複雑な工業熱過程の分野、特に乳製品（HTST）、薬品、微細化学品などの衛生業界の分野では、複雑な多変数過程の要求を満たすために従来の片道熱交換器が不足していることが多い。プロセスが限られた空間内で異なる加熱、冷却、再生段階を必要とする場合、多段（多段）プレート式熱交換器（PHE）は標準的なエンジニアリングソリューションです。
本工事の概要は多段ユニットの実施に関する構造、機械と油圧面及び設計考慮要素を概説し、工事問題を解決する基礎を超えた。
構造力学と流動形態
片道ユニットとは異なり、複数のPHEは複数の熱負荷を単一のフレームに統合します。コンポーネントの定義Yes ちゅうかんバッフル （コネクタグリッドまたは仕切り板とも呼ばれます）。
コネクタメッシュの役割
プレートプレートはプレート群内で機械と油圧の境界として機能している。主なエンジニアリング機能は2つあります。
- トラバース:内部ポート（角）を使用して特定のプレート（段）に流体を誘導するか、補助回路の外部配管（保持管、ホモジナイザ、セパレータなど）に流体を転送します。
- 差圧分離：それは物理的にプロセス段階を分離し（例えば、冷却部分と加熱部分を分離する）、同じフレーム内で独立した圧力分布を実現することができる。
プロセスロジック
PHEは、セパレータとチャネル構成の戦略的な配置により、次のことを可能にします。
- 再生：製品から製品への熱伝達、出力された加熱流体は入力された冷却流体を予熱する。
- マルチゾーン処理：シーケンス処理（たとえば、ゾーン1：予冷、ゾーン2：エチレングリコール深さで冷却）で、ステージ間に外部配管はありません。
プロセス統合のエンジニアリングメリット
1.熱再生とNTU効率
大バッチ処理において、主な設計目標は最大化である さいせいこうりつ （現代HTST回路では通常90〜95%を超える）。多段設計により、原料及び低温消毒製品が専用セグメント内で逆流することができる。これにより、後続の加熱および冷却セクションに必要なボイラ蒸気および冷却媒体の負荷が大幅に低減される。
2.油圧足跡を減らす
3～4つのユニットの操作を1つのフレームに統合することで、スキッドの設置面積を減らすことができます。さらに重要なのは、スキッドの設置面積を最小限に抑えることです 滞留量 相互接続配管の等価な長さを削減し、 離散熱交換器の設置.
重要な設計上の考慮事項
デザイン 複数セグメント この装置は、片道装置ではあまり一般的ではない特定の油圧及び機械的拘束を解決する必要がある。
1.流量分布不良と港湾速度
多段装置では、流体は通常、メインフレームポートではなくコネクタメッシュを介してプレートグループに入り、離れる。コネクタグリッドのポート直径が流速に対して小さすぎると、ポート圧力が低下しすぎます。これにより、板幅分布が不均一になり、有効熱伝達率（U値）が低下し、低せん断応力により潜在的なスケール領域が生成される。
2.差圧と板材曲げ
仕切り板は両側の圧力を受けている。臨界故障モードは、隣接する部分（例えば、低圧冷却部分の隣の高圧加熱部分）間に顕著な圧力増分がある場合に発生する。
- エンジニアリング制御：最大差圧に耐え、曲げを防止するために、仕切り板の厚さを計算しなければならない。
- 材料の選択：グラノ 機械的剛性を確保するために、304または316 Lのソリッドステンレス鋼ブロック（通常はフレームサイズに応じて厚さ40 mmから60 mm）を指定します。
3. システム総電圧降下 （ΔP）
多段ユニットはスペースを節約したが、多通路の直列配置は総水力抵抗を著しく増加させた。エンジニアは計算する必要があります 総動圧ヘッド（TDH） 正確です。再生、加熱及び冷却段及び外部回路（保持管）の圧力降下総和はポンプを超えてはならない、s性能曲線又は板設計圧力限界。
ケーススタディ：衛生HTST統合
適用： ミルク連続低温殺菌
設計構成： 三段フレーム（再生/加熱/冷却）
第1段階（再生）： 入力された生牛乳（4°C）は、熱交換器で出力された低温殺菌牛乳（72°C）によって予熱される。
技術的な説明： 本節では、エネルギー回収率を最大限に高めるために、高いNTU（伝送ユニット数）を設計しています。
第2段階（加熱）：予熱した牛乳を熱水または蒸気を用いて72.5℃の低温殺菌設定値に加熱する。
第3段階（冷却）：冷凍水またはエチレングリコールを用いて製品を4°Cの貯蔵温度まで冷却する。
結果： この統合により、85%の再生エネルギーを実現しました。単一のフレームを使用することにより、この施設は2つの中間平衡タンクと関連する輸送ポンプの需要を解消した。
保守およびアセンブリプロトコル
に対して メンテナンスエンジニア、複数セクションのPHEの複雑さは、アセンブリプロトコルに厳密に準拠する必要があります。
- プレートシーケンシング（掛図）：単純なユニットとは異なり、多段熱交換器は通常、異なるセグメントで異なる板波（Theta High vs.Theta Low）または材料を使用します。プレートセットを順に組み直すと、通路の形状が変わり、熱特性と圧力降下が変わります。
- A-寸法規格：特定の要件に従ってプレートグループを締め付けなければならない A-サイズ （プラテン間の距離）をGA図面に示します。締めすぎるとコネクタメッシュガスケットがつぶれる、締付不足は断面交差汚染を引き起こす。
- ガスケット互換性：異なる部分は、異なるガスケット材料（例えば、EPDMは蒸気加熱用、NBRは冷却用）を使用することができる。交換中は材料の互換性を検証する必要があります。
FAQについて
Q：多段ユニットはデバッグ後に拡張できますか？
入口温度の監視は、問題を早期に検出します はい、フレームレールの長さ（支持棒）に使用可能な容量があることを前提としています。拡張には、特定の部分に印字ボックスを追加することが含まれます。しかし、これは油圧抵抗と熱負荷を変化させる。既存のポンプを十分に維持するためには、ポート速度と圧力降下を再計算する必要があります。
Q：なぜ圧力降下計算が多段設計において重要なのか？
入口温度の監視は、問題を早期に検出します 多段ユニットは、長い流路及びコネクタグリルにおける複数回の分流（旋回損失）に固有に関与する。ΔPを過小評価すると、流速が低下し、乱流（Reynolds数の低下）とスケール率の増加が実現できなくなる。
Q：各部分間の交差汚染をどのように検出しますか？
入口温度の監視は、問題を早期に検出します セグメント間漏れは通常微妙である。次の方法で検出します。
- 熱異常：冷却媒体や製品では説明できない温度変化。
- 差圧試験：メンテナンスの間、各部分に対して独立した静水圧試験（隣接部分が大気圧下にある場合）を行い、仕切板の密封故障を決定する必要がある。
