凝縮器と熱交換器の違いは何ですか?

主な特徴: コンデンサー 対 熱交換器

あ コンデンサーは特殊なタイプの熱交換器です 熱交換器は、熱の除去によって蒸気を液体に変換するように特別に設計されているのに対し、熱交換器は、必ずしも相変化を引き起こすことなく 2 つ以上の流体間で熱を伝達する幅広いカテゴリの機器です。すべての凝縮器は熱交換器ですが、すべての熱交換器が凝縮器であるわけではありません。

根本的な違いは、 相変化要件 。凝縮器は、潜熱の除去により蒸気から液体への転移が生じる飽和条件で動作し、通常、次のような熱負荷を処理します。 2,260kJ/kg 100℃での水蒸気凝縮の場合。標準的な熱交換器は主に顕熱伝達を管理し、温度変化は次のとおりです。 10℃～50℃ これは液体から液体へのアプリケーションでは一般的です。

コンデンサーの重要な性能要素

コンデンサーの性能は以下によって決まります 5 つの主要な変数 熱伝達効率と動作信頼性に直接影響します。これらの要素を理解することで、既存のシステムを最適化し、情報に基づいた新しいインストールの仕様を実現できます。

冷却水の温度と流量

凝縮した蒸気と冷却媒体の間の温度差により、熱伝達が促進されます。あ 冷却水温度5℃低下 コンデンサー容量を向上させることができます 8～12% 発電所の表面復水器に使用されます。流量は、熱除去能力とポンプコストのバランスをとる必要があります。通常は 1.5～3.0m/秒 侵食を最小限に抑えながら汚れを防ぐ水の速度を調整します。

防汚性とメンテナンス性

汚れは熱障壁を形成し、時間の経過とともに性能が低下します。海水冷却コンデンサーの生物付着率は 0.0001～0.0003 m²K/W 一方、炭化水素を使用する工業プロセスでは、 0.0002–0.001 m²K/W 汚れの要因。設計上の汚れ要因は通常、次の範囲に及びます。 0.000088 m²K/W 処理済み冷却水用 0.00035 m²K/W 川の水用に。

非凝縮性ガスの蓄積

あir and other non-condensable gases accumulate at the condenser shell, creating gas blankets that reduce heat transfer coefficients by 最大50% 。効果的な通気システムでは、蒸気損失を最小限に抑えながらこれらのガスを除去する必要があり、通常は次のことを実現します。 0.5～2.0% 凝縮した総蒸気に対するベント蒸気流量。

凝縮水の過冷却とレベル制御

飽和温度を下回る過剰な過冷却はエネルギーを無駄にします。発電所の復水器の目標 0.5～2.0℃の過冷却 ;を超える偏差 5°C レベル制御の問題またはチューブの浸水を示します。ホットウェルレベルのメンテナンスを適切に行うことで、ポンプの NPSH 要件を確保しながら空気の侵入を防ぎます。

材料の選択と腐食

チューブの材質は熱伝達と寿命の両方に影響します。アドミラルティ ブラス オファー 100W/mK 熱伝導率が高く、浄水中で 20 年の寿命があり、チタンは海水腐食に耐えますが、コストがかかります。 3～4回 もっと。ステンレス鋼 316L は、塩化物濃度が以下の化学用途に中間の性能を提供します。 1,000ppm .

コンデンサーの選択方法

適切なコンデンサーを選択するには、プロセス要件、環境上の制約、および経済的要因を体系的に評価する必要があります。選考プロセスは次のとおりです。 意思決定階層 重要なアプリケーションパラメータに基づいてオプションを絞り込みます。

ステップ 1: コンデンサーのカテゴリーを決定する

まず、アプリケーションで直接接触または表面結露が必要かどうかを特定します。

• 直接接触コンデンサー 蒸気と冷却剤（水）を混合し、 99%の熱伝達効率 しかし、凝縮水が汚染されています。地熱発電所や減圧蒸留など、凝縮水の純度が重要ではない場合に適しています。
• 表面コンデンサー 蒸気パワーサイクル、冷凍システム、製品回収を必要とする化学プロセスに不可欠な流体分離を維持します。これらは表します 85% 産業用コンデンサーの設置。

ステップ 2: 伝熱面を構成する

表面構成は蒸気圧と清浄度によって決まります。

• シェルアンドチューブ設計 真空から圧力までの圧力に対応 200 bar 機械的な洗浄が可能です。標準構成では、電力用途向けに蒸気をシェル側に配置し、チューブ数は次のとおりです。 100～50,000チューブ 大型ユーティリティコンデンサーに。
• プレートコンデンサー オファー 3～5回 コンパクトな設置面積でより高い熱伝達係数が得られますが、次のような制限があります。 25バール 以下の気温 200℃ 。スペースに制約がある空調設備や食品加工に最適です。
• あir-cooled condensers 乾燥地域では重要な水の消費をなくします。彼らが必要とするのは 2～3回 水冷式の同等品よりも表面積が大きく、周囲温度がそれを超えると面の性能が低下します。 35℃ .

ステップ 3: 熱負荷と LMTD に基づくサイズ

次の基本方程式を使用して、必要な伝熱面積を計算します。 Q = U × A × LMTD ここで、Q は熱負荷 (kW)、U は全体の熱伝達係数、A は面積 (m²)、LMTD は対数平均温度差です。一般的な U 値の範囲は次のとおりです。 800W/m²K 空冷ユニット用 4,000 W/m²K 表面がきれいな水冷シェルアンドチューブ設計向け。

コンデンサーに関するよくある質問

夏の間、コンデンサーの真空度が低下するのはなぜですか?

冷却水または空気の温度が上昇すると、利用可能な LMTD が減少し、凝縮器はより高い飽和圧力で動作することになります。あらゆる人にとって 1℃上昇 冷却媒体の温度が上昇すると、凝縮器の圧力が約上昇します 0.3～0.5バール 冷凍システムで。冷却塔の性能または空冷ファンの動作を検証し、凝縮器チューブが汚れていないことを確認します。汚れは温度の敏感さを増幅します。

熱交換器を凝縮器に変えることはできますか?

標準的な熱交換器は、上部に蒸気入口、底部に凝縮水の排水、および非凝縮性の通気設備が備わっている場合にのみ、凝縮器として機能できます。ただし、 専用コンデンサーには機能が含まれています 大型の蒸気入口ノズルなど（サイズ 50～100m/秒 速度と 10～20m/秒 液体サービスでは)、凝縮水の過冷却を防ぐ内部バッフル、および過熱解除ゾーン。これらの機能を搭載せずに改造すると、パフォーマンスの低下やウォーターハンマーの危険が生じます。

凝縮器チューブはどれくらいの頻度で掃除する必要がありますか?

掃除の頻度は水質や運転時間によって異なります。海水を利用した発電所は毎日きれいになります 3～6ヶ月 、一方、閉ループ冷却システムは以下に拡張される場合があります。 12 ～ 24 か月 。清浄度係数 (実際の熱伝達係数を設計上の清浄係数で割ったもの) を監視します。これを下回ると 0.85 、掃除は経済的に正当化されます。機械的ブラッシング、化学薬品循環、またはスポンジ ボール システム (自動連続洗浄) が標準的な方法です。

凝縮水が蒸気空間に逆流する原因は何ですか?

除去率が排水能力を超えると凝縮水のバックアップが発生し、チューブが浸水します。根本的な原因には、過大な抽出ポンプ、凝縮水戻りラインの高い背圧（適切な背圧が必要）が含まれます。 0.3バール 最大）、またはレベルコントロールの故障。浸水したチューブは、有効な熱伝達面積を減少させます。 20～40% 凝縮水中の溶存酸素レベルが増加し、腐食が促進されます。

すべての凝縮器に過熱解除ゾーンが必要ですか?

過熱防止ゾーンは、入口蒸気が飽和温度を超えた場合に不可欠です。 10℃ 。過熱蒸気は熱伝達率が低い（ 50 ～ 100 W/m²K 対 5,000 ～ 15,000 W/m²K 結露のため）、別の表面積が必要です。このゾーンを省略すると、チューブ壁温度が過剰になり、熱応力亀裂が発生する可能性があります。圧縮機の吐出量が飽和に近い冷凍システムでは、凝縮ゾーン内の過熱防止装置を統合するだけで十分です。

運用の最適化戦略

凝縮器の効率を最大化するには、動作パラメータに継続的に注意を払う必要があります。設計パフォーマンスを維持するには、次の実証済みの戦略を実装してください。

1. 冷却水の化学的性質を維持する 指定された pH 範囲内 (通常、 6.5～8.5 ）スケールの形成を防ぎます。炭酸カルシウムのスケーリングは熱伝達を低減します。 1～3% 厚さ0.1mmあたり。
2. 通気システムの動作を最適化する - 非凝縮性物質の除去には、断続的な操作よりも連続的な通気の方が効果的です。
3. モニター端子温度差（TTD） 、凝縮水と冷却水の出口温度の間の差。 TTD は以下の範囲内にとどまる必要があります 2～5℃ ; TTD の増加は、汚れまたは空気結合を示します。
4. 可変速ドライブを実装する 冷却水ポンプと空冷ファンについて。流量を減らすことで、 20% ポンピングパワーを約減少させます 50% （親和性の法則）熱伝達への影響を最小限に抑えます。

設計ベースラインに対する定期的なパフォーマンス テストにより、劣化を早期に検出できます。あ 5%減少 全体的な熱伝達係数が低い場合は、通常、深刻な汚れや機械的問題が発生する前に、調査と修正措置を正当化します。