Кратко — перечислю причины накопления накипи, как это влияет на теплопередачу и гидравлику, и какие инженерные меры уменьшают потери эффективности.

Причины и факторы, от которых зависит скорость накопления (fouling)

химия рабочей среды: растворённые соли (кальциевые карбонаты/сульфаты), соли кремния, органика, кислород, ионы металлов; уровень pH и солёность; растворимость и насыщение; наличие коллоидов и частиц; коррозионные продукты. температура и её профиль (риск выпадения осадка при повышении/понижении температуры). гидродинамика: скорость потока, режим течения (ламинарный/турбулентный), местные застойные зоны, градиенты скорости. (Рейнольдс: (Re=\dfrac{\rho v D}{\mu})). поверхностные свойства: шероховатость, материал, адгезионная способность биоплёнок/солей. наличие биологической активности (биофаулинг) и время пребывания (время экспозиции). загрязнение и питание (концентрация твёрдых частиц, органики).

Как это влияет на теплопередачу и гидравлические потери

теплопередача: накипь вводит дополнительное тепловое сопротивление (R_f). При добавлении в суммарные сопротивления:
[
\frac{1}{U}=\frac{1}{h_i}+R_w+\frac{1}{h_o}+Rf,
]
где (U) — общий коэффициент теплоотдачи. Мощность теплопередачи
[
Q=U A \Delta T{lm}.
]
Следовательно рост (R_f) → уменьшение (U) и прямое снижение (Q). Отношение новых и исходных коэффициентов:
[
\frac{U}{U_0}=\frac{1}{1+R_f U_0}.
]гидравлические потери: накипь уменьшает гидравлический диаметр и увеличивает шероховатость → возрастает коэффициент трения (f) и перепад давления по Дарси–Вайсбаха
[
\Delta p=f\frac{L}{D}\frac{\rho v^2}{2}.
]
Кроме того, при сокращении проходного сечения (v) увеличивается, что дополнительно повышает (\Delta p). Итог: повышенные затраты на прокачку, риск локального перегрева/кавитации.

Типовые модели роста накипи

простой экспоненциальный: (Rf(t)=R{f,\infty}(1-e^{-t/\tau})) или линейный на начальной стадии: (R_f=k\ t).
(модель выбирают по природе процесса и данным).

Инженерные решения для уменьшения потерь эффективности

1) Режимы работы и гидродинамика

поддерживать турбулентный режим на трубной стороне: целевой диапазон (Re) обычно (>!10^4) (по применению); турбулентность снижает отложение. увеличить скорость/сдвиговую силу у стенки (но учитывать рост (\Delta p) и потребления энергии). избегать застойных зон (правильная конфигурация перегородок/баффлов), оптимизировать шаг баффлов ((\sim 0.2\text{–}0.5\,D_{shell}) как эмпирический ориентир). периодическая промывка/обратная промывка, пульсирующий/обратный поток, циклы высокоскоростной промывки.

2) Химия и подготовка воды

предварительная очистка: механическая фильтрация, коагуляция/флокуляция, умягчение (ионный обмен), осадительные установки, мембранная фильтрация (ультра/наоборот), дегазация (удаление O2). противонакипные реагенты: антискейланты, ингибиторы кристаллизации, дисперсанты; дозирование по концентрации/температуре. коррозионные ингибиторы, кислородосвязывающие вещества (скэвенджеры), биоциды при риске биофаулинга. периодическая химическая очистка (CIP): кислоты (HCl, HNO3) для карбонат/оксидных отложений, щёлочи/детергенты для органики, комплексо-образователи (EDTA, кислоты) — с контролем материалов и безопасности.

3) Конструкционные и поверхностные решения

выбор материалов с низкой адгезией или высокой коррозионной стойкостью (нержавеющие стали, специальные сплавы, покрытия). гладкая внутренняя поверхность, полировки или покрытия (эпоксиды, PTFE) для уменьшения прилипания. использование усилённых (труб с ребрами, протекторы) поверхностей, которые поднимают тепло- и масообмен и создают самоочищающий сдвиг; учесть, что они могут быстрее загрязняться при частицах. оптимизация трубного пучка и баффлов для равномерного распределения потока и минимизации мёртвых зон. конструкция для механической очистки: съемный пучок, возможность механической чистки щётками/скребками, заглушки для CIP и промывки, люки для доступа. применение антифouling-покрытий/биоцидных слоёв при биофаулинге.

4) Мониторинг и эксплуатация

постоянный мониторинг перепада температур (ΔT) и давления для раннего обнаружения фоулинга; автоматическое управление дозированием реагентов и режимами промывки. плановая профилактическая очистка по трендам, а не только при потере производительности.

Баланс и выбор мер

всегда нужен компромисс: повышение скорости уменьшает фоулинг, но увеличивает энергопотребление; активная химия решает масштабирование, но требует контроля коррозии и выбросов; сложные поверхности улучшают теплообмен, но усложняют чистку. Лучший подход — системный: подготовка воды + конструкция, рассчитанная на очищаемость, автоматический мониторинг и комбинированная химико-механическая стратегия чистки.

Если нужно, могу дать пример расчёта влияния заданного значения (R_f) на (U) и (Q) для ваших входных данных.