해수 열 교환기의 공급 업체로서, 나는이 장치가 발전에서 탈염에 이르기까지 다양한 산업에서 중요한 역할을 직접 목격했습니다. 해수 열 교환기의 성능 평가는 단순한 기술적 필요성이 아닙니다. 효율적이고 신뢰할 수 있으며 비용 효과적인 운영을 보장하는 데있어 핵심 요소입니다. 이 블로그에서는 해수 열 교환기의 성능을 평가하는 데 사용되는 방법을 살펴 보겠습니다.
1. 열 전달 효율
열 전달 효율은 아마도 해수 열 교환기를 평가하는 데있어 가장 근본적인 측면 일 것입니다. 교환기가 한 유체 (보통 뜨거운 유체)에서 다른 유체 (보통 유체) (차가운 해수)로 얼마나 효과적으로 열을 전달하는지 측정합니다.
열 전달 속도 (Q)는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
[q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm}]
여기서 (u)는 전체 열 전달 계수, (a)는 열 전달 영역이고 (\ delta t_ {lm})는 로그 평균 온도 차이입니다.
전체 열전달 계수 (U)는 유체 및 열교환 기 벽의 열 저항을 고려합니다. 더 높은 (U) 값은 더 나은 열 전달 성능을 나타냅니다. 유체 특성, 유량 및 열교환 기 구조에 기초한 상관 관계를 사용하여 실험적으로 또는 추정 할 수있다.
로그 - 평균 온도 차이 (\ delta t_ {lm})는 다음과 같이 계산됩니다.
[\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})}]
여기서 (\ delta t_1) 및 (\ delta t_2)는 열교환 기의 두 끝에서 뜨거운 유체와 차가운 유체 사이의 온도 차이입니다.
실제로 열 전달 효율을 측정하기 위해 뜨거운 액체와 해수의 입구 및 출구에서 온도 센서를 사용할 수 있습니다. 유량과 온도를 기록함으로써 실제 열전달 속도를 계산하고 설계 값과 비교할 수 있습니다. 실제 열 전달 속도가 설계 값보다 상당히 낮 으면 열전달 효율을 줄이는 파울 링, 스케일링 또는 기타 문제를 나타낼 수 있습니다.
2. 압력 강하
압력 강하는 또 다른 중요한 성능 매개 변수입니다. 그것은 열교환기를 통해 흐르기 때문에 유체의 압력 감소를 나타냅니다. 과도한 압력 강하는 펌핑 전력 요구 사항을 증가시켜 에너지 소비와 운영 비용을 증가시킬 수 있습니다.
해수 열 교환기의 압력 감소는 유체 속도, 유량 통로의 형상 및 내부 표면의 거칠기를 포함한 여러 요인에 의해 영향을받습니다. 층류의 경우, 압력 강하는 Hagen -Poiseuille 방정식을 사용하여 계산 될 수 있으며, 난류 흐름의 경우 Darcy -Weisbach 방정식과 같은 경험적 상관 관계가 일반적으로 사용됩니다.
[\ delta p = f \ times \ frac {l} {d} \ times \ frac {\ rho v^{2}} {2}]
(\ delta p)는 압력 강하, (f)는 마찰 계수, (l)은 유량 경로의 길이, (d)는 유압 직경, (\ rho)는 유체 밀도이며 (v)는 유체 속도입니다.
압력 강하를 평가하기 위해 압력 센서가 열교환 기의 입구 및 출구에 설치됩니다. 시간이 지남에 따라 압력 강하를 모니터링함으로써, 우리는 비정상적인 증가를 감지 할 수 있으며, 이는 유량의 파울, 막힘 또는 유량 변화로 인한 것일 수 있습니다.
3. 파울 링 및 부식 저항
해수는 부식성이 높고 파울 링 매체입니다. 파울 링은 생체동 (미생물의 성장), 스케일링 (미네랄 증착) 및 침강과 같은 열 전달 표면에 원치 않는 재료의 축적을 말합니다. 반면에 부식은 열교환 기 재료에 대한 화학적 또는 전기 화학적 공격이다.
파울 링과 부식은 해수 열교환 기의 성능을 크게 줄일 수 있습니다. 파울 링은 열 저항을 증가시켜 열 전달 효율을 감소시키는 반면 부식은 누출과 구조적 손상으로 이어질 수 있습니다.
파울 링 및 부식 저항을 평가하기 위해 몇 가지 방법을 사용할 수 있습니다. 일반적인 접근법 중 하나는 열교환 기 표면을 정기적으로 검사하는 것입니다. 육안 검사는 파울 링 층의 존재 또는 구덩이 또는 녹과 같은 부식 징후를 보여줄 수 있습니다.
또 다른 방법은 파울 링 계수를 측정하는 것입니다. 파울 링 계수 (R_F)는 파울로 인한 추가 열 저항으로 정의됩니다. 깨끗한 열 교환기의 전체 열 전달 계수를 오염 된 것의 전체 열 전달 계수와 비교하여 계산할 수 있습니다.
[r_f = \ frac {1} {u_ {fouled}}-\ frac {1} {u_ {clean}}]
여기서 (u_ {fouled})는 파울 열 교환기의 전체 열전달 계수이며 (u_ {clean})는 깨끗한 열 교환기의 것입니다.
부식 저항의 경우 전기 화학 임피던스 분광법 (EIS)과 같은 기술을 사용하여 부식 속도를 측정 할 수 있습니다. EIS는 부식 속도와 관련 될 수있는 금속 전해질 계면의 전기 임피던스를 측정합니다.
4. 재료 호환성
해수 열 교환기를위한 재료 선택은 장기 기간 성능에 중요합니다. 재료는 부식과 오염에 저항하기 위해 해수와 호환되어야합니다.
해수 열 교환기에 사용되는 일반적인 재료에는 스테인레스 스틸, 티타늄 및 구리 니켈 합금이 포함됩니다. 스테인레스 스틸은 비교적 저렴하고 기계적 특성이 우수하지만 해수의 부식에 취약 할 수 있습니다. 티타늄은 부식성이 높지만 저항력이 있지만 비쌉니다. 구리 - 니켈 합금은 비용과 부식 저항 사이의 균형을 잘 제공합니다.
해수 열 교환기의 성능을 평가할 때는 재료 호환성을 고려해야합니다. 이것은 해수 환경에서 재료 테스트를 수행하여 수행 할 수 있습니다. 후보 재료의 샘플은 특정 기간 동안 해수에 노출 된 다음 부식 속도 및 표면 상태를 평가합니다.
5. 흐름 분포
균일 한 유량 분포는 해수 열교환 기의 효율적인 작동에 필수적입니다. 비 균일 한 흐름은 불균일 한 열전달, 오염 증가 및 더 높은 압력 강하로 이어질 수 있습니다.
흐름 분포를 평가하기 위해 염료 주입 또는 입자 이미지 속도 측정 (PIV)과 같은 흐름 시각화 기술을 사용할 수 있습니다. 이러한 기술을 통해 열교환 기의 흐름 패턴을 관찰하고 흐름이 열악한 영역을 식별 할 수 있습니다.
또한 유량계를 사용하여 열교환 기의 다른 위치에서 유량을 측정 할 수 있습니다. 유량을 비교함으로써 흐름이 균등하게 분포되어 있는지 확인할 수 있습니다. 유의 한 차이가 발견되면 입구 및 출구 구성 또는 내부 배플에 대한 조정이 필요할 수 있습니다.
성능 평가의 중요성
해수 열교환 기의 정확한 성능 평가가 가장 중요합니다. 설계 최적화, 안정적인 운영 보장 및 유지 보수 비용 절감에 도움이됩니다. 우물 - 열 교환기를 수행하면 상당한 에너지 절약과 프로세스 효율이 향상 될 수 있습니다.
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참조
- Acropera, FP, & Dewitt, DP (2002). 열과 질량 전달의 기본. 와일리.
- Kakac, S., & Liu, H. (2002). 열 교환기 : 선택, 등급 및 열 설계. CRC 프레스.
- TEMA 표준. (2019). 관형 교환기 제조업체 협회.