FOULING MARGIN
熱交換器の汚れ係数・余裕面積の考え方
汚れ係数、総括伝熱係数U、LMTD、面積余裕を、必要伝熱面積を考える順序で整理します。
本ページは設計条件の整理用です。汚れ係数の標準値、材質別の腐食余裕、メーカー型式、補正係数F、圧力損失、洗浄周期は、設計基準やメーカー資料で確認してください。
BASICS
汚れ係数で何が変わるか
汚れ係数
伝熱面にスケール、スラッジ、油分、腐食生成物などが付着したときの熱抵抗を見込むための値です。
U値の低下
汚れを見込むと、清浄時より総括伝熱係数Uは小さくなり、同じ熱負荷を処理するには必要面積が大きくなります。
面積余裕
計算上の必要面積に対し、汚れ、経年変化、運転変動、将来条件を見込んで余裕を持たせる考え方です。
洗浄周期
汚れが進むと出口温度、熱負荷、圧力損失が変わるため、洗浄周期や監視指標も合わせて確認します。
EQUATION
概算でよく使う関係
熱交換器の基本式は Q = U × A × LMTD です。汚れを見込む場合は、清浄時のU値ではなく、汚れを含めた設計用U値で必要面積を確認します。
汚れ抵抗は管内側、管外側、基準面積、熱交換器形式によって扱いが変わります。単純に「汚れ係数を足せばよい」とは限らないため、詳細設計では設計基準やメーカー計算書の定義を確認してください。
WORKFLOW
確認手順
- 熱負荷Q、入口/出口温度、流量、比熱、相変化の有無を整理する。
- LMTDを確認し、多パスやクロスフローでは補正係数Fが必要か確認する。
- 清浄時U値と、汚れを含めた設計用U値を分けて扱う。
- 必要伝熱面積Aを計算し、既設面積や候補機器の面積と比較する。
- 面積余裕が大きすぎる場合は、低流速、汚れ促進、制御性低下、過冷却・過加熱にも注意する。
- 圧力損失、材質、流速、洗浄性、運転範囲、保守周期を合わせて確認する。
SCOPE
このページで扱わないこと
- 汚れ係数の標準値表や、流体別・材質別の推奨値の提示
- 多パス、クロスフロー、シェル&チューブ、プレート式の詳細設計計算
- 圧力損失、流速分布、相変化、沸騰、凝縮、腐食、洗浄周期の詳細評価
- メーカー型式、伝熱面積、プレート枚数、チューブ本数の自動選定
FAQ
よくある質問
汚れ係数とは何ですか？
伝熱面に汚れが付着したときの熱抵抗を見込むための値です。汚れを見込むと総括伝熱係数Uは小さくなり、必要伝熱面積は大きくなります。
面積余裕は大きいほど安全ですか？
必ずしもそうではありません。余裕が大きすぎると、低流速による汚れ促進、制御性低下、過冷却・過加熱、コスト増につながる場合があります。
LMTD計算の面積結果に汚れ係数は含まれますか？
入力するU値に汚れを含めた設計用U値を使えば、概算上は汚れを見込んだ面積になります。清浄時U値を入れた場合は、汚れや経年変化は別途確認が必要です。
汚れ係数の値はどこから決めますか？
流体、温度、濃度、固形分、材質、流速、洗浄周期、社内基準、メーカー資料によって変わります。一般値をそのまま使うのではなく、対象条件に近い値を確認してください。
既設熱交換器の能力低下を見るには何を確認しますか？
入口/出口温度、流量、熱負荷、圧力損失、汚れや詰まり、バイパス、流量偏り、洗浄履歴を確認します。計算値だけでなく、運転データと点検結果を合わせて判断してください。