污垢热阻
传热学-常考名词解释和简答题
热阻：反映阻止热量传递的能力的综合参量。
肋效率：征肋片散热的有效程度。
肋片的实际散热量与其整个肋片都处于肋基温度下得散热量之比。
接触热阻：在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，与两个固体便面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。
换热器的污垢热阻：换热器在运行中积起的垢层的导热阻力，它所表现出来的一个当量的热阻值。
491导热系数：物体中单位温度降单位时间通过单位面积的导热量。
热边界层及厚度：在对流传热条件下,主流与壁面之间存在着温度差,在壁面附近的一个薄层内,流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈的变化,而在此薄层之外,流体的温度梯度几乎为零,此薄层称为温度边界层.定性温度：定性温度为流体的平均温度。
汽化核心：加热表面能产生气泡的地点。
黑度：实际辐射力E和同温度下黑体的辐射力Eb之比黑体指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体。
灰体：对于各种波长的电磁波的吸收系数为常数且与波长无关的物体，其吸收系数介于0与1之间的物体。
有效辐射：有效辐射是指单位时间内离开表面单位面积的总辐射能，记为J。
投射辐射：单位时间内从外界投入到物体的单位表面积上的总辐射能。
重辐射面：表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。
简单逆流式换热器：定向辐射强度：从黑体单位可见面积发射出去的落到空间任意方向的单位立体角中的能量，称为定向辐射强度。
膜状凝结：如果凝结液体很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式就称为膜状凝结。
珠状凝结：当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成以个个的小液珠，称为珠状凝结。
热扩散率：定义式为a=λ/ρc，它表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力。
这个综合物性参数对稳态导热没有影响，但是在非稳态导热过程中，它是一个非常重要的参数。
定向辐射强度：指垂直于辐射方向的物体单位表面积在单位时间、单位立体角内向外发射出的辐射能量。
是一表征物体表面沿不同方向发射能量的强弱的物理量。
污垢热阻
3 选用污垢系数
了解了污垢对传热的影响，在产品设计中，到底取多大的污垢热阻是合理的？有人认为选取较大的污垢热阻比较可靠，其实这往往会带来更严重后果，因为在传热量一定的条件下，势必要加大传热面积或总平均温差，从而增加换热器成本。而传热面过大会导致热流体出口温度过低、冷流体出口温度过高，这不仅影响工艺要求，而且有时在运行中为避免此结果常将介质流速降低、致使壁面温度上升，这样反而促使污垢更迅速地增长；同样平均温差过大，就要求提高热介质温度或降低冷却介质温度，导致介质与壁面的温差加大，结果也是促使污垢增长，特别是沸腾蒸发受热面，温差过大有可能出现膜态沸腾，不仅使传热大为削弱、污垢迅速发展，甚至会使传热面过热毁坏。此外，多孔的沉积物还会起到腐蚀剂的作用，在壁温高时会加速金属的腐蚀；结垢物质还会在金属表面上形成氢或氧的浓差电池导致“垢下腐蚀”。恰当选用污垢系数涉及物理和经济两个因素。物理上考虑的因素有：流体和沉积物的性质。流体温度管壁温度；管壁材料和光洁度；物体流速以及清洗周期。经济上应考虑的因素有：换热器生产成本；费用随尺寸而变动的情况；必要的清洗周期；清洗费用，包括生产损失在内；折旧费；税率；正常维修费用；输送泵费用及能耗；要求的投资回收期。最佳的设计污垢热阻应在技术经济比较中使初投资折旧费（随污垢热阻增加而增加）与清洗和停运费用（随污垢热阻增加而减少）所构成的费用总额为最小。
垢热阻时的传热系数的0.85倍，比较设定一和设定三，可知气侧和水侧都取常规污垢热阻时的传热系数是没有考虑污垢热阻时的传热系数的0.84倍，这说明原来习惯上取的0.85的系数是合适的，同时还说明我们管片式热热器计算中气侧的污垢热阻比水侧的污垢热阻对传热系数的影响小，气侧污垢热阻对总体传热系数的影响可以忽略不计，也就是说管外污垢热阻比管内污垢热阻的影响小。这就说明在过去我们常规设计中，取0.85倍的传热系数是得当的和可行的,也是考虑污垢热阻时最简便的一种经验方法了。
板式换热器冷却水污垢热阻预测的偏最小二乘回归法
ＸＵ ｉ ｉ ｇ Ｚｈ ｍ ｎ ，Ｗ ＥＮ ａ ｑｉ ｎ ￣， ＺＨＥＮＧ ｉ ｏ ｉ Ｘｉ ｏ ａ ｇ Ｊａ ｌ ，ＧＵＯ ｉ ｈ ｎ ，Ｈ ＵＡＮＧ ｎｇ Ｊ ｎｓ ｅ ｇ Ｘｉ
ｉｉ ｉａ； （ Ｓ ｈ ｏ ｆ Ｅｎ ｒ ｙ ａ ｄ Ｐｏ ｒＥｎ ｎ ｅｉ ｇ Ｅｎ ｉ ｅｒｎ ，Ｎｏ ｔｅ ｓ ａ ｌ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ，Ｊｉｉ ３ ０ ２，Ｊ ｌｎ，Ｃｈ ｎ ｃ ｏ ｌ ｅ ｇ ｎ ｗｅ ｇｉｅｒｎ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｏ ｒｈ ａ ｔ Ｄｉｎ ｉ ｉｅ ｓｔ ｌｎ １ ２ Ｉ
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｏｕ ｉ ｅ ｔｓ ｔ ｍ ｓ ｓ ｔ ｕｐ ｔ ｅ ｓ ｅ ｗａ ｅ ｕａｉｙ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｏ ｔ ａ ｏｏ ｉ ｇ ｗａ ｅ ｓｒ ｃ ： ｆ ｌｎｇ ｔ ｓ ｙｓ ｅ ｗａ ｅ ｏ ｍ ａ ｕｒ ｔ ｒ ｑ ｌ ａ ａ ｔ ｒ ｆ ｎａ ｕｒ ｌｃ ｌｎ ｔ ｒ ｔ ｃｒ ｕｌ ｔｏｎ ｆ ｏ Ｓｏ ｉｃ ａ ｉ ｒ ｍ ｎｇｈ ｉ ｅ ｕａ ｒｖ ｒ，ｓ ｈ ａ ｒ ｎ ｉ ｓ，ｃ ｏ ｉ ｏｎ ｕｃ ｓ ｉｏ ｏｎ ｈｌ ｒｄｅ ｉ ｓ， ｔ ａ ｃ ｅ ｉ ｏｔ ｌ ｂａ ｔ ｒａ，ｐＨ ，ｄｉｓ ｖ ｄ ｏ ｇ ｎ， ｓ ｏｌ ｅ ｘｙ ｅ ｔ ｂ ｄｉｙ ａ ｅｅ ｔｉ ｃ ｎ ｕｒ ｉ ｔ ｎｄ ｌ ｃ ｒｃ ｏ ｄｕｃ ｉ ｉｙ ｔ ｉｆ ｒ ｎ ｉ ｔｖ ｔ ａ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｔｍｅ． ｆｏ ｌ ｗ ｒ ｔ ｓ ｎｄ ａ ｅ ａ ｗａ ｅ ｔ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｓ Ａ ｒ ｉｌ ｅ ｓ ｔｒ ｅ ｒ ｔ ｅ ． ｐａ ｔａ ｌ ａ ｔ
关于污垢热阻系数对换热器换热效果的影响分析及应对措施
能源环保与安全一、污垢热阻系数对换热器换热效果的影响１.污垢热阻系数过大在选择换热器（如图1）污垢热阻系数时，如果系数过大，则为了补偿因为污垢较多所造成的换热能力不足的问题，不许增加换热面积，或者预留更大的换热余量。
这就会造成换热器体积和重量的增加，影响整个系统的空间布局，进而影响装置运行效率，同时也会增加投入成本。
图1 换热器2.污垢热阻系数过小如果污垢热阻系数较小，则计算结果和实际换热能力并不相符，造成换热器的效果不能满足实际要求，严重影响装置的生产效率。
不仅如此，污垢还会影响系统压降。
例如，管侧污垢热阻系数较小，换热管内径也会随之变小，内部流体速度则会变大，管内壁粗糙度增加的时候，压降就会变大，流体阻力随之增加，进而消耗更多能量，在运营一段时间后，换热率会逐渐下降，为了保持换热效果，就要更换换热器，进而导致二次投资，增加成本费用，影响整体效益。
3.换热器污垢的影响如果换热器结垢导致换热效果不理想，换热器就会对正产生产产生影响，为了将这种影响消除，系统只能停车，然后清洗换热器，这个过程需要花费大量的人力、物力和财力，不仅会增加工作人员的工作量，还会使运营成本大幅度上涨，而停车的过程中也会带来许多经济损失。
污垢形成是一个循序渐进的过程，可以分为4个阶段，分别是其实、运输、附着、剥蚀和老化，影响换热器结垢的因素有很多，包括流体换热接触表面状态、换热器结构、流体速度等等。
在对换热器污垢进行处理时，要对造成污垢的因素进行充分的考虑，确保处理的有效性。
二、污垢热阻系数对换热器换热效果影响的应对措施1.换热效果和经济性从上述内容可以看出，换热器污垢热阻系数的设计对换热效果有直接影响，在设计的过程中，不仅要考虑换热效果，还要考虑经济效益。
目前，比较常用的热阻系数选择方式有三种，分别是TEMA/HTRI热阻系数选择方式；收集各种操作数据，以经验数据为基础的参数选择方式；提取现场数据，和经验数据进行对比和修正的参数设计方式。
用于污垢监测的温差热阻法
2004 年 第 28 卷 石油大学学报 ( 自然科学版) Vol. 28 No. 5 第 5 期 Journal of t he University of Petroleum , China Oct . 2004
An improved method f or measuring and inspecting thermal resistance of scale in tube by temperature difference
XIN G Xiao2kai1 , MA Chong2fang1 , CHEN Yong2chang1 , SON G Lei2
( 1 . College of Envi ronmental and Energy engi neeri ng , Beiji ng U niversity of Technology , Beiji ng 100022 , Chi na ;
2 . Production Depart ment of L anz hou Pet rochemical Com pany of China Pet rochemical Corporation , L anz hou 730060 , China) Abstract : The temperatures of fluid and inner wall of tube covered by scale may fall down gradually during fouling under t he constant temperature of tube wall ,which causes t he increase in t hermal resistance of convection heat transfer in a tube. The existing formula for calculating t he t hermal resistance of scales must be amended. The improved equation for calculating t he t hermal resistance of scale was proposed in consideration of different condition. The calculation exam ple shows t hat if t he in2 let temperature of fluid is low and t he flux is small ,t he amendatory value and coefficient are great when t he ot her conditions are fixed. Wit h t he scale growing up ,t he amendatory value will increase while t he amendatory coefficient will decrease. In t he initial stage of scale ,t he amendatory coefficient is t he greatest . The fouling induction period calculated by t he improved formula is longer and more accordant wit h t he fact t han t hat by t he existing formula. Key words : tube ; scale deposit ; fluid ; t hermal resistance ; convection heat transfer ; calculation formula ; amendatory value ; amendatory coefficient
论管壳式蒸汽换热器污垢热阻的影响
摘要：在很多化工企业的生产过程中，都会使用到蒸汽换热器。
目前，比较常见的管壳式蒸汽换热器，由于在使用过程中容易受到积累的固体混合物污染，降低流通截面积，增加流体和换热壁之间的热阻，从而影响热量的传导。
因此，本文主要通过对于管壳式蒸汽换热器的热动力性能以及相关设计进行研究，结合具体的实践情况，找到对于换热器污垢热阻的计算方法，从而研究出污垢热阻对于管壳式蒸汽换热器使用效果的影响。
关键词：管壳式换热器；污垢；热阻；设计众所周知，在很多炼油厂等化工企业中，都会使用到蒸汽换热器，而其中管壳式换热器比较常见。
这些换热器在使用过程中，基本上都会受到流体沉积物的影响，如悬浮颗粒、金属腐蚀物等，运行时间久了不可避免的积累很多混合的固态污染物。
这些污染物对于换热器的运行，会使得换热壁的横截面积降低产生热阻，降低热传导的功效，从而影响换热器的使用寿命。
因此，本文主要通过管壳式蒸汽换热器中热阻对于换热器性能以及设计的影响进行研究，结合具体的实际情况，提出一些有益的意见和建议，从而有效降低热阻对于管壳式换热器运行效率的影响。
一、管壳式蒸汽换热器热阻阻值计算方法目前，对换热器污垢热阻的计算方法比较多，我国在污垢热阻的计算过程中，主要根据美国管式换热器制造商协会（TEMA）公布的相关数据，如管侧流体流速、温度等相关数据，然后有效计算出换热器污垢热阻。
同时，也可以根据其他型号的换热器相关文献，结合其公布的污垢热阻阻值表，选定合理的阻值。
二、污垢热阻对于换热器热传导性能的影响在管壳式蒸汽换热器中，由于长期积累的污垢，不仅会以固态形式存在，缩小流通横截面，增加流体的流速，而且作为一种热的不良导体，导热性能不及碳钢的10%，比铜的导热性更差。
因此，换热器内部的污垢使得传热热阻增加，影响蒸汽换热器的工作效率，降低使用期限。
同时，由于这些污垢表面比较粗糙，增大摩擦力，影响流通效率，因此，需要对于换热器加大循环功率。
同时，在管壁摩擦力增大的情况下，也会导致局部温度过高，不仅影响换热器设备的性能，也会给换热器安全运行带来一定的隐患。
常用液体污垢系数
植物油
0.000007-0.000052
有机溶剂
0.000009-0.000026
水蒸气
0.000009
工艺流体、一般流体
0.000009-0.000052
注：污垢热阻（fouling resistance）表示换热设备传热面上因沉积物而导致传热效率下降程度的数值，即换热面上沉积物所产生的传热阻力，单位为㎡·K / W。又称污垢系数，包括水垢、锈蚀以及其他污垢造成的附加热阻
常用的垫片材料料
材料名称
耐温(℃)
适用介质
丁晴橡胶(NBR)
130-140
食品果汁,油,碱,甲醇,洗涤剂
丁基橡胶(RCB)
140
有机酸、无机酸、浓碱液
乙丙橡胶(EPDM)
150
酸、碱、酮溶液,醇类维通( Nhomakorabeaiton)
180
浓酸、有机溶剂、酒精
硅橡胶
175
食品、油、脂肪、酒精
海帕纶(CSM)
100
抗氧化剂、油酸
316
316
316
Ti
= 150 ppm
316
316
Ti
Ti
= 300 ppm
316
Ti
Ti
Ti
> 300 ppm
Ti
Ti
Ti
Ti
常用的板片材料
奥氏体不锈钢：
AISI304,304L
AISI316,316L,316Ti
哈氏合金：
Hastelloy C-276,C-22
其他：
254 SMO
钛TA1、钛钯合金
板式换热器中常用液体的污垢系数值
液体名称
电磁频率对污垢热阻及电导率的影响
３ ２ 实验结 果 数据 分 析 ．
基 于污 垢 热 阻在 线 监 测 技 术 ， 出 了 动 态 实 给
验 过程 中不 同频率 电磁 场条 件 下 的污垢 热 阻变 化 曲线 。 图 ３— ５分 别 为 ０ ５ 、 ． ５ １ ０ ｋ ｚ频 率 ．０ ０ ７ 、．０ Ｈ 下 的污 垢热 阻曲线 。
垢 率 的分 析一 致 。 设 电导率 比差值 为 Ａ ， Ｓ＝Ｓ／ ” 一Ｓ／ ， ＳＡ ＂Ｓ。 Ｓ。 其 中 ．为 加 磁 电导 率 值 ， ” 加 磁 电导 率 初 始 ｓ ” ｓ。为 值 ； Ｓ 为未加 磁 电导 率 值 ， 为 未加 磁 电 导 率初 ｓ 始 值 。对 电导率 比差 值 的数 据 进行 分 析 处 理 ， 经
．
．
通 过实 验数 据计算 得 到 １０ ｋ ｚ ．０ Ｈ 处理抑 垢效
ｇ／ 壤 贮 哥盛
。 ．
启 动循 环 泵 和空 冷 系统
Ｉ ｖ 果最好 ， 抑垢 率达 到 ９ ． ２ ％ ； ．５） ． 的抑垢 率 １ ２ ５ ０ ７ ｋ ｕ 西 最 孵 Ｈｚ
为 ８ ． ０ ％ ；． ０ Ｈ 抑 垢 率 为 ６３． ０ 。为０了 ４ ８０ ０５ ｋ ｚ ３ ６０ ％ １ Ｏ ０ ０ Ｏ ４ Ｏ Ｏ ２ Ｏ
关 键 词 污 垢 热 阻 管道 壁 温 电 导 率 抑 垢 效 果
中 图分 类 号
Ｔ ８２ Ｈ ６
文 献 标 识 码 Ａ
文章 编 号 １０ —９ ２ ２ １ ）６０ ６ －４ ０ ０３３ （ ０２ ０ －７ １ ０
在 工 业 生产 中 ， 大 多 数 换热 设 备 表 面都 存 绝 在 不 同 程 度 的 污垢 问题 … 。在 物 理 法 抑 垢 技 术 中， 电磁 水 处理 是 目前 人 们 最 为 关 注 和 推崇 的 抑 垢 技术 ’ 但 其作 用 机 理 还 不清 晰 ， ， 目前还 处 于 探 讨 阶段 ， 垢 效 果 也 不 是 十 分 稳 定 ， 响 抑 影 因素较 多 。 电磁 抑垢 效果 的评价 包含 对污 垢 热 阻 和 水 质参 数 的 分 析 ’ 笔 者 给 出 了污垢 热 阻 和 ，
水冷机组污垢系数研究
水冷式冷水机组冷凝器污垢热阻的动态试验研究摘要本文提出了污垢热阻研究的动态试验方法，以珠江水（猎德段）作为冷却水并通过一系列试验得出了不同流速下的污垢热阻试验数据，并观察到了污垢老化现象。
这些数据比HTRI/TEMA推荐的数值更具体，可为冷水机组冷凝器的设计、监控和清洗提供参考。
关键词污垢热阻冷却水冷凝器冷水机组换热表面的污垢会使传热恶化，且随着强化换热技术的应用，污垢热阻对传热过程的影响更加明显，因此冷凝器冷却水侧污垢热阻值的选取便成了水冷式冷水机组优化设计的主要问题之一。
冷却水污垢热阻的数值通常是根据经验数值或是文献、规范等确定，如根据HTRI/TEMA Joint Committee 推荐的污垢热阻[1]，河水的污垢热阻值是3.52× 10-4～5.28×10-4 m2·℃/W，而根据《工业循环水处理设计规范》（GB50050-95）[2]，敞开式循环水系统的污垢热阻值为1.71× 10-4～3.44×10-4 m2·℃/W。
由于不同参考资料给出的污垢热阻的数值变化较大，给实际的设计工作带来了困难。
另外不同河流、不同区段、在不同季节时冷却水所形成的污垢也有所不同，因此我们拟采用试验方法，选用在珠江三角洲地区被广泛用作冷却水的珠江水为试验工质进行冷却水污垢热阻的试验，试验是在6月到10月期间进行。
冷却水污垢热阻的影响因素主要是温度、流速和水质。
由参考文献[1]分析，冷却水温度低于50℃时温度对污垢热阻的影响可忽略。
因此主要研究冷却水流速对污垢热阻的影响，为冷凝器的设计提供较具体的污垢热阻数据。
1 试验原理及试验装置1．1 试验原理由传热学法测量污垢热阻R f，即（1）（2）于是，（3）通过计算冷凝器换热管两侧的换热系数和总的传热系数，从分离出污垢热阻。
本试验采用实际的水冷式冷水机组，制冷量是30kW，制冷剂为HCFC-22。
冷凝器是两回程的管壳式换热器，管内径是0.0117m，铜管数目是38根。
污垢对传热的影响
2污垢对传热的影响近几年随着我国换热器行业产品的快速发展，换热器产品使用条件和换热器产品客户发生了根本的改变，用户对换热器产品设计提出了更高、更严、更具体的要求，如产品压力、面积、体积和工艺介质方面都与以往大不相同。
最明显的一点，用户在水的污垢热阻都提出了更明确的要求，明确提出水的污垢热阻是0.000344 m2.℃/W（是原来洁净自来水的2倍，这一般是用户的最低要求）、0.0004 m2.℃/W，有的甚至提到了0.0005 m2.℃/W。
气侧一般是压缩空气，用户一般没有明确提出要求，但按《换热器原理及计算》书中明确规定其污垢热阻0.000344m2.℃/W。
从这些数据看出污垢系数是常规产品污垢系数的2 倍，甚至3 倍，这样，就会让人对以往那种对污垢系数的考虑方法是否适用和得当发生疑问。
为此，仍拿上面的一种冷却元件来做计算比较：设定四，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0.000344m2.℃/W，其余条件与设定一一样，代入计算：与设定一比较，设定四的传热系数是设定一传热系数的0.73 倍；设定五，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0.0004m2.℃/W，其余条件与设定一一样，代入计算：与设定一比较，设定五传热系数是设定一传热系数0.70 倍；设定六，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0.0005m2.℃/W，其余条件与设定一一样，代入计算：与设定一比较，设定六传热系数是设定一传热系数0.65 倍；设定七，气侧污垢系数rk= 0.000344m2.℃/W，水侧污垢系数rl=0，其余条件与设定一样，代入计算：与设定一比较，设定七传热系数是设定一传热系数0.98 倍；设定八，气侧污垢系数rk= 0.000344m2.℃/W，水侧污垢系数rl=0.000344，其余条件与设定一样，代入计算：与设定一比较，设定八传热系数是设定一传热系数0.72 倍；与设定四比较，设定八传热系数是设定四传热系数0.99 倍；设定九，气侧污垢系数rk= 0.000344m2.℃/W，水侧污垢系数rl=0.0004，其余条件与设定一样，代入计算：与设定一比较，设定九传热系数是设定一传热系数0.69 倍；与设定五比较，设定九传热系数是设定五传热系数0.99 倍。
1000MW直接空冷机组凝汽器污垢热阻对热经济性影响特性研究
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｕ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｏ ｒ
一种板式换热器污垢热阻预测新方法
第４ ０卷
～
第 ４期
化
工 机 械
Ｃ ａ （ Ｈ Ｃ Ｏ ３ ） ２ － ￣ Ｃ ａ Ｃ Ｏ ３ ＋Ｈ ２ ０＋Ｃ Ｏ ２ Ｔ
４ ３ ５
２ ８ ℃之 间； 热 水 进 口温 度 恒 定 在 ４ ６～４ ７ ℃ 之
间； 冷却 水 流 速 为 ０ ． １ ０ ４ ｍ ／ ｓ ； 冷 却 水 为 吉林 市 临
垢 特性参 数 的变化 规 律 ， 以便 于 开 发可 靠 的 污垢
特性 预测 方法 和防垢 、 除垢 对策 ， 对 当前 的低碳 经
济 具有重 要 的现实 意义 。
果… ： 其 中污 垢 热 阻会 增 大传 热 温 差 ， 降低 所 传
递 热能 的利用 价值 ， 增 大 设 备能 耗 ； 流 动 阻力 （ 流 阻） 的增 大 则 直 接 增 大 了 泵 送 能 耗 。 因此 ， 防 止 或 抑制 污垢 生长 ， 就 自然 成 为水 冷 器 生 产者 和 用 户 的 主攻 目标 ｚ 。作 为 污垢研 究 ３个 主要方 向之
子、 化 学需 氧量 、 铁离 子 浓度 和 细 菌 总数 ） 预测 污 垢 热 阻 。采 用多个 参 数预测 污垢 热阻 的优越 性在 于， 找 出冷 却水 系统 运 行 过 程 中污 垢 特 性参 数 和 水质 参数 的变化 规律 ， 进而 建立 两者之 间 的关联 ， 进一 步研究 污垢 的形 成机 理 。基 于水 质参数 随 污
４ ３ ４
化
工
机
械
２ ０ １ ３焦
一
种 板 式 换 热器 污 垢 热 阻预 测 新 方 法
文孝 强 孙 灵 芳 徐 志 明
（ 东北 电力 大 学 ）
摘
污垢热阻的影响
换热器设计中污垢热阻对设计的影响发布时间:2009-05-25张平张蔚兰（湖北登峰换热器有限公司湖北大冶435100）【摘要】通过设定污垢系数的方法论证了污垢系数对换热器设计的影响。
要求用户在提出污垢系数时应当合理。
合理的污垢系数对换热器的优化设计、降低成本有重大决定作用。
【关键词】换热器污垢热阻污垢系数换热系数在当前换热器市场日益激烈的竞争中，一个问题日益突出，应当引起足够的重视，那就是污垢系数问题。
污垢系数，即换热器使用过程中污垢对换热产生的影响程度。
由于换热器传热面本身导热系数很大，其热阻通常可忽略。
但如果壁面上结有污垢，则对传热性能和压降影响很大，其热阻有时可达到起控制作用的数量级。
据报道，一台结垢严重的冷凝器，其有效的传热面积仅为清洁状态的1/2。
因此，在换热器设计中必须考虑污垢热阻对传热性能的影响。
1 传热系数的计算在实际工作中，对于污垢系数的选用，有三套标准：一种标准为用户在设计换热器时就明确提出的标准数值，参考国家标准，针对工业用水、循环冷却水和洁净自来水分别提出污垢系数要求；第二种为项目技术人员提出的标准，由于担心换热器运行时传热性能达不到要求，故将污垢热阻提得很大；第三种为换热器设计单位提出的参考值，在以往换热器设计中，用户一般习惯不提污垢热阻的要求，在换热器设计计算过程中不考虑污垢热阻的影响，只在最后取传热系数时取0.85 的系数（即取计算值的85%）作为考虑污垢热阻后的最终传热系数。
对于实际选用的污垢系数标准是否合理，下面以常用的一种冷却元件做一个计算比较，以便共同探讨：设定一，气侧换热系数hk=65.5 W/(m2.℃)，水侧换热系数hl=7353 W/(m2.℃)，肋化系数ψ=19.7，换热管壁厚δ=0.001m，换热管导热系数λ=39W/(m2 .℃)，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0，计算换热器传热系数K，代入各数值计算：设定二，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0.000172m2.℃/W(洁净自来水时所取的污垢系数)，其余条件与设定一样，代入计算：设定三，气侧污垢系数rk= 0.000172 m2 .℃/W（常压空气），水侧污垢系数rl=0.000172 m2 .℃/W(洁净自来水时所取的污垢系数)，其余条件与设定一样，代入计算：比较设定一和设定二，不难得出水侧取污垢热阻后的传热系数是没有考虑污垢热阻时的传热系数的0.85 倍，比较设定一和设定三，可知气侧和水侧都取常规污垢热阻时的传热系数是没有考虑污垢热阻时的传热系数的0 . 8 4 倍，这说明原来习惯上取的0.85 的系数是合适的，同时还说明我们管片式热热器计算中气侧的污垢热阻比水侧的污垢热阻对传热系数的影响小，气侧污垢热阻对总体传热系数的影响可以忽略不计，也就是说管外污垢热阻比管内污垢热阻的影响小。
板换污垢系数
液体名称
污垢系数(㎡*K/W)
软化水或蒸馏水
0.000009
城市用软水
0.000017
城市用硬水（加热时）
0.000043
处理过的冷却水
0.000034
沿海或港湾水
0.000043
大洋的海水
0.000026
河水、运河水
0.000043
机器夹套水
0.000052
润滑油
0.000009-0.000043
140
有机酸、无机酸、浓碱液
乙丙橡胶（EPDM）
150
酸、碱、酮溶液、醇类
维通（Viton）
180
浓酸、有机溶剂、酒精
硅橡胶
175
食品、油、脂肪、酒精
海帕纶（CSM）
100
抗氧化剂、油酸
丁苯橡胶（SBR）
一般非油介质
氟塑料
177
有机溶剂
氯丁橡胶
100
矿物油、润滑油
石棉（Caf）
250-260
不同浓度、温度的CL–对金属板的腐蚀
氯离子含量
60℃
80℃
120℃
130℃
=10 ppm
304
304
304
316
=25 ppm
304
304
316
316
=50 ppm
304
316
316
Ti
=80 ppm
316
316
316
Ti
=150 ppm
316
316
Ti
Ti
Ti
＞300ppm
Ti
Ti
Ti
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污垢热阻
垢热阻时的传热系数的0.85倍，比较设定一和设定三，可知气侧和水侧都取常规污垢热阻时的传热系数是没有考虑污垢热阻时的传热系数的0.84倍，这说明原来习惯上取的0.85的系数是合适的，同时还说明我们管片式热热器计算中气侧的污垢热阻比水侧的污垢热阻对传热系数的影响小，气侧污垢热阻对总体传热系数的影响可以忽略不计，也就是说管外污垢热阻比管内污垢热阻的影响小。
这就说明在过去我们常规设计中，取0.85倍的传热系数是得当的和可行的,也是考虑污垢热阻时最简便的一种经验方法了。
2污垢对传热的影响
近几年随着我国换热器行业产品的快速发展，换热器产品使用条件和换热器产品客户发生了根本的改变，用户对换热器产品设计提出了更高、更严、更具体的要求，如产品压力、面积、体积和工艺介质方面都与以往大不相同。
最明显的一点，用户在水的污垢热阻都提出了更明确的要求，明确提出水的污垢热阻是0.000344m2.℃/W（是原来洁净自来水的2倍，这一般是用户的最低要求）、0.0004m2.℃/W，有的甚至提到了0.0005m2.℃/W。
气侧一般是压缩空气，用户一般没有明确提出要求，但按《换热器原理及计算》书中明确规定其污垢热
与设定一比较，设定九传热系数是设定一传热系数0.69倍；与设定五比较，设定九传热系数是设定五传热系数0.99倍。
从上面几种污垢热阻组合计算比较，可以看出水侧取不同污垢热阻时，对传热系数的影响是不同的，并且都超过了原来的0.85的系数，当水侧污垢系数rl=0.000344m2.℃/W时，系数变为0.73；当水侧污垢系数rl=0.0004m2.℃/W时，系数变为0.70；当水侧污垢系数rl=0.0005m2.℃/W时，系数变为0.65；总之水侧的污垢热阻大大削弱了传热性能。
套片式换热器气侧污垢系数改变时，传热系数变化不大，也就是说气侧污垢热阻对传热系数影响仍然可以忽略不计。
显而易见，可知现在设计计算中仍按原来取0.85系数计算方法是不适用的，而应该在换热器设计中根据具体不同的污垢系数具体计算。
因此，在换热器设计中必须考虑由于污垢热阻使传热削弱的补偿措施，如加大流速、总平均温差或传热面积等。
这样，在换热器设计中，如何考虑污垢的影响，往往成为换热器设计成败的关键因素。
3选用污垢系数
了解了污垢对传热的影响，在产品设计中，到底取多大的污垢热阻是合理的？有人认为选取较大的污垢热阻比较可靠，其实这往往会带来更严重后果，因为在传热量一定的条件下，势必要加大传热面积或总平均温差，从而增加换热器成本。
而传热面过大会导致热
流体出口温度过低、冷流体出口温度过
高，这不仅影响工艺要求，而且有时在运行中为避免此结果常将介质流速降低、致使壁面温度上升，这样反而促使污垢更迅速地增长；同样平均温差过大，就要求提高热介质温度或降低冷却介质温度，导致介质与壁面的温差加大，结果也是促使污垢增长，特别是沸腾蒸发受热面，温差过大有可能出现膜态沸腾，不仅使传热大为削弱、污垢迅速发展，甚至会使传热面过热毁坏。
此外，多孔的沉积物还会起到腐蚀剂的作用，在壁温高时会加速金属的腐蚀；结垢物质还会在金属表面上形成氢或氧的浓差电池导致“垢下腐蚀”。
恰当选用污垢系数涉及物理和经济两个因素。
物理上考虑的因素有：流体和沉积物的性质。
流体温度管壁温度；管壁材料和光洁度；物体流速以及清洗周期。
经济上应考虑的因素有：换热器生产成本；费用随尺寸而变动的情况；必要的清洗周期；清洗费用，包括生产损失在内；折旧费；税率；正常维修费用；输送泵费用及能耗；要求的投资回收期。
最佳的设计污垢热阻应在技术经济比较中使初投资折旧费（随污垢热阻增加而增加）与清洗和停运费用（随污垢热阻增加而减少）所构成的费用总额为最小。
由于缺少换热器在实际使用过程中的结垢情况数据，建议各生产厂家切实做好产品售后服务跟踪，特别是要通过多渠道，多方式收集结垢数据。
这样才能在今后的换热器设计工作中设计出更好、更有竞争力的换热器产品。
参考文献
[1]换热器原理及计算[M].北京：清华大学出版社1985。