传热效率计算在换热器维护中的应用

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【摘要】在化工装置的运行过程中经常会遇到因换热器结垢而导致换热效率降低的问题，当换热器热效能降低到一定程度时将不能满足实际工况的需要，此时我们将需要及时对换热器进行除垢清洗维护，以恢复其换热效能。然而，化工生产是一个连续性的过程，每一次的开停车将会导致很大的能量损失和原料损失，直接提高了生产运行成本，所以，我们有必要通过在线监测换热器的各关键参数，定期进行测算评估换热器的换热效率，再适时决定需要停车清洗维护的时间。这样才能实现尽可能地减少停车维护次数，才能实现装置的最大经济效益。笔者通过本文旨在引导大家如何使用正确的换热器传热效率核算方法来评估换热器能力，为换热器的清洗维护提供理论评判依据。

【关键词】换热器 热效率 计算 清洗

理论上计算换热器的热效能，通常采用如下的公式，即输出热量与输入热量之比：

但该公式表达的仅仅是换热器的热效率的基本概念，是一个理论概念，仅仅反应出该换热器外壳绝热性能的优劣，而不能反应换热器结构本身的特点，也不能反应出介质之间传热效率的高低。实际上，不同的换热设备都具有自身的传热性能特点，因为不同的换热器结构不同，流体流向、流体类型也都有差别，这将直接导致换热效率也各不相同。所以我们需要综合换热器的各种结构特点，寻找出最合适的传热效率表达式，以准确表达换热器换热性能的好坏，才能对换热器做出准确客观的评价。

换热器有一个最大可传递热量的概念，这样的换热器实际上是一个理想换热器。下面以“液-液”式换热器为例进行说明。“液-液”换热器的换热基本方程式为：

式中：G1、G2：加热介质、被加热介质的流量；

T1、T2：加热介质进出换热器的温度；t1、t2：被加热介质进出换热器的温度；

C：水的比热；

K、F：换热器的传热系数和传热面积；

Δtp：加热与被加热介质之间的对数平均温度差。

根据上述理想换热器的定义，要使加热介质的热量最大限度地或者说100%地传给被加热介质，那么此时Δtx0，即t2=T1。即换热器完成热传递后的一端的温度差为零。这种换热器传递热量为最大，称为理想换热器，它实际上并不存在（因为Δtx=0，Δtd0，则需KF∞）。由此，换热器的热效率表达式应为：

由式（2）知，理想换热器最大可传递热量：

QLx=G2C（T1-t1） （式5）

被加热介质的吸收的真实热量：

Q2=G2C（t2-t1） （式6）

将式（5）（6）代入式（4）得：

实际上，上式就是换热器介质之间传热效率公式。式中温度符号意义同前。

举例：某浮头式“液-液”式换热器，加热水流量90 t/h，被加热水流量54 t/h，加热水进出口水温：T1=100 ℃，T2=70 ℃，被加热水进出口温：t1=20℃，t2=60 ℃。计算该换热器的热效率和介质之间的传热效率。

（1）利用式（1）基本概念的热效率公式计算出换热器热效率：

（2）利用式（7）计算出换热器内部介质之间的传热效率：

以上分析和计算结果分别表示：

（1）采用基本概念的热效率公式，计算得到换热器热效率都为80 %。这个数据只能反映出换热器外表面绝热性能的好坏和热量损失的高低，而不能反映换热器内部结构对介质之间换热性能的影响。

（2） 采用热效率表达式（7）所得的结果，才能真实体现实际的换热器内部介质之间传热效率的高低，也能实时反应出换热器内部结垢的严重程度，为何时需要清洗换热器提供理论依据。

根据以上的计算结果，再对比生产的工艺数据，依此评判换热器是否运行正常，是否内部发生了结垢，是否需要停车维护清洗，这种评估方法简单易行。

以上讨论的有关换热器换热效能和内部介质之间热传递效率的计算方法，这是一种监测评估方法，通过这种方法来评估确认换热器换热能力是否满足工况要求，评判生产正常运行过程的换热器是否需要维护清洗，那是一个简单有效的评估方法，希望能对大家在换热器维护管理方面有所帮助。

参考文献

[1] 陈敏恒，等. 化工原理[ 第二版 ]. 化学工业出版社， 1999

[2] 丁伯民，等. 化工设备设计. 化学工业出版社，2002.12

作者简介

黄凯华，男，汉族，1974年11月出生，籍贯：江苏1997年毕业于江苏石油化工学院化工设备与机械专业，本科学历，工程师职称，现任上海蓝星聚甲醛有限公司设备部副经理，主要从事设备管理、技术改造和项目设计与管理方面的工作。