Компактные пластинчатые теплообменники очень популярны благодаря их эффективности, компактных размеров и низкой стоимости. С целью защиты теплообменников, работающих с загрязненными средами, могут применять покрытия на поверхности теплопередачи, чтобы увеличить эффективность и свести к минимуму загрязнение. Выбор покрытия является чрезвычайно важным этапом, так как неправильное покрытие может снизить эффективность блока, вызывают больше отложений, и разъедать поверхность[1].

Рассмотрено несколько видов покрытий[2]:

  • Покрытие на основе тефлона. Используется для диапазона температур 73°С – 260°С и давлениях до 275 бар. Толщина покрытия 0,0254 мм. Теплопроводность этого покрытия 0,25 Вт/м К.
  • Е-покрытие (электро покрытие) может использоваться для температур до 204°С. Толщина покрытия 0,0254 мм. Теплопроводность Е-покрытие составляет 0,7 Вт/м К.

В результате исследований и наблюдений были получены данные весов отдельных пластин, с целью определения места, где отложение происходило в пределах внутренних протоков в различных теплообменниках.

Изменение веса пластин представлен на рис.1 для пластинчатого теплообменника №1. Рис.1 показывает, что большее количество отложений происходило в середине теплообменника (пластины 7-13). Это связано с неравномерным распределением потока в теплообменнике. На рис. 2 представлены результаты изменения веса на идентичном теплообменнике, но с использование покрытия материалом на основе тефлона. Немного больше отложений имели место в пластинах 3-12.

Изменение веса пластин для пластинчатого теплообменника

Рис.1. Изменение веса в отдельных пластинах без покрытия после 45 дн. работы теплообменника №1 на озерной воде

пластины теплообменника

Рис.2. Изменение веса в отдельных пластинах с покрытием из тефлона после 45 дн. работы теплообменника №1 на озерной воде

Рис. 3 представляет изменения веса пластин без покрытия теплообменника №2, показывающий чуть больше отложения в нижней части теплообменника Рис. 4 представляет изменение веса пластин с E-покрытием аналогичного теплообменника и снова указывает на скопление отложений в нижней части теплообменника.

Изменение веса в отдельных пластинах без покрытия после 45 дн. работы теплообменника №2 на озерной воде

Рис.3. Изменение веса в отдельных пластинах без покрытия после 45 дн. работы теплообменника №2 на озерной воде

 Изменение веса в отдельных пластинах с Е-покрытием после 45 дн. работы теплообменника №2 на озерной воде

Рис.4. Изменение веса в отдельных пластинах с Е-покрытием после 45 дн. работы теплообменника №2 на озерной воде

Также были исследованы тепловые характеристики теплообменника чтобы определить, как влияет отложения на тепловые характеристики с течением времени тестирования (рис. 5).

Скорость передачи тепла (Вт) теплообменника без покрытия с течением времени

Рис.5 Скорость передачи тепла (Вт) теплообменника без покрытия с течением времени

В ходе исследования[3] было получено значение тепловой нагрузки, которое уменьшилось практически на 40%. В первой четверти (270 ч), значение скорости передачи тепла постоянно, в то время как во втором квартале показывает снижение приблизительно на 10 Вт. Третий квартал показывает период стабилизации с потерей в 1 Вт. Последний квартал показывает увеличение отложений и снижение отвода энергии 7 Вт.

Обследование отдельных пластин, показало, что нижние пластины (пластина №2) имели распределение отложений по всей пластине с концентрацией в углу входного участка.
Пластины без покрытия, в середине теплообменника (пластина №10), характеризируются равномерным распределением загрязнений по всей длине пластины, в то время как наблюдается меньше загрязнений на входном участке пластины.
На верхних пластинах (пластина №18) отложения также распределяться равномерно по всей длине пластины, с еще более заметными отложениями напротив входных и выходных отверстий.

Проанализировав данные с теплообменников с покрытием и без него были получены следующие данные. Производительность ПТО №1 без покрытия сократилась на 56,5%, в то время производительность ПТО №1 с покрытием из тефлона сократилась на 47%. Производительность ПТО № 2 без покрытия, работающего на озерной воде снизилась на 77%, в то время как аналогичный ПТО с Е-покрытием показал снижение только на 58% [4].
После очистки работающих ПТО и сравнении их с новыми аналогичными теплообменниками получены следующие данные. ПТО № 1с тефлоновым покрытием демонстрирует на 8 % больше производительности чем аналогичный ему ПТО №1 без покрытия. Соответственно ПТО №2 с Е покрытием демонстрирует на 11 % больше производительности сравнивая с ПТО №2 без покрытия.

В итоге хотелось бы выделить следующее: коррозия была ликвидирована в обоих случаях с использованием покрытий. Все покрытия характеризируются замедлением выпадения отложений. Также при рассмотрении вопроса о производительности и стоимости, E-покрытие, судя с полученных данных, является лучшим выбором. Е-покрытие обеспечивает повышенную производительность, имеет более высокую теплопроводность, и является наиболее экономически эффективным покрытием. Следовательно, покрытие пластин производительность и срок службы теплообменного оборудования.

Список источников информации:
1. О. Арсеньева, Л. Товажнянский, П. Капустенко, Г. Хавин – Математическое моделирование и оптимальное проектирование пластин и рам теплообменников, в: Chemical Engineering Transactions, т. 18, 2009, с. 791.
2. B. Thonon, S. Grandgeorge, C. Jallut – Влияние геометрии и условий течения на отложения в пластинчатых теплообменных аппаратах, Heat Transfer Engineering 20 (3) (1999) 12-24.
3. David J. Kukulka, Paul Leising – Оценка поверхностных покрытий теплообменника, Applied Thermal Engineering 30 (2010) 2333-2338
4. А. Горенко, О. Анипко, O. Арсеньева, П. Капустенко, Учет отложений в конструкции пластин теплообменника, в: Chemical Engineering Transactions, т. 18,2009, с. 207.