换热器的传热系数是反映换热器性能的重要指标。间壁式换热器的传热系数是间壁两侧流体换热热阻、间壁的导热热阻及间壁两侧污垢热阻之和的倒数。不考虑污垢热阻,间壁为平壁、圆筒壁及肋壁时的传热系数的计算公式一般传热学教科书上均有介绍。工业上常用的换热器的传热系数K的大致范围如表7-1、表7-2所示。
表7-1 常用管式换热器的传热系数K的大致范围
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表7-2 常用板式换热器的传热系数K的大致范围
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换热器使用一段时间后,通常就会在换热面产生污垢,包括水垢、油污、积灰等,以及由于换热面受腐蚀而形成变质的表面层。这种表面污垢或腐蚀层会产生附加的热阻,称为污垢热阻。由于污垢是不良的热导体,其导热系数比碳钢等金属壁面低1.5~2个数量级,故污垢热阻在计算传热系数时必须加以考虑。表7-3给出了某些污垢热阻的参考值。
污垢的形成十分复杂,除与流动介质的性质和流速有关外,还与运行时间有关。污垢的厚度可能与运行时间成正比,也可能逐渐减缓而趋于最终的极限。因为污垢沉积的速率取决于流动介质中杂质的含量、温度的高低以及流速等诸多因素,因此污垢热阻的确定十分困难,这也是确定换热器传热系数的难点之一。工程应用上为保险起见,一种解决方法是将通过计算得到的换热面积适当地增加一定的比例。这一常用的做法除了上述原因外,还因换热的诸多计算公式多为由试验获得的经验关联式,这些关联式都有一定的误差;此外工程实际中还必须考虑运行工况的不稳定性,故换热面积的选取必须留有一定的余量。
污垢除增加热阻外,还会使换热表面粗糙度增加,管径发生变化,从而导致流动阻力增加。因此由污垢引起的设备投资费用增加、能源消耗增加以及设备维护费用增加都对企业造成巨大的损失。据估计,美国一个典型炼油厂的换热设备由于污垢所造成的损失每年达一千万美元。我国每年各工业部门因污垢而造成的经济损失也高达数十亿元。除了采用各种技术抑制污垢外,显然对换热器定期清洗和缩短清洗周期是降低污垢热阻的最好方法。
表7-3 污垢热阻的参考值
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