海水交換器のサプライヤーとして、私はこれらのデバイスが発電から淡水化まで、さまざまな業界で果たす重要な役割を直接目撃しました。海水熱交換器のパフォーマンス評価は、単なる技術的な必要性ではありません。これは、効率的で信頼性の高いコスト - 効果的な運用を確保するための重要な要素です。このブログでは、海水熱交換器のパフォーマンスを評価するために使用される方法を掘り下げます。
1。熱伝達効率
熱伝達効率は、おそらく海水熱交換器を評価する最も基本的な側面です。交換器が1つの液体（通常は熱い液体）から他の液体（冷たい海水）に熱を効果的に伝達するかを測定します。
熱伝達速度（Q）は、次の式を使用して計算できます。
[q = u \ times \ times \ delta t_ {lm}]
ここで、（u）は全体的な熱伝達係数、（a）は熱伝達領域であり、（\ delta t_ {lm}）は対数平均温度差です。
全体的な熱伝達係数（U）は、流体と熱交換器壁の両方の熱抵抗を考慮しています。 （u）値が高いと、熱伝達性能が向上します。実験的に決定するか、流体特性、流量、熱交換器のジオメトリに基づいて相関を使用して推定することができます。
log -平均温度差（\ delta t_ {lm}）は次のように計算されます。
[\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln（\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2}）}]]
ここで、（\ delta t_1）と（\ delta t_2）は、熱交換器の両端の高温液と冷水の温度差です。
実際の熱伝達効率を測定するために、温水と海水の両方の入口と出口で温度センサーを使用できます。流量と温度を記録することにより、実際の熱伝達速度を計算し、設計値と比較できます。実際の熱伝達率が設計値よりも大幅に低い場合、熱伝達効率を低下させているファウリング、スケーリング、またはその他の問題を示している可能性があります。
2。圧力降下
圧力降下は、もう1つの重要なパフォーマンスパラメーターです。それは、熱交換器を流れるときの流体の圧力の低下を指します。過度の圧力低下は、ポンピング電力要件の増加につながり、エネルギー消費と運用コストが増加します。
海水熱交換器の圧力低下は、流体速度、流れの通路のジオメトリ、内面の粗さなど、いくつかの要因の影響を受けます。層流の場合、Hagen -Poaseuille方程式を使用して圧力降下を計算できますが、乱流の場合、Darcyなどの経験的相関が一般的に使用されます。
[\ delta p = f \ times \ frac {l} {d} \ times \ frac {\ rho v^{2}} {2}]
ここで、（\ delta p）は圧力降下、（f）は摩擦係数、（l）は流パスの長さ、（d）は油圧径、（\ rho）は流体密度、（v）は流体速度です。
圧力降下を評価するために、圧力センサーが熱交換器の入口と出口に設置されます。時間の経過とともに圧力低下を監視することにより、異常な増加を検出できます。これは、流量の変化、閉塞、または変化が原因である可能性があります。
3。ファウリングと腐食抵抗
海水は非常に腐食性でファウリング媒体です。ファウリングとは、バイオフーリング（微生物の成長）、スケーリング（ミネラルの堆積）、沈降など、熱伝達表面に不要な材料が蓄積することを指します。一方、腐食は、熱交換器材料に対する化学的または電気化学的攻撃です。
ファウリングと腐食の両方は、海水熱交換器の性能を大幅に低下させる可能性があります。ファウリングは熱抵抗を増加させ、熱伝達効率を低下させますが、腐食は漏れや構造的損傷につながる可能性があります。
ファウリングと腐食抵抗を評価するために、いくつかの方法を使用できます。一般的なアプローチの1つは、熱交換器表面の定期的な検査を実施することです。目視検査では、ファウリング層の存在や孔食や錆などの腐食の兆候が明らかになる可能性があります。
別の方法は、ファウリング要因を測定することです。ファウリング因子（R_F）は、ファウリングによる追加の熱抵抗として定義されます。きれいな熱交換器の全体的な熱伝達係数をファウルされたものと比較することで計算できます。
[r_f = \ frac {1} {u_ {fouled}} - \ frac {1} {u_ {clean}}]
ここで、（u_ {fouled}）は、ファウルド熱交換器の全体的な熱伝達係数と（u_ {clean}）はきれいな熱交換器のものです。
腐食抵抗のために、電気化学インピーダンス分光法（EIS）などの技術を使用して腐食速度を測定できます。 EISは、腐食速度に関連する可能性のある金属 - 電解質界面の電気インピーダンスを測定します。
4。材料の互換性
海水熱交換器のための材料の選択は、その長期のパフォーマンスに非常に重要です。材料は、腐食やファウリングに抵抗するために海水と互換性がなければなりません。
海水熱交換器で使用される一般的な材料には、ステンレス鋼、チタン、銅 - ニッケル合金が含まれます。ステンレス鋼は比較的安価で、機械的特性が良好ですが、海水中の腐食を吸収しやすい場合があります。チタンは非常に腐食しています - 耐性ですが、より高価です。銅 - ニッケル合金は、コストと腐食抵抗のバランスを良くします。
海水熱交換器の性能を評価するときは、材料の互換性を考慮する必要があります。これは、海水環境で材料テストを実施することで実現できます。候補材料のサンプルは特定の期間海水にさらされ、腐食速度と表面条件が評価されます。
5。フロー分布
均一な流れは、海水熱交換器の効率的な動作に不可欠です。非均一な流れは、不均一な熱伝達、ファウリングの増加、およびより高い圧力降下につながる可能性があります。
流れの分布を評価するために、色素注入や粒子画像速度測定（PIV）などの流れ視覚化技術を使用できます。これらの手法により、熱交換器内の流れパターンを観察し、低い流れの領域を特定することができます。
また、フローメーターを使用して、熱交換器内のさまざまな場所での流量を測定することもできます。流量を比較することにより、流れが均等に分布しているかどうかを判断できます。大きな違いが見つかった場合、入口と出口の構成または内部バッフルを調整する必要がある場合があります。
パフォーマンス評価の重要性
海水熱交換器の正確な性能評価が最も重要です。設計の最適化、信頼できる操作の確保、メンテナンスコストの削減に役立ちます。井戸 - 熱交換器を実行すると、大幅なエネルギー節約とプロセス効率が向上する可能性があります。
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参照
- Incropera、FP、＆Dewitt、DP（2002）。熱と物質移動の基礎。ワイリー。
- Kakac、S。、＆Liu、H。（2002）。熱交換器：選択、評価、および熱デザイン。 CRCプレス。
- Tema Standards。 （2019）。管状交換器メーカー協会。