ısı eşanjörleri bulunur. Contalı plaka, kaynaklı plaka ve baskılı devre (PCHE) olmak üzere üç temel plaka tasarımının her biri üst üste yerleştirilmiş plakalar kullanır, ancak yapıları farklıdır. Bu makalede, bu tasarımların yapıları, performansları, bakımları, maliyetleri ve endüstrideki kullanımları karşılaştırılmaktadır. Ayrıca, her birinin petrokimya, HVAC, enerji üretimi ve daha birçok sektöre nasıl uyduğuna da değineceğiz.

Kaynaklı Plakalı Isı Eşanjörleri

Kaynaklı plakalı ısı eşanjörleri de oluklu plakalardan oluşan bir yığın kullanır, ancak plakalar kenarlarından kalıcı olarak kaynaklanır veya lehimlenir, bu da conta kullanımını ortadan kaldırır.

SHPHE'nin HT-Bloc veya TP serisi kaynaklı phe'leri bunlara örnektir: cıvatalı kapaklı sağlam bir çerçeveye yerleştirilmiş kaynaklı bir plaka paketi. Sonuç olarak, plakaların yüksek ısı transferini korurken çok daha yüksek basınç ve sıcaklık toleransı elde eder.

Yapı:

Kaynaklı plakalı eşanjör, esasen iç kanallara sahip sağlam bir metal plaka bloğudur. Örneğin, SHPHE'nin HT-Bloc kaynaklı plakası, plakalı eşanjörlerin yüksek ısı transfer verimliliğini, borulu eşanjörlerin yüksek basınç ve sıcaklık direnciyle birleştirir.

Performans:

Kaynaklı plakalı üniteler, contalı plakalar ile tam gövdeli eşanjörler arasındaki boşluğu kapatır.

SHPHE'nin TP modelleri ~60 bar ve 900 °C'ye kadar (HT-Bloc modelleri ise 40 bar ve -40°C ila 400°C'ye kadar) dayanıklıdır. Isıl performansları hala çok yüksektir; plaka geometrisi mükemmel ısı transferi sağlar. Bu üniteler, iç akış yolları optimize edilebildiğinden, genellikle contalı plakalara benzer şekilde çok yakın sıcaklık yaklaşımları sağlar.

Bakım:

İşte önemli bir fark: Kaynaklı ünitelerde değiştirilebilir conta bulunmadığından nadiren sızıntı yaparlar, ancak kolayca sökülemezler. Tasarım izin veriyorsa, kullanıcılar kapakları sökerek eşanjörü açarlar; plaka paketi temizlik için dışarı çıkarılabilir.

Maliyet:

Kaynaklı plakalı ısı eşanjörleri, contalı modellerden daha pahalıdır. Kaynak veya lehimleme işlemi ve ağır hizmet tipi malzemeler, üretim maliyetlerini artırır. Ancak, eksantrik işleme gerektirmedikleri için genellikle PCHE'lerden daha ucuzdurlar.

Endüstriler:

SHPHE, petrol rafinerisi ve LNG servisinde kaynaklı üniteleri ön plana çıkarır. Ayrıca, elektrik üretiminde (atık ısı geri kazanımı, türbin yağlama yağı soğutucuları) ve sağlamlığın ve sızdırmazlığın kritik önem taşıdığı açık deniz veya deniz sistemlerinde de kullanılırlar. Verimli ısı transferi gerektiren ancak sert akışkanlar veya yüksek basınç koşullarıyla çalışan tüm tesisler genellikle kaynaklı plakaları tercih eder.

Contalı Plakalı Isı Eşanjörleri

Contalı plakalı ısı eşanjörleriAkış kanallarını kauçuk veya elastomer contalarla kapatan, bir çerçeve içinde birbirine kenetlenmiş birçok ince, oluklu metal plakadan oluşur. Sıcak ve soğuk akışkanlar dönüşümlü kanallarda (genellikle ters akım) akar ve plakalar üzerinden ısıyı iletir. SHPHE belgelerinde de vurgulanan bu modüler tasarım, onları oldukça kompakt hale getirir (genellikle borulu ünitelerden p-90 daha küçüktür).

Kolay temizlik ve hijyenin ön planda olduğu HVAC, soğutma, gıda ve içecek, kimyasal işleme ve hafif petrokimya uygulamalarında popülerdirler.

Performans:

Yüksek ısıtma/soğutma yüklerini kaldırabilirler, ancak kaynaklı veya PCHE tiplerine kıyasla nispeten daha düşük basınç ve sıcaklıklara dayanabilirler. Başlıca avantajlarından biri, çok yüksek yüzey alanı/hacim oranıdır (plakalar 100–200 m²/m³'e ulaşabilir), bu sayede eşanjör küçük bir alana sığar.

Bakım:

Contalı ve cıvatalı oldukları için bu eşanjörler kolayca sökülebilir. Kullanıcılar, plakaları temizlemek için kaydırabilir veya çıkarabilir (veya CIP (yerinde temizleme) yöntemini kullanabilir) ve gerektiğinde aşınmış contaları değiştirebilirler. Bu, kolay sökme imkanı sunarak kolay temizlik ve bakım sağlar.

Bunun dezavantajı ise contaların aşınmış parçalar olmasıdır: zamanla kontrol edilmeleri veya değiştirilmeleri gerekir ve kötü bir conta sızıntılara neden olabilir.

Maliyet:

Contalı üniteler genellikle üçü arasında en ucuz olanlardır. Standart paslanmaz çelik plakalar ve kauçuk contalar kullanırlar ve basit cıvatalı çerçevelere sahiptirler.

Kısıtlı bütçeli veya demontaj gerektiren uygulamalarda (örneğin bira fabrikaları, HVAC), contalı eşanjörler yaygındır. Daha düşük fiyatları, daha düşük basınç değerleriyle birlikte gelir, bu nedenle çok yüksek basınç veya yüksek sıcaklık gerektiren uygulamalar (örneğin kimyasal reaktörler, buhar) için farklı tasarımlar tercih edilir.

Endüstriler:

Tipik kullanım alanları arasında binalarda, gıda tesislerinde ve proses tesislerinde ısıtma/soğutma suyu, yağlar, soğutucular ve hafif kimyasallar yer alır.

Baskılı Devre Isı Değiştiricileri (PCHE)

Üçünün en yenisi,Baskılı Devre Isı EşanjörleriÇok ince paslanmaz veya nikel alaşımlı plakalardan yapılmış olup, her biri mikro akış kanallarıyla (bir PCB deseni gibi) kimyasal olarak aşındırılmış ve ardından difüzyonla tek bir katı blok halinde birleştirilmiştir. İçerisinde conta veya ek yeri yoktur; mikro kanallardan oluşan yekpare bir çekirdektir. 20. yüzyılın sonlarında geliştirilen bu yenilik, kompaktlık ve zorlu koşullara ihtiyaç duyan endüstriler tarafından yönlendirilmiştir.

Yapı:

Bir PCHE'de, plakalar karmaşık mikro kanal desenleri oluşturmak için aşındırma işlemine tabi tutulur. Aşındırılmış plakalar üst üste konulduktan sonra, yüksek sıcaklık ve basınç altında difüzyonla birleştirilerek mikroskobik geçitlere sahip katı bir metal blok oluşturulur.

Sonuç son derece kompakttır: Test edilen PCHE'ler, geleneksel borulu ünitelerden dört ila altı kat daha küçük ve hafiftir. Tipik kanal boşlukları 0,4-4 mm mertebesindedir.

Performans:

PCHE'ler olağanüstü performansa sahiptir. Çok yüksek basınç ve sıcaklıklara dayanırlar - SHPHE'nin belirttiğine göre 1.000 bar ve 850-900 °C'ye kadar - contalı veya kaynaklı plakaların dayanabileceğinden çok daha yüksek sıcaklıklara.

Isı transfer verimliliği de oldukça yüksektir (� civarında) çünkü küçük kanallar ve oluklar yoğun türbülansa neden olur.

Örneğin, PCHE'ler hem basınç hem de verimlilik gereksinimlerinin aşırı olduğu LNG tesislerinde, nükleer reaktörlerde ve süperkritik CO₂ sistemlerinde kullanılır.

Bakım:

Difüzyonla bağlı olduklarından, PCHE'lerin içinde hareketli parça, conta veya sızdırmazlık elemanı bulunmaz.

Ancak bu, iç aksamları açamayacağınız veya bakımını yapamayacağınız anlamına da gelir. İnce kanallar kirlenirse, temizlik son derece zor veya imkansızdır; bu nedenle PCHE'ler çok temiz sıvılarla sınırlıdır. PCHE kullanan sistemler ince filtreler içerir veya ultra saf ortamla çalışır. Rutin bakım, eşanjörün kendisini temizlemek yerine genellikle yalnızca kaynak bağlantılarının incelenmesini ve giriş filtrasyonunun sağlanmasını içerir.

Maliyet:

PCHE'ler en yüksek maliyetli seçenektir. Karmaşık fotokimyasal aşındırma ve difüzyon bağlama işlemi pahalıdır ve malzemeler genellikle paslanmaz veya egzotik alaşımlardan oluşur (karbon çeliği parça içermez).

Olumlu tarafı, kompakt olmaları diğer alanlarda maliyetleri düşürebilir: daha küçük temeller, daha hafif destekler ve daha düşük sıvı stoğu (bu da güvenlik gereksinimlerini azaltabilir). Ancak, yalnızca birim fiyatına bakıldığında, baskılı devre üniteleri satın almak en pahalı olanlardır.

Endüstriler:

PCHE'ler, başka hiçbir şeyin işe yaramadığı yerlerde ortaya çıkar. İlk uygulayıcılar nükleer enerji ve havacılık (uzay aracı ve uçak ısı eşanjörleri) olmuştur ve bugün nükleer, LNG, hidrokarbon işleme ve yenilenebilir enerji sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ayrıca, verimliliğin ve boyutun çok önemli olduğu yeni nesil enerji projelerinde (örneğin küçük modüler reaktörler, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi) giderek daha fazla kullanılmaktadırlar. 

Nasıl Karşılaştırılırlar?

İlgili Sorular

S: Contalı ve kaynaklı plakalı eşanjörler arasındaki temel fark nedir?

Önemli olan sızdırmazlıktır. Contalı eşanjörler, değiştirilebilir kauçuk contalara ve cıvatalı bir gövdeye sahiptir, böylece temizlik veya plaka değişimi için sökülebilirler. Kaynaklı plakalı eşanjörler, plakaları (conta olmadan) birleştirerek daha yüksek basınç/sıcaklık kapasitesi sağlar, ancak bakımlarını zorlaştırır. Kısacası, contalı plakalar daha kullanışlıdır; kaynaklı plakalar ise daha zorlu koşullara dayanıklıdır.

S: Plaka veya kabuk yerine neden baskılı devre ısı değiştiricisi kullanmalıyız?

PCHEAşırı gereksinimler için s seçilir. Çok küçük bir hacme devasa ısı transfer alanları sığdırırlar ve 1.000 bara kadar basınçlarda ve yaklaşık 850°C sıcaklıklarda çalışabilirler. Bir uygulama alan açısından kısıtlıysa ve süperkritik akışkanlar (LNG veya CO₂ gibi) içeriyorsa, bir PCHE geleneksel ünitelerin ulaşamayacağı bir verimlilik sağlayabilir.

S: Hangi tip eşanjör en verimlidir?

Her üç tip de yüksek termal verime sahiptir. PCHE'ler, optimize edilmiş mikrokanalları sayesinde genellikle en yüksek nominal verime (≈� etkinlik) ulaşırlar.

S: Bakım ihtiyaçları nasıl karşılaştırılır?

Contalı plakalı eşanjörler temizlenmesi en kolay olanlardır: bunları sökebilir, yıkayabilir veya parçalarını değiştirebilirsiniz.

Baskılı devre değiştiriciler esasen iç kısımları bakım gerektirmez (conta veya ek yeri yoktur), ancak tıkanmayı önlemek için temiz sıvılara ihtiyaç duyarlar ve genellikle giriş filtrelerine ihtiyaç duyarlar.

Özetle, bu üç tip arasında yapılacak seçim, nihayetinde belirli çalışma koşullarının (sıcaklık, basınç, akışkan özellikleri), bakım gereksinimlerinin ve genel proje bütçesinin dikkatli bir şekilde analiz edilmesine bağlıdır.

Daha fazla danışmanlık ve tartışmaya ihtiyacınız varsa lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.bize Ulaşın.

E-posta: info@shphe.com

WhatsApp /Cep: 86 15201818405