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ちょっと、そこ！私はスチールシェルとチューブの熱交換器のサプライヤーであり、ファウリングがこれらのシステムの本当の痛みになる方法を直接見てきました。ファウリングは、熱交換器の効率を低下させるだけでなく、寿命を短くします。このブログでは、スチールシェルとチューブの熱交換器でファウリングを防ぐ方法に関するいくつかのヒントを共有します。
ファウリングを理解する
まず、ファウリングが何であるかについて話しましょう。ファウリングは、熱交換器の表面に不要な材料が蓄積することです。これらの材料は、汚れ、錆、スケールから藻類や細菌などの生物学的成長まで、あらゆるものにすることができます。固体粒子の堆積によって引き起こされる微粒子ファウリングなど、ファウリングにはさまざまな種類があります。化学反応が堆積物を形成するため、化学的ファウリング。前述したように、生物学的なファウリング。
ファウリングの結果はかなり重要です。熱交換器内の2つの液体の間に断熱層の余分な層を作成します。これは、熱伝達が少ないことを意味します。これは、システムが同じレベルの熱交換を達成するために一生懸命働かなければならないため、より高いエネルギー消費につながります。時間が経つにつれて、ファウリングはチューブやシェルに腐食や損傷を引き起こす可能性があり、その結果、費用のかかる修理や交換さえもなります。
水処理
ファウリングを防ぐための最も効果的な方法の1つは、適切な水処理によるものです。熱交換器が水の1つとして水を使用する場合、水がきれいで汚染物質がないことを確認することが重要です。
濾過
優れたろ過システムをインストールすることは必須です。フィルターは、熱交換器に入る前に、砂、シルト、破片などの大きな粒子を水から除去できます。画面フィルター、カートリッジフィルター、メディアフィルターなど、さまざまな種類のフィルターが利用できます。スクリーンフィルターは、より大きな粒子を除去するのに最適ですが、カートリッジフィルターは小さな粒子をキャプチャできます。砂や活性炭などの材料を使用するメディアフィルターは、さらに包括的なろ過を提供できます。
化学処理
化学処理は、水処理のもう1つの重要な側面です。腐食阻害剤、スケール阻害剤、および生物化品などの化学物質を追加すると、堆積物の形成と細菌の成長を防ぐのに役立ちます。腐食阻害剤は、錆や腐食から熱交換器の金属表面を保護します。スケール阻害剤はスケールの形成を防ぎます。これは、チューブに蓄積できる硬い鉱物堆積物です。バイオシドは、細菌、藻類、およびその他の微生物の成長を殺すか制御するために使用されます。
使用される化学物質の種類と量は、水の品質と熱交換器の特定の要件に基づいて慎重に決定する必要があることに注意することが重要です。水質を監視し、それに応じて化学処理を調整するには、定期的な水試験が必要です。
フロー速度
適切なフロー速度を維持することも、ファウリングを防ぐための鍵です。低流速により、粒子がチューブとシェルの表面に沈殿し、ファウリングにつながる可能性があります。一方、非常に高い流速は、熱交換器の侵食と損傷を引き起こす可能性があります。
最適な流量
熱交換器の最適な流量は、熱交換器のサイズ、使用する液体の種類、システムの設計など、いくつかの要因に依存します。一般に、チューブのより高い流速は、粒子の堆積を防ぐことで表面をきれいに保つのに役立ちます。ただし、侵食を避けるために、流量が推奨される制限を超えないようにすることが重要です。
流れ分布
全体の流量に加えて、熱交換器内の流れの分布を確保することも重要です。不均一な流れは、ファウリングが発生する可能性が高い低流量の領域につながる可能性があります。これは、液体の流れを導くためのバッフルとヘッダーの使用など、熱交換器の適切な設計と設置によって達成できます。
定期的なメンテナンス
ファウリングを防ぎ、熱交換器の長期的なパフォーマンスを確保するためには、定期的なメンテナンスが不可欠です。
検査
ファウリング、腐食、損傷の兆候を確認するために、定期的な検査を実施する必要があります。目視検査は、漏れや摩耗の兆候だけでなく、チューブとシェルの堆積物を探すために行うことができます。超音波検査や渦電流試験などの非破壊検査方法は、内部の損傷とファウリングを検出するためにも使用できます。
クリーニング
ファウリングが検出された場合、できるだけ早く熱交換器を掃除することが重要です。ファウリングの種類と重大度に応じて、さまざまなクリーニング方法があります。ブラッシングやスクレイピングなどの機械的洗浄方法を使用して、ゆるい堆積物を除去できます。酸またはアルカリを使用した化学洗浄方法は、頑固な堆積物を除去するためにより効果的です。ただし、熱交換器の損傷を避けるために、化学物質の洗浄は慎重に行う必要があります。
チューブの検査と交換
摩耗や損傷の兆候を定期的に検査することも重要です。チューブが損傷しているか、ひどくファウルになっていることが判明した場合、さらなる問題を防ぐために迅速に交換する必要があります。単一のチューブを交換することは、多くの場合、熱交換器全体を交換するよりも費用対効果が高くなります。
設計上の考慮事項
熱交換器自体の設計も、ファウリングを防ぐのに役割を果たすことができます。
チューブ材料
適切なチューブ材料を選択することが重要です。一部の材料は、他の材料よりも汚れや腐食に対して耐性があります。たとえば、ステンレス鋼のチューブは、錆や腐食に耐性があるため、熱交換器で一般的に使用されます。チタンチューブはさらに耐性耐性があり、水に高レベルの塩化物または他の腐食性物質が含まれている用途に適した選択肢となる可能性があります。
チューブ構成
チューブの構成もファウリングに影響を与える可能性があります。たとえば、チューブの直径が小さくなると、チューブ内の流速が増加する可能性があり、ファウリングを防ぐのに役立ちます。さらに、良好な流れの分布を促進するチューブレイアウトを使用すると、ファウリングの可能性も低下する可能性があります。
監視と制御
監視および制御システムを実装すると、早めにファウリングを検出し、適切な措置を講じることができます。
温度と圧力の監視
熱交換器内の液体の温度と圧力を監視することで、その性能に関する貴重な情報を提供できます。圧力低下の突然の増加または2つの流体間の温度差の減少は、ファウリングの存在を示すことができます。これらのパラメーターを定期的に監視することにより、初期段階でファウリングを検出し、悪化しないように措置を講じることができます。
自動制御システム
自動制御システムを使用して、監視対象のデータに基づいて熱交換器の動作条件を調整できます。たとえば、圧力降下が増加すると、システムはフローレートを自動的に増加させてファウリングを除去しようとします。自動制御システムは、水質に基づいて水処理システムの化学的投与を調整するためにも使用できます。
結論
スチールシェルとチューブの熱交換器でのファウリングを防ぐには、水処理、適切な流速、定期的なメンテナンス、適切な設計、監視と制御を含む包括的なアプローチが必要です。これらのヒントに従うことにより、ファウリングの可能性を大幅に減らし、熱交換器の効率的で信頼できる操作を確保することができます。
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参照
- Incropera、FP、＆Dewitt、DP（2002）。熱と物質移動の基礎。ワイリー。
- Green、DW、＆Perry、RH（2007）。ペリーの化学エンジニアハンドブック。マグロウヒル。
- カーン、DQ（1950）。熱伝達を処理します。マグロウヒル。
