Baskılı Devre Isı Değiştiricilerinin (PCHE) Çalışma Prensibi

Baskılı Devre Isı Eşanjörleri (PCHE'ler), aşırı koşullar için tasarlanmış ultra kompakt, difüzyonla birleştirilmiş plakalı ısı eşanjörleridir. Geleneksel borulu ve gövdeli ünitelerin aksine, PCHE'ler ince metal plakalara kimyasal olarak karmaşık mikro kanal desenleri kazınarak ve ardından bunlar istiflenerek ve difüzyonla birleştirilerek sağlam, monolitik bir blok haline getirilerek üretilir.

Baskılı Devre Isı Değiştiricilerinin Çalışma Prensibi (PCHE):

PCHE, difüzyon kaynaklı metal plakalar aracılığıyla sıcak bir akıştan soğuk bir akışa termal enerji aktarır. Her plakanın her iki yüzünde de aşındırılmış kanallar bulunur ve akışkanlar plakanın karşıt taraflarındaki bu kanallardan geçer. Sıcak akışkan kanallardan akarken, ısı plaka duvarından bitişik soğuk akışkan kanallarına iletilerek akışkan sıcaklıkları yükselir (veya düşer). Mühendisler genellikle akış yollarını, bir akışkanın diğerine ters yönde akması ve akış boyunca sıcaklık gradyanını en üst düzeye çıkararak verimliliği artırması için düzenler. En önemlisi, aşındırılmış kanallar genellikle orta akış hızlarında bile türbülansa neden olan küçük oluklar veya kıvrımlar içerir ve bu da konvektif ısı transfer katsayılarını (genellikle 3.000-7.000 W/m²·K) önemli ölçüde artırır.

Örneğin, tipik bir PCHE kanal düzeni, sıcak (kırmızı) ve soğuk (mavi) akışkanları her plakadaki sarmal mikrokanal yollarından geçirir. Bu karmaşık, kimyasal olarak aşındırılmış geometri, akışı karıştırır ve eşanjör boyunca yüksek bir sıcaklık farkı sağlar.

Plaka kanalları her uygulama için özel olarak tasarlanabildiğinden (2B veya 3B desenler), mühendisler termal uzunluğu ve basınç düşüşünü proses ihtiyaçlarına göre optimize edebilirler. Aslında, bir PCHE'nin çalışma prensibi, küçük aşındırılmış kanallar aracılığıyla akışkanlar arasındaki yüzey temasını en üst düzeye çıkarmak ve ardından ince plakadan katı iletimi sağlayarak işi tamamlamaktır.

PCHE'nin İnşası ve Tasarımı

PCHE ısı eşanjörleriZorlu koşullara dayanacak şekilde ince metal plakalardan (genellikle paslanmaz çelik veya yüksek nikel alaşımları) üretilirler. Her plaka, mikro kanallarını oluşturmak için hassas bir fotokimyasal aşındırma işleminden geçirilir. Aşındırma işleminden sonra, plakalar dönüşümlü olarak sıcak/soğuk konfigürasyonunda istiflenir ve yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı bir difüzyon bağlama fırınına yerleştirilir. Bu koşullar altında (genellikle metalin erime noktasının p-95'i), metal yüzeyler atomik düzeyde birleşerek sağlam, kaynaksız bir blok oluşturur. Aşağıdaki şekil, montajdan sonra iç PCHE yapısının şemasını göstermektedir:

Plaka paketi (içerideki noktalı blok), sıcak taraf kabuğu ve soğuk taraf kabuğu arasında sıkışmış PCHE'nin çekirdeğini oluşturur. Giriş ve çıkış manifoldları, akışkanları ilgili kanal devrelerine beslemek için bu bloğa kaynaklanmıştır. Çekirdeğin tamamı difüzyon kaynaklı olduğundan, aktif geçişlerde conta veya lehim bağlantısı yoktur. Bu tamamen kaynaklı yapı, PCHE'nin olağanüstü basınç toleransını açıklar. Difüzyon kaynaklı PCHE çekirdekleri, genellikle 1.000 bar'ı aşan basınçlara ve geniş sıcaklık dalgalanmalarına dayanır.

Üreticiler, her plakadaki aşındırma desenini özelleştirerek asimetrik akış düzenleri, çok geçişli döngüler veya hatta iki fazlı akış bölümleri oluşturabilirler. Örneğin, bir plaka sıcak gazı zikzak bir yoldan geçirirken, eşleşen plaka, proses ihtiyaçlarına bağlı olarak sıvının doğrudan akmasına izin verebilir. Bu esneklik, tasarımcıların ısı değişimini basınç düşüşüne göre hassas bir şekilde ayarlamasına olanak tanır.

Performans Öne Çıkanları

PCHE'ler tasarımları gereği birçok önemli avantaja sahiptir.

· Olağanüstü termal verimlilik:

Yoğun mikrokanal ağı, PCHE'lerin �-98 verimlilik oranına ulaşmasını sağlar. Isının neredeyse tamamı akışkanlar arasında aktarılır ve bu da tipik borulu ünitelerin çok ötesindedir. Bu yüksek verimlilik, çok düşük bir sıcaklık yaklaşımı sağlayarak enerji kayıplarını azaltır.

· Ultra kompakt boyut:

Her bir plakaya çok sayıda küçük kanal kazınarak, PCHE'ler devasa bir ısı transfer yüzey alanını küçük bir hacme sığdırır. Hatta, PCHE'ler benzer bir borulu eşanjörden �-90 daha az yer kaplayabilir. Bu "ısı transfer alanıyla dolu sağlam çekirdek", onları alan ve ağırlığın önemli olduğu yerlerde ideal hale getirir.

· Aşırı basınç/sıcaklık kapasitesi:

Difüzyonla birleştirilmiş çekirdek, akış contası veya ek yeri içermediğinden zorlu koşullara dayanıklıdır. PCHE'ler rutin olarak kriyojenik sıvıları (-196 °C'ye kadar) ve süperkritik akışları (850 °C'ye kadar) işler. 1.000 barın üzerindeki basınçlara ulaşılabilmesi, PCHE'lerin hidrojen yakıt sistemlerinde, gelişmiş reaktörlerde ve yüksek basınçlı kompresörlerde kullanılmasını mümkün kılar.

· Mekanik dayanıklılık:

Conta ve lehim bağlantılarının ortadan kaldırılması, çekirdekte neredeyse hiç sızıntı yolu olmadığı anlamına gelir. Bu tamamen kaynaklı tasarım, titreşim ve termal döngülerden kaynaklanan yorgunluğa karşı direnç sağlar. Difüzyon bağlama, metalin tam mukavemetini ve korozyon direncini koruduğu için, diğer eşanjörlerin başarısız olduğu agresif akışkanları (asitler, amonyak vb.) güvenilir bir şekilde idare eder.

· Tasarım esnekliği:

Gelişmiş aşındırma, kanalların karmaşık desenleri takip edebilmesi anlamına gelir. PCHE'ler, ısı transferini ve basınç düşüşünü dengelemek için karşı akışlı, çapraz akışlı veya çoklu geçişli olarak üretilebilir. Özel oluklu profiller, karıştırmayı daha da artırır. Her baskılı devre ısı eşanjörü, görevine özel olarak tasarlanarak her akışkan çifti için üstün performans sağlar.

Bir PCHE'nin ölçeğini göstermek için ürün spesifikasyonlarımızı inceleyinŞanghay Isı TransferiPCHE çekirdeklerini şu şekilde sunuyoruz:

Bu değerler bir PCHE'nin olağanüstü termal kapasitesini ve sağlamlığını yansıtmaktadır.

Baskılı Devre Isı Eşanjörümüzün Uygulamaları

PCHE çalışma prensibi, onu en zorlu ısı transferi görevleri için uygun hale getirir. Tipik uygulama alanları şunlardır:

· Sıvılaştırılmış Doğal Gaz (LNG) işleme: PCHE'ler, LNG sıvılaştırma ve yeniden gazlaştırma sırasında kriyojenik sıcaklıkları ve yüksek basınçları idare eder. FSRU'larda yakıt gazı buharlaştırma ve taşıyıcılarda kaynama gazı geri kazanımı için kullanılırlar.

· Nükleer vegüç üretimi:Gelişmiş reaktörlerde ve süperkritik CO₂ çevrimlerinde, PCHE'ler kompakt buhar jeneratörleri veya atık ısı geri kazanım cihazları olarak hizmet verir. 850 °C ve 1000 bar'a kadar dayanabilmeleri, onları reaktör soğutma sıvısı veya yüksek sıcaklıkta ısı geri kazanımı için ideal kılar.

·Kimyasalve petrokimya:Rafineri ve kimya tesislerinde alan dardır. PCHE'ler yüksek basınçlı reaktörlerde (örneğin hidrojenasyon) ve çiğ noktası kontrolünde verimli bir şekilde ısı alışverişi sağlarken, korozyona dayanıklı alaşımlar sert kimyasallarla temas etmelerine olanak tanır.

· Hidrojen yakıtlandırma ve karbon yakalama:PCHE'ler, yakıt doldurmadan önce hidrojeni önceden soğutur (hızlı dolum istasyonları için kritik öneme sahiptir) ve CCS sistemlerinde ısıyı geri kazanır. Hassasiyetleri ve verimlilikleri, enerji tasarrufu sağlarken sistem performansını iyileştirmeye yardımcı olur.

Genel olarak, çalışma prensibi - aşındırılmış mikrokanallar, difüzyon bağlama ve ters akım akışı - PCHE'lere benzersiz bir verimlilik, kompaktlık ve dayanıklılık kombinasyonu kazandırır. Bu özellikler, ısı geri kazanımını iyileştirmelerini ve enerji kullanımını azaltmalarını sağlar. SHPHE'nin en yeni çalışmaları, PCHE'lerin yüksek verimlilikleri sayesinde pompalama gücünü geleneksel tasarımlara kıyasla yaklaşık 0 oranında azaltabileceğini göstermektedir.

Shanghai Heat Transfer Equipment Co., Ltd. plakalı ısı eşanjörleri ve komple ısı transfer sistemlerinin tasarımı, üretimi, montajı ve servisi konusunda uzmanlaşmıştır.

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

E-posta: info@shphe.com

WhatsApp /Cep: 86 15201818405