Eficiencia de un intercambiador de calor de circuitos impresos

Los intercambiadores de calor de circuitos impresos son ultracompactos.Intercambiadores de calor de placas de difusión diseñado para condiciones extremas. Utilizan placas de microcanales grabadas apiladas en un bloque monolítico, lo que permite coeficientes de transferencia de calor muy altos y una operación casi contraflujo. Estas características de diseño cuentan con una excepcional eficiencia térmica del 95 - 98% en condiciones ideales. Esto quiere decir que aAlta presión PH Puede transferir casi todo el calor disponible entre las corrientes calientes y frías, dejando solo una diferencia de temperatura de "aproximación" muy pequeña.

Esquema de un intercambiador de calor de circuitos impresos (PCHE). Las placas metálicas delgadas con microcanales grabados (el "paquete de placas") se unen por difusión en un bloque sólido entre las carcas del lado caliente y frío.

La alta eficiencia de los PCHEs se deriva de su relación superficie-área - volumen extremadamente grande y de las trayectorias de flujo diseñadas. Cada placa contiene microcanales complejos y sinuosos (a menudo de solo cientos de micrómetros de ancho) que forzan a los fluidos en trayectorias largas y turbulentas. Esta turbulencia aumenta el coeficiente de transferencia de calor convectiva (a menudo 3000 - 7000 W / m2 · K) mucho más allá de lo que es posible en unidades típicas de cáscara y tubo. Al mismo tiempo, organizar los flujos en una configuración de corriente contraria real maximiza la diferencia de temperatura a lo largo del intercambiador y aumenta aún más la eficiencia. Debido a que las placas están unidas por difusión en un bloque, no hay fugas de juntas ni juntas soldadas para agregar resistencia térmica: toda la pila de placas actúa como un conductor de metal continuo. Como resultado, casi toda la energía térmica del fluido caliente puede ser transferida al fluido frío.

En comparación, los intercambiadores convencionales de carcasa y tubo o incluso los intercambiadores de junta no pueden igualar este rendimiento. Los intercambiadores de calor típicos de placa y marco ya alcanzan enfoques de temperatura mucho más cercanos que las fases de cáscara y tubo, a menudo dentro de unos pocos grados, debido a sus placas corrugadas. Los intercambiadores de placas con junta pueden ser hasta cinco veces más eficientes que los diseños de carcasa y tubo, con temperaturas de aproximación tan cercanas como 1 ° F. Los PCHEs llevan esto aún más allá: su geometría de canal fino produce rutinariamente aproximaciones de temperatura por debajo de 5 ° C (efectividad del orden del 98%). Para aplicaciones que exigen la mayor eficiencia posible, PCHE establecen el punto de referencia.

Cómo los PCHEs logran una alta eficiencia

Varios factores clave de diseño permiten a los PCHE alcanzar una eficacia tan alta:

· Red densa de microcanales:

Cada placa unida por difusión contiene un laberinto de canales grabados en ambos lados. Estos microcanales aumentan drásticamente el área de transferencia de calor por unidad de volumen (a menudo cientos de metros cuadrados por metro cúbico). Más superficie significa más espacio para que el calor fluya entre los fluidos.

· Alta turbulencia:

Los patrones de canales generalmente son ondulados o ondulados, induciendo intencionalmente turbulencia incluso a caudales moderados. La turbulencia adelgaza las capas límite térmicas, aumentando el coeficiente de transferencia de calor convectiva. En términos prácticos, esto significa que el fluido no tiene que calentar la pared lentamente - el calor se intercambia muy rápidamente y eficientemente.

Configuración de True Counterflow:

Los ingenieros personalizan la geometría del canal de modo que las corrientes calientes y frías son principalmente contracorrientes. El contraflujo maximiza la diferencia de temperatura de conducción a lo largo del intercambiador, que es la base fundamental para una alta eficiencia térmica.

· Núcleo de metal:

Debido a que las placas están unidas por difusión, el núcleo de PCHE es un solo bloque de metal sólido sin sellos internos ni juntas. Esto elimina la resistencia de contacto térmico en las juntas y evita cualquier fuga que evitaría la transferencia de calor. También permite que el núcleo resista presiones extremadamente altas (a menudo 600 - 1000 bar) y temperaturas (a menudo > 800 ° C).

· Inventario de fluidos bajo:

Los pequeños volúmenes del canal significan que cada lado del fluido contiene solo una pequeña cantidad de fluido. El inventario bajo reduce el retraso térmico y permite una respuesta más rápida y una mayor eficacia.

Gracias a estas características, los PCHEs suelen lograr una eficacia térmica en el percentil de mediados de los 90 a los 90 superiores. En términos prácticos, si se especifica un PCHE para enfriar un fluido de 200 ° C a 50 ° C, la corriente fría podría salir a casi 195 - 198 ° C, lo que significa que casi todo el calor se ha recuperado. Este rendimiento supera con creces a las típicas unidades de cáscara y tubo, y a menudo supera ligeramente incluso a los mejores intercambiadores de placas convencionales. La diferencia es más importante cuando se requieren enfoques de temperatura muy pequeños, por ejemplo, el preenfriamiento de GNL o la recuperación de calor del reactor, donde cada grado de diferencia de temperatura es valioso.

Comparación con otros intercambiadores de calor

En una tabla generalizada de comparación de rendimiento, todos los intercambiadores de placas de alto rendimiento (juntados, soldados, de circuito impreso) están marcados como "Excelente" por eficiencia térmica. Sin embargo, los PCHEs logran la mayor eficiencia nominal debido a sus microcanales optimizados. Si la máxima recuperación de calor y la temperatura mínima de aproximación son el objetivo (especialmente en condiciones de presión / temperatura extrema), un PCHE generalmente superará a otros diseños.

Para comparaciones más detalladas, consulte nuestro informe especial:

>https://www.china-heattransfer.com/welded-vs-gasketed-vs-printed-circuit-plate-heat-exchangers/

Aplicaciones y FAQs de la industria

¿Por qué elegir un PCHE? Los PCHEs ofrecen una compacidad y robustez sin igual. Se pueden especificar para condiciones extremas - presiones de hasta ~ 1000 bar y temperaturas de hasta ~ 850 ° C - donde los intercambiadores convencionales no pueden funcionar.

De hecho, los PCHEs se adoptaron por primera vez en los sectores de la energía nuclear y aeroespacial por esta razón. Por ejemplo, en una planta de GNL, un PCHE podría utilizarse en la sección criogénica para enfriar y condensar el gas natural con una pérdida mínima de temperatura.

Campos típicos incluyen:

· Petróleo y Gas (Petroquímico, GNL):

Los licuadores de GNL compactos y las unidades de procesamiento de gas utilizan PCHEs para el preenfriamiento, vaporizadores y recuperación de calor residual. La alta eficiencia reduce el trabajo de refrigeración. Del mismo modo, el tratamiento de gas aguas abajo y los procesos químicos se benefician de un estricto control de temperatura.Intercambiadores de placasEn general, ya se aplican ampliamente en la industria del petróleo y el gas debido a su alta eficiencia, tamaño compacto, resistencia a la corrosión y facilidad de mantenimiento, y los PCHEs representan el siguiente paso cuando se requiere un deber más alto.

· Generación de energía (Nuclear, CO2 supercrítico):

En reactores avanzados y ciclos supercríticos de CO2, los PCHEs sirven como intercambiadores de calor primarios o recuperadores. Su construcción totalmente metálica a prueba de fugas es adecuada para refrigerantes agresivos, y su eficiencia mejora el rendimiento general del ciclo.

· Energías renovables (hidrógeno, captura de carbono):

Como señalan las fuentes de la industria, los PCHEs son valiosos en estaciones de reabastecimiento de hidrógeno (para el preenfriamiento del gas hidrógeno) y en plantas de captura de carbono (para enfriar corrientes densas de CO2 o solventes). Su capacidad de manejar criogénicos y altas presiones es especialmente útil aquí.

· Metalurgia y químicos:

Las plantas siderúrgicas y las fábricas químicas a menudo requieren recuperación de calor a alta temperatura (por ejemplo, de los gases de escape). Aunque es menos común que en energía / O & G, los PCHEs se pueden aplicar en estos sectores para bucles de recuperación de calor, debido a su robustez.

Aeroespacial y Defensa:

Las aplicaciones aeroespaciales y criogénicas especializadas utilizan PCHEs para el control térmico en vehículos espaciales y aeronaves de gran altitud, donde el peso y la fiabilidad son críticos.

Los ingenieros a menudo se preguntan si los PCHEs valen la pena el costo por eficiencia. Los PCHEs son de hecho más caros de fabricar (grabado de precisión y enlace de difusión). Sin embargo, su retorno de la inversión a menudo proviene del rendimiento: reducir el área de transferencia de calor requerida, ahorrar espacio en el piso (pueden ser 80 - 90% más pequeños que los de cáscara y tubo) y minimizar la potencia de bombeo.

En el caso de un bloqueo, pueden ser necesarias varias estrategias de limpieza, que van desde chorros de agua a alta presión hasta procesos de limpieza química más complejos y costosos. Estas tareas de mantenimiento pueden ser particularmente desafiantes en configuraciones estrechamente confinadas o de poco acceso, por lo que es esencial diseñar sistemas con puertos de limpieza adecuados y puntos de acceso al servicio. Como parte de una planificación operacional sólida, las disposiciones para estos métodos de limpieza deben integrarse en cada sistema de PCHE. Además, ocasionalmente han surgido problemas relacionados con la corrosión galvánica entre el intercambiador de calor y los materiales de tubería conectados, lo que pone de relieve la necesidad de kits de aislamiento o secciones de bobina recubiertas durante la instalación para garantizar la compatibilidad de los materiales en el sitio.

Sobre el SHPHE

Shanghai Equipos de Transferencia de Calor Co., Ltd. se especializa en el diseño, fabricación, instalación y servicio de intercambiadores de calor de placas y sistemas completos de transferencia de calor.

Con tecnología avanzada de ingeniería y fabricación, experiencia integral en intercambiadores de calor y ricas experiencias de servicio, SHPHE se dedica a suministrar intercambiadores de calor de placa de calidad a varios clientes en todo el mundo en petróleo y gas, químicos, centrales eléctricas, bioenergía, metalurgia, marina, HVAC, fabricación mecánica, papel y pulpa, acero, etc.

SHPHE sigue comprometida con el progreso de la industria a través de la innovación tecnológica continua. Al asociarse con empresas líderes en el país y en el extranjero, SHPHE tiene como objetivo convertirse en un proveedor de primer nivel de soluciones de alta calidad en la industria del intercambiador de calor, tanto en China como a nivel internacional.

Si necesita más consulta y discusión, no dude en Contacta con nosotros.

Correos electrónicos: info@shphe.com

WhatsApp / celular: 86 15201818405