Fouling of Heat Exchangers (Chemical Engineering Monographs) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science

作者:T.R. Bott

出品人:

页数:546

译者:

出版时间:1995-04-27

价格:USD 318.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444821867

丛书系列:

图书标签:

Heat Exchangers
Fouling
Chemical Engineering
Corrosion
Scale
Industrial Equipment
Heat Transfer
Process Engineering
Maintenance
Fluid Mechanics

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具体描述

This unique and comprehensive text considers all aspects of heat exchanger fouling from the basic science of how surfaces become fouled to very practical ways of mitigating the problem and from mathematical modelling of different fouling mechanisms to practical methods of heat exchanger cleaning. The problems that restrict the efficient operation of equipment are described and the costs, some of them hidden costs, that are associated with the fouling of heat exchangers are discussed. Some simple concepts and models of the fouling processes are presented as part of the introduction to the subject. Advice on the selection, design, installation and commissioning of heat exchangers to minimise fouling is given. A large part of the text is devoted to the use of chemical and other additives to reduce or eliminate the problem of fouling. Another large section is designed to give information on both on-line and off-line cleaning of heat exchangers. One of the difficulties faced by designers and operators of heat exchangers is anticipating the likely extent of fouling problems to be encountered with different flow streams. Another large section addresses the question and describes methods that have been used in attempting to define fouling potential. The book concludes with a chapter on how fouling information can be obtained using plant data, field tests and laboratory studies.

锅炉与换热器系统性能优化：从设计到运行的综合策略本书旨在为工程师、研究人员以及相关技术人员提供一个全面、深入的视角，探讨在工业锅炉和热交换器系统中实现长期、高效稳定运行的关键技术与策略。内容聚焦于系统性能的提升、维护周期的延长以及操作成本的降低，避开了特定“传热面结垢”这一单一主题，转而构建一个覆盖更广泛工程实践的知识体系。 --- 第一部分：热交换系统设计基础与先进选型原则第一章：热力学与流体力学基础在设备选型中的应用本章回顾了进行热交换设备选型和初步设计时必须掌握的核心热力学与流体力学原理。重点讨论了焓焓平衡计算的精确性、相变过程中的传热特性（如沸腾与冷凝的核化机制与膜状过程的对比），以及流体动力学对设备内部流动分布的影响。详细分析了雷诺数、普朗特数在不同流态下的重要性，并引入了湍流模型在复杂几何结构（如管束交叉、折流板设计）中的应用，以预测局部流速变化对整体换热效率的潜在影响。强调了建立准确的边界条件和优化流道设计以减少泵送能耗的重要性。第二章：先进热交换器类型及其适用性评估本书深入剖析了当前工业界广泛应用和新兴的热交换器类型，包括但不限于：板式换热器（PHE）、螺旋板式换热器、紧凑型换热器、辐射式换热器以及特定的过程气-气换热器。对于每种类型，详细比较了其单位体积传热系数、耐压能力、物料兼容性以及可维护性。着重探讨了如何根据工艺介质的物理化学性质（如粘度、腐蚀性、温度梯度）来选择最合适的几何构型，并引入了“功能等效性”的概念，指导工程师在设计阶段超越传统壳管式结构的局限。第三章：结构材料选择与腐蚀控制的预防性措施材料选择是确保热交换设备长期可靠运行的基石。本章系统介绍了适用于高温、高压及腐蚀性环境的工程材料，包括特定的不锈钢合金、镍基合金以及复合材料。探讨了材料在长期热应力下的蠕变行为和热疲劳机制。此外，本章详细阐述了腐蚀的分类与机理，例如应力腐蚀开裂（SCC）、点蚀和缝隙腐蚀，并提出了基于材料选择和预处理（如钝化处理）的预防性腐蚀控制策略，为设备的初始设计阶段提供坚实的材料科学支撑。 --- 第二部分：系统性能监控、优化与过程控制第四章：实时性能监测与热力学效率评估本章关注于如何量化和实时评估热交换系统的运行效率。引入了热效率（如NTU-Effectiveness法）和传热系数的动态计算模型。重点介绍了先进的在线传感器技术，包括高精度温度、压力及流量测量系统的校准与误差分析。阐述了如何通过监测进出口参数的偏差来识别系统性能的非预期下降趋势，为早期干预提供数据基础。讨论了数据采集（DAQ）系统的架构及其在建立设备数字孪生模型中的作用。第五章：流体动力学优化与能耗管理有效的流体管理是提升换热效率的关键。本章详细分析了壳程和管程的流道设计如何影响湍流强度和换热面积的有效利用率。讨论了优化折流板间距、导流结构以及进出口腔室设计对降低压降和减少旁路流的策略。同时，引入了系统级的能耗优化方法，包括如何通过调整泵和风机的运行点（变频控制）来最小化辅助能耗，同时保持核心工艺参数的稳定。第六章：过程控制策略在提升稳定性中的作用本章聚焦于如何利用先进的过程控制技术来维持换热系统的稳定性和效率。探讨了PID控制器的局限性，并引入了模型预测控制（MPC）在处理多变量耦合、预测系统动态响应方面的优势。具体案例分析了如何通过控制流体侧的温度或流量，来动态调整另一侧的换热介质供给，以应对负荷的快速波动，确保出口温度的精准控制和换热面负荷的均匀分布。 --- 第三部分：设备长期可靠性与维护策略第七章：操作条件波动对设备寿命的影响分析设备的实际运行环境往往偏离理想设计工况。本章深入研究了操作条件（如超温、超压、快速启停循环）对设备结构完整性的累积损伤。分析了热冲击（Thermal Shock）和机械振动（尤其是管束振动）如何加速疲劳裂纹的萌生与扩展。本章提供了一套系统的风险评估框架，帮助管理者量化不同操作模式对设备剩余寿命的折减效应。第八章：非侵入式检测技术与健康状态评估在不影响生产的前提下评估设备内部状态是现代维护管理的核心。本章详细介绍了多种非侵入式检测技术，包括：超声波检测（UT）用于壁厚测量和内部缺陷定位；红外热成像（IR）用于识别局部换热不良区域；以及声发射（AE）技术用于监测压力容器内的早期裂纹扩展。重点讨论了如何将这些检测结果整合到设备健康管理（PHM）平台中，实现基于状态的维护决策。第九章：高效、安全的非化学性清洁与恢复技术虽然本书不专门讨论化学结垢，但系统性地提升设备换热性能往往需要周期性的清洁过程。本章重点介绍和比较了多种物理清洁技术，包括高压水射流清洗（Hydro-blasting）、超临界二氧化碳清洗、机械除污（如旋转刷或磨料射流）以及超声波辅助清洗。深入分析了每种方法的适用介质范围、对换热器几何结构（如小间距板式换热器）的适应性，以及如何选择清洁参数以最大化去除附着物，同时将对基材的机械损伤降至最低。 --- 第四部分：系统集成与未来趋势第十章：集成系统的热经济学分析本章将热交换过程置于整个工厂能源系统中进行考量。引入了热经济学（Pinch Analysis的高级应用）来识别系统的能量集成潜力，指导用户如何设计或改造换热网络以实现最大的能源回收和最低的运行成本。分析了不同热交换器网络布局对系统整体稳态和动态响应的影响。第十一章：数字化、智能化与未来维护展望展望了工业物联网（IIoT）、大数据分析在热交换系统管理中的应用前景。探讨了如何利用机器学习算法从海量历史运行数据中自动识别出非线性性能衰退模式。讨论了未来换热器设计中可能采用的自适应几何结构和智能流体控制的可能性，旨在构建一个自我优化、自我诊断的未来热交换系统。 --- 本书的价值在于提供了一个贯穿热交换系统“全生命周期”的综合工程视角，从最初的科学选型，到精确的实时控制，再到基于状态的预防性维护，全面提升工业热能系统的可靠性、效率和经济性。