Fouling – Verschmutzungsfaktor
Die Online-Überwachung kommerzieller Wärmetauscher erfolgt durch Verfolgung des gesamten Wärmeübertragungskoeffizienten , da der gesamte Wärmeübertragungskoeffizient aufgrund von Verschmutzung im Laufe der Zeit tendenziell abnimmt . Verschmutzung ist die Ansammlung von unerwünschtem Material auf festen Oberflächen zum Nachteil der Funktion. Die Foulingmaterialien können entweder aus lebenden Organismen oder einer nicht lebenden Substanz (Mineralien oder organische Verbindungen) bestehen. Die Ablagerungsschicht stellt einen zusätzlichen Widerstand gegen die Wärmeübertragung dar und bewirkt, dass die Wärmeübertragungsrate in einem Wärmetauscher abnimmt. Infolgedessen FoulingIn Wärmetauschern verringert sich der Wärmewirkungsgrad, verringert sich der Wärmefluss, erhöht sich die Temperatur auf der heißen Seite, verringert sich die Temperatur auf der kalten Seite, induziert Korrosion unter der Ablagerung, erhöht die Verwendung von Kühlwasser. Der Nettoeffekt dieser Ansammlungen auf die Wärmeübertragung wird durch einen Verschmutzungsfaktor Rf dargestellt, der ein Maß für den gesamten Wärmewiderstand ist, der durch Verschmutzung eingeführt wird.
Wärmedurchgangskoeffizient
Ein Wärmetauscher beinhaltet typischerweise zwei strömende Flüssigkeiten, die durch eine feste Wand getrennt sind. Viele der in der Industrie anzutreffenden Wärmeübertragungsprozesse beinhalten Verbundsysteme und sogar eine Kombination aus Wärmeleitung und Konvektion . Wärme wird zunächst durch Konvektion von der heißen Flüssigkeit auf die Wand übertragen, durch Leitung durch die Wand und durch Konvektion wieder von der Wand auf die kalte Flüssigkeit.
Bei diesen Verbundsystemen ist es häufig zweckmäßig, mit einem Gesamtwärmeübergangskoeffizienten zu arbeiten , der als U-Faktor bezeichnet wird . Der U-Faktor wird durch einen Ausdruck definiert, der dem Newtonschen Gesetz der Abkühlung entspricht :
Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient U, ist , bezogen auf den Gesamtwärmewiderstand und ist abhängig von der Geometrie des Problems. Beispielsweise beinhaltet die Wärmeübertragung in einem Dampferzeuger die Konvektion von der Hauptmenge des Reaktorkühlmittels zur inneren Rohroberfläche des Dampferzeugers, die Leitung durch die Rohrwand und die Konvektion (sieden) von der äußeren Rohroberfläche zur sekundärseitigen Flüssigkeit.
Bei kombinierter Wärmeübertragung für einen Wärmetauscher gibt es zwei Werte für h. Es gibt den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten (h) für den Flüssigkeitsfilm innerhalb der Rohre und einen konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten für den Flüssigkeitsfilm außerhalb der Rohre. Die Wärmeleitfähigkeit (k) und die Dicke (Δx) der Rohrwand müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
