ในฐานะซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลฉันได้เห็นบทบาทที่สำคัญโดยตรงอุปกรณ์เหล่านี้เล่นในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่การผลิตพลังงานไปจนถึงการกลั่นน้ำทะเล การประเมินประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลไม่ได้เป็นเพียงความจำเป็นทางเทคนิค เป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างความมั่นใจว่ามีประสิทธิภาพเชื่อถือได้และมีค่าใช้จ่าย - การดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพ ในบล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกวิธีที่ใช้ในการประเมินประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเล
1. ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน
ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนอาจเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในการประเมินเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเล มันวัดว่าตัวแลกเปลี่ยนถ่ายโอนความร้อนจากของเหลวหนึ่ง (โดยปกติจะเป็นของเหลวร้อน) ไปยังอีก (น้ำทะเลเย็น)
อัตราการถ่ายเทความร้อน (q) สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
[q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm}]
โดยที่ (u) คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (a) คือพื้นที่ถ่ายเทความร้อนและ (\ delta t_ {lm}) คือบันทึก - ค่าเฉลี่ยอุณหภูมิที่แตกต่างกัน
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U) คำนึงถึงความต้านทานความร้อนของทั้งของเหลวและผนังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ค่าที่สูงขึ้น (U) หมายถึงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ดีขึ้น มันสามารถกำหนดได้จากการทดลองหรือโดยประมาณโดยใช้สหสัมพันธ์ตามคุณสมบัติของของไหลอัตราการไหลและเรขาคณิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ความแตกต่างของบันทึก - ค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิ (\ delta t_ {lm}) ถูกคำนวณเป็น:
[\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})}]
โดยที่ (\ delta t_1) และ (\ delta t_2) คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวร้อนและเย็นที่ปลายทั้งสองของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ในการวัดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนในทางปฏิบัติเราสามารถใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ทางเข้าและทางออกของของเหลวร้อนและน้ำทะเล โดยการบันทึกอัตราการไหลและอุณหภูมิเราสามารถคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนจริงและเปรียบเทียบกับค่าการออกแบบ หากอัตราการถ่ายเทความร้อนจริงต่ำกว่าค่าการออกแบบอย่างมีนัยสำคัญอาจบ่งบอกถึงการเปรอะเปื้อนการปรับสเกลหรือปัญหาอื่น ๆ ที่ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน
2. แรงดันตก
การลดลงของแรงดันเป็นอีกพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญ มันหมายถึงการลดลงของความดันของของเหลวในขณะที่มันไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การลดลงของแรงดันที่มากเกินไปสามารถนำไปสู่ความต้องการพลังงานสูบฉีดที่เพิ่มขึ้นซึ่งจะเพิ่มการใช้พลังงานและต้นทุนการดำเนินงาน
แรงดันลดลงในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการรวมถึงความเร็วของของเหลวเรขาคณิตของทางเดินไหลและความขรุขระของพื้นผิวด้านใน สำหรับการไหลแบบราบเรียบการลดความดันสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการ Hagen - Poiseuille ในขณะที่สำหรับการไหลแบบปั่นป่วนความสัมพันธ์เชิงประจักษ์เช่นสมการ Darcy - Weisbach มักใช้
[\ delta p = f \ times \ frac {l} {d} \ times \ frac {\ rho v^{2}} {2}]
โดยที่ (\ delta p) คือการลดลงของแรงดัน (f) คือปัจจัยแรงเสียดทาน (l) คือความยาวของเส้นทางการไหล (d) คือเส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิก (\ rho) คือความหนาแน่นของของเหลวและ (v) คือความเร็วของของเหลว
ในการประเมินการลดลงของแรงดันเซ็นเซอร์ความดันจะถูกติดตั้งที่ทางเข้าและทางออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยการตรวจสอบความดันลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเราสามารถตรวจจับการเพิ่มขึ้นที่ผิดปกติใด ๆ ซึ่งอาจเกิดจากการเปรอะเปื้อนการอุดตันหรือการเปลี่ยนแปลงในอัตราการไหล
3. การต้านทานการเปรอะเปื้อนและการกัดกร่อน
น้ำทะเลเป็นสื่อที่กัดกร่อนและเปรอะเปื้อนสูง การเปรอะเปื้อนหมายถึงการสะสมของวัสดุที่ไม่พึงประสงค์บนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนเช่นเชื้อเพลิงชีวภาพ (การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์) การปรับขนาด (การสะสมของแร่ธาตุ) และการตกตะกอน ในทางกลับกันการกัดกร่อนคือการโจมตีทางเคมีหรือเคมีไฟฟ้าของวัสดุแลกเปลี่ยนความร้อน
ทั้งการเปรอะเปื้อนและการกัดกร่อนสามารถลดประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลได้อย่างมีนัยสำคัญ การเปรอะเปื้อนเพิ่มความต้านทานความร้อนลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนในขณะที่การกัดกร่อนสามารถนำไปสู่การรั่วไหลและความเสียหายของโครงสร้าง
ในการประเมินความต้านทานการเปรอะเปื้อนและการกัดกร่อนเราสามารถใช้วิธีการหลายวิธี วิธีการทั่วไปอย่างหนึ่งคือการตรวจสอบพื้นผิวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นประจำ การตรวจสอบด้วยสายตาสามารถเปิดเผยการปรากฏตัวของชั้นหรือสัญญาณของการกัดกร่อนเช่นหลุมหรือสนิม
อีกวิธีหนึ่งคือการวัดปัจจัยเปรอะเปื้อน ปัจจัยการเปรอะเปื้อน (R_F) ถูกกำหนดให้เป็นความต้านทานความร้อนเพิ่มเติมเนื่องจากการเปรอะเปื้อน มันสามารถคำนวณได้โดยการเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่สะอาดกับของที่เปรอะเปื้อน
[r_f = \ frac {1} {u_ {fouled}}-\ frac {1} {u_ {clean}}]
โดยที่ (u_ {fouled}) เป็นค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เป็นปนเปื้อนและ (u_ {clean}) เป็นของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่สะอาด
สำหรับความต้านทานการกัดกร่อนเราสามารถใช้เทคนิคต่าง ๆ เช่นสเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์อิมพีแดนซ์ (EIS) เพื่อวัดอัตราการกัดกร่อน EIS วัดอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าของอินเตอร์เฟสโลหะ - อิเล็กโทรไลต์ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับอัตราการกัดกร่อน
4. ความเข้ากันได้ของวัสดุ
การเลือกวัสดุสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพระยะยาว วัสดุจะต้องเข้ากันได้กับน้ำทะเลเพื่อต้านทานการกัดกร่อนและการเปรอะเปื้อน
วัสดุทั่วไปที่ใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเล ได้แก่ สแตนเลส, ไทเทเนียมและโลหะผสมทองแดง - นิกเกิล สแตนเลสมีราคาไม่แพงและมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี แต่อาจไวต่อการกัดกร่อนในน้ำทะเล ไทเทเนียมมีการกัดกร่อนสูง - ต้านทาน แต่มีราคาแพงกว่า ทองแดง - โลหะผสมนิกเกิลมีความสมดุลที่ดีระหว่างต้นทุนและความต้านทานการกัดกร่อน
เมื่อประเมินประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลเราต้องพิจารณาความเข้ากันได้ของวัสดุ สามารถทำได้โดยการทดสอบวัสดุในสภาพแวดล้อมของน้ำทะเล ตัวอย่างของวัสดุผู้สมัครที่สัมผัสกับน้ำทะเลในช่วงเวลาหนึ่งจากนั้นประเมินอัตราการกัดกร่อนและสภาพพื้นผิว
5. การกระจายการไหล
การกระจายการไหลแบบสม่ำเสมอเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเล การไหลแบบไม่สม่ำเสมอสามารถนำไปสู่การถ่ายเทความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอเพิ่มความเปรอะเปื้อนและการลดลงของแรงดันที่สูงขึ้น
ในการประเมินการกระจายการไหลเราสามารถใช้เทคนิคการสร้างภาพการไหลเช่นการฉีดสีย้อมหรือ velocimetry ภาพอนุภาค (PIV) เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถสังเกตรูปแบบการไหลภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและระบุพื้นที่ใด ๆ ที่มีการไหลที่ไม่ดี
นอกจากนี้เรายังสามารถวัดอัตราการไหลในสถานที่ต่าง ๆ ภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโดยใช้เครื่องวัดการไหล โดยการเปรียบเทียบอัตราการไหลเราสามารถพิจารณาได้ว่าการไหลของการไหลนั้นมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอหรือไม่ หากพบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญอาจจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนในการกำหนดค่าทางเข้าและทางออกหรือแผ่นกั้นภายใน
ความสำคัญของการประเมินประสิทธิภาพ
การประเมินประสิทธิภาพที่แม่นยำของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลมีความสำคัญสูงสุด ช่วยในการปรับการออกแบบให้เหมาะสมการทำงานที่เชื่อถือได้และลดต้นทุนการบำรุงรักษา เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพสามารถนำไปสู่การประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญและประสิทธิภาพของกระบวนการที่ดีขึ้น
หากคุณสนใจในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเย็นแบบแห้ง-เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ถูกผูกมัด, หรือขดลวดคอนเดนเซอร์เย็นน้ำสำหรับสารละลายเกลือลดความชื้นเราขอแนะนำให้คุณติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลเพิ่มเติม เราสามารถให้ข้อมูลประสิทธิภาพโดยละเอียดและช่วยคุณในการเลือกตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณ ไม่ว่าคุณจะอยู่ในอำนาจการกลั่นน้ำทะเลหรืออุตสาหกรรมอื่น ๆ ความเชี่ยวชาญของเราในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลสามารถช่วยให้คุณได้รับประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายที่ดีที่สุด - ประสิทธิผล
การอ้างอิง
- Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล ไวลีย์
- Kakac, S. , & Liu, H. (2002) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน: การเลือกการจัดอันดับและการออกแบบความร้อน CRC Press
- มาตรฐาน TEMA (2019) สมาคมผู้ผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนท่อ