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Wärmetauscherverschmutzung

1920
Wärmetauscher mit Ablagerungen, die die thermische Leistung in der Thermodynamik beeinträchtigen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Fouling ist die Ansammlung von unerwünschtem Material auf Wärmeübertragungsflächen, wodurch ein zusätzlicher Wärmewiderstand entsteht und die Leistung eines Wärmetauschers beeinträchtigt wird. Dieser Fouling-Widerstand ([latex]R_f[/latex]) verringert den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten (U). Der Effekt wird in der Gesamtwärmeübertragungsgleichung quantifiziert: [latex]\frac{1}{U} = \frac{1}{h_i} + \frac{1}{h_o} + R_f + R_w[/latex].

Fouling ist ein kritisches, zeitabhängiges Problem bei fast allen Wärmetauscheranwendungen. Sie erhöhen den Wärmewiderstand, behindern den Flüssigkeitsstrom (was den Druckabfall und die Pumpkosten erhöht) und können Korrosion auslösen. Es gibt mehrere Arten von Bewuchs. Fällungsfouling tritt auf, wenn sich gelöste Feststoffe in einer Flüssigkeit auf Oberflächen ablagern, was in Kühlwassersystemen häufig vorkommt (Scaling). Partikuläre Verschmutzung ist die Ansammlung von Schwebeteilchen wie Staub oder Rost. Korrosionsverschmutzung entsteht, wenn die Wärmeübertragungsfläche selbst reagiert und eine Isolierschicht aus Korrosionsprodukten bildet. Bei chemischem Fouling handelt es sich um Reaktionen innerhalb der Prozessflüssigkeit, die zu Ablagerungen führen, wie z. B. bei Polymerisationsprozessen. Biofouling schließlich ist das Wachstum von Mikroorganismen, Algen oder Schleim auf Oberflächen, das vor allem in Rohwassersystemen auftritt. Um diese unvermeidliche Verschlechterung zu berücksichtigen, berücksichtigen Ingenieure in der Entwurfsphase einen ‘Bewuchsfaktor’ oder ‘Bewuchsfestigkeit’ ([latex]R_f[/latex]). Dies bedeutet im Wesentlichen, dass der Wärmetauscher überdimensioniert ist, um sicherzustellen, dass er nach einer bestimmten Betriebszeit mit dem erwarteten Verschmutzungsgrad noch die erforderliche Wärmeleistung erbringt. Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient für einen sauberen Wärmetauscher ([latex]U_{clean}[/latex]) ist mit dem Verschmutzungs- oder Betriebskoeffizienten ([latex]U_{dirty}[/latex]) verbunden durch [latex]\frac{1}{U_{dirty}} = \frac{1}{U_{clean}} + R_f[/latex]. Die Bewältigung und Verringerung von Verschmutzungen durch chemische Behandlung, Filtration und regelmäßige Reinigung ist ein wichtiger Aspekt der industriellen Instandhaltung.

UNESCO Nomenclature: 3328
- Thermodynamik

Typ

Physikalischer Prozess

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Beobachtung von Kesselsteinablagerungen in Kesseln und Trommeln
  • Verständnis des Wärmewiderstands und des Fourier'schen Gesetzes
  • Entwicklung der industriellen Chemie und der Wasseraufbereitung
  • Fortschritte in der Materialwissenschaft und Korrosionsforschung

Anwendungen

  • vorausschauende Wartungspläne für Industrieanlagen
  • Entwicklung von chemischen Reinigungsverfahren für Prozessanlagen
  • Entwicklung von Antifouling-Beschichtungen und -Materialien
  • Wasseraufbereitungsprogramme für Kühltürme und Kessel
  • Überdimensionierung neuer Wärmetauscher, um künftigen Ablagerungen Rechnung zu tragen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Bezogen auf: Verschmutzung, Ablagerungen, Wärmetauscher, Wärmewiderstand, Wartung, Wärmeübertragung, Gesamtwärmeübergangskoeffizient, Biofouling, Druckverlust, Reinigung.

Historischer Kontext

Wärmetauscherverschmutzung

1910
1920
1920
1920
1922
1925-01-01
1930
1910
1920
1920
1920
1922
1924
1927
1930

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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