I. Загрязнение — это «дополнительное термическое сопротивление» в процессе эксплуатации
Вспомним общий коэффициент теплопередачи 1/K = 1/h_гор + δ/λ + 1/h_хол. После некоторого времени работы на стенке нарастает слой накипи, и формула становится:
1/K = 1/h_гор + δ/λ + 1/h_хол + Rf_гор + Rf_хол
Rf — это термическое сопротивление загрязнения. Теплопроводность λ накипи и золы часто составляет лишь одну тысячную от металла, и тонкого слоя достаточно, чтобы K заметно упал. Расхожее выражение «новое оборудование хорошо обменивается теплом, со временем становится хуже» в большинстве случаев коренится в непрерывном росте Rf.
II. Как возникают пять типов загрязнений
| Тип | Механизм | Типичный сценарий |
|---|---|---|
| Кристаллизационное загрязнение | Соли кальция и магния в воде достигают пересыщения и выпадают в осадок (например, карбонат кальция) | Охлаждающая вода, сторона жёсткой воды |
| Загрязнение частицами | Пыль и ил откладываются на стенке | Сторона дымового газа, жидкости с взвешенными веществами |
| Биологическое загрязнение | Бактерии и водоросли образуют слизь | Тёплая циркуляционная вода, градирня |
| Коррозионное загрязнение | Продукты коррозии металла прилипают | Несоответствие материалов, плохое качество воды |
| Загрязнение химической реакцией | Жидкости реагируют друг с другом или со стенкой, образуя полимеры, кокс | Высокотемпературное масло, вязкие среды |
III. Почему «варить лягушку в тёплой воде»
Рост загрязнения часто нелинеен: сначала медленный, затем ускоряется, как только появляется «субстрат для прилипания». Ещё более неприятна его положительная обратная связь — температура стенки растёт из-за теплоизоляции, что в свою очередь способствует определённым химическим реакциям и отложению накипи. Поэтому к моменту, когда теплопередача явно недостаточна, накипь обычно уже толстая.
IV. Ранние сигналы
- Рост перепада давления при той же нагрузке: Канал сужается накипью, жидкость становится «теснее»;
- Температура на выходе не достигает расчётного значения: Та же площадь передаёт меньше тепла;
- Аномально высокая температура стенки: Изолирующий слой повышает температуру стенки со стороны горячего, ускоряя старение.
Включение этих трёх пунктов в проверку при эксплуатации экономит гораздо больше, чем «ждать, пока перестанет греть, а потом чистить». Следующая статья расскажет, как чистить.