Wymienniki ciepła

Wymienniki ciepła mają szerokie zastosowanie, m.in. w instalacjach w przemyśle, ciepłownictwie, ogrzewnictwie i chłodnictwie – począwszy od węzłów ciepłowniczych, poprzez małe urządzenia grzewcze, jak kotły i pompy ciepła czy kolektory, po instalacje chłodnicze do klimatyzacji budynków. Są także skutecznym i tanim rozwiązaniem pozwalającym połączyć w jeden system grzewczy dwie instalacje, z których jedna jest zbudowana w układzie otwartym, a druga w zamkniętym.

Zastosowanie wymiennika zależy w dużej mierze od jego budowy. W przypadku wymienników płytowych te o większym kącie wyżłobień są bardziej odpowiednie dla chłodnictwa. Specjalny kształt wytłoczeń umożliwia osiągnięcie przepływu turbulentnego przy stosunkowo niskiej prędkości czynnika w instalacji.

Wybór uzależniony jest także temperaturą i rodzajem czynnika przepływającego przez wymiennik.

Nowością na rynku jest technologia Micro Plate. Dzięki unikalnemu ułożeniu wyżłobień, które pozwalają na równomierny przepływ czynnika, zyskuje się obniżenie spadku ciśnienia na wymienniku i wzrost efektywności.

Dwa główne rodzaje wymienników płytowych to skręcane/uszczelkowe lub lutowane/spawane.

Zaletą tych pierwszych jest fakt, że można je w razie potrzeby otworzyć do czyszczenia płyt kanałowych i koniecznie uszczelek, które mają zapobiegać wyciekowi przede wszystkim pomiędzy mediami i mogą być wykonane z różnych materiałów, np. Yiton, Nitryl lub EPDM. Wymienniki lutowane zbudowane są z połączonych ze sobą na stałe i odpowiednio wytłaczanych płyt i nie można ich otwierać. Są za to odporne na ewentualne rozszczelnienia, przez co mogą pracować w instalacjach, w których konieczne są wysokie ciśnienia i temperatury, np. instalacjach przemysłowych czy parowych.

Powierzchnia grzewcza składa się z pakietu cienkich profilowanych metalowych płyt ułożonych przeciwstawnie. Kanały są utworzone pomiędzy płytami, a media izolowane w wymienniku przez lutowanie.

Montaż

Zdecydowanie zaleca się montowanie wymienników w pozycji pionowej, co minimalizuje ryzyko powstawania osadów. Bardzo ważne jest prawidłowe podłączenie obiegów, tak aby przepływ był przeciwprądowy. Instalator powinien także wziąć pod uwagę, że przewody będą ulegały wydłużeniom termicznym. Warto podeprzeć przewody, co pozwoli przejąć powstałe naprężenia i odciążyć wymiennik.

Na efektywność wymiennika poza montażem wpływa także zgodność z założonymi w projekcie parametrami. Przepływ czynnika, zarówno mniejszy, jak i większy od projektowego, będzie skutkował wymianą niewystarczającej ilości ciepła pomiędzy czynnikami, co kończy się później np. tym, że kocioł pracuje dłużej, niż powinien. Można ewentualnie dla korekcji przepływu zastosować zawór przed wymiennikiem, żeby nim nieco sterować lub zmniejszyć prędkość przepływu na pompie poprzez zmianę biegu.

Uruchamianie

Wymiennik należy uruchamiać powoli, zwiększając stopniowo przepływ, aż do uzyskania temperatury roboczej. Wszelkie drastyczne skoki ciśnienia i temperatury mogą go uszkodzić.

Żeby uniknąć uderzenia ciśnieniowego, należy montować zawory odcinające na wejściu i wyjściu wymiennika, a przy uruchamianiu układu muszą być one otwierane możliwie jednocześnie. Każdy szczegół wpływa na późniejszą eksploatację wymiennika, dlatego nie można zapominać o jego odpowietrzeniu od razu po uruchomieniu.

Należy pamiętać o zapewnieniu odpowiedniej jakości wody, gdyż miedź ma mniejszą odporność na korozję niż stal nierdzewna. Wysoka temperatura czynnika przepływającego przez wymiennik przyspiesza korozję, dlatego jeżeli to woda jest medium, musi być ona odpowiednio uzdatniona. Producenci przestrzegają również przed jednoczesnym płukaniem wymiennika i instalacji c.o., szczególnie tych starych.

Trzeba także zwrócić uwagę na środki stosowane przy płukaniu instalacji, ponieważ nie wszystkie są odpowiednie dla wymienników lutowanych.

Innym zaleceniem dotyczącym wszystkich wymienników w instalacjach, w których medium są wszelkiego rodzaju pary, jest zadbanie o suchość pary poprzez zastosowanie m.in. odwadniaczy. Para nasycona wilgocią może powodować uderzenie hydrauliczne i uszkodzenie wymiennika.

Okresowe kontrole wycieków są także wskazane, szczególnie że wycieki mogą pozostawać niezauważone przez dłuższy czas, jeśli od razu odparują.

Zalety wymienników ciepła to nieskomplikowana budowa oraz szybka reakcja na zmianę parametrów instalacji – dlatego należy ustawiać zawory na krótki czas reakcji, najlepiej z regulacją PI z logarytmiczną charakterystyką odpowiedzi.

Cechą charakterystyczną są też niewielkie wymiary, przez co zwykle nie ma problemów z ich zamontowaniem nawet w najmniejszej kotłowni. Wymienniki często wbudowywane są bezpośrednio w urządzenia, które mają odzyskiwać ciepło, np. w pompy ciepła. Możliwość wykorzystania wymiennika do odzysku ciepła odpadowego to jeden z kierunków dalszego rozwoju tych urządzeń.

Literatura

Materiały firm: Atermal, Danfoss, Secespol i Tranter.