การเกิดตะกรันในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนเป็นปัญหาสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน นำไปสู่การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น ต้นทุนการดำเนินงานที่สูงขึ้น และปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม แอปพลิเคชันนี้จะพาคุณสำรวจแง่มุมต่างๆ ของปัญหานี้อย่างละเอียด

การทำความเข้าใจนิยาม ประเภท กลไกการเกิด และผลกระทบของตะกรัน เป็นขั้นตอนสำคัญในการพัฒนากลยุทธ์การจัดการและบรรเทาปัญหา เพื่อนำไปสู่การประหยัดพลังงาน ลดต้นทุน และการดำเนินงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

ตะกรันในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนหมายถึงการสะสมตัวของวัสดุที่ไม่พึงประสงค์บนพื้นผิวถ่ายเทความร้อน วัสดุเหล่านี้มีความหลากหลายและสามารถจำแนกออกเป็นประเภทหลักๆ ได้ดังนี้:

ชั้นตะกรันที่พบในความเป็นจริงมักเป็นส่วนผสมของตะกรันหลายชนิด และกลไกการเกิดที่แตกต่างกันสามารถมีปฏิสัมพันธ์กันได้ ทำให้การคาดการณ์และบรรเทาผลกระทบมีความท้าทายมากขึ้น

การสูญเสียพลังงานจากตะกรันเกิดขึ้นผ่านกลไกหลักสองประการคือ ผลกระทบจากการเป็นฉนวนของชั้นตะกรัน และผลกระทบทางอุทกพลศาสตร์ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบแลกเปลี่ยนความร้อนลดลงและต้องใช้พลังงานมากขึ้น

1. ผลกระทบจากการเป็นฉนวน (Thermal Insulation Effect)

ชั้นตะกรันทำหน้าที่เหมือนฉนวนกันความร้อน ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน:

• การลดลงของสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนรวม (U-value): ตะกรันเพิ่มความต้านทานความร้อน ทำให้ค่า U ลดลง อุปกรณ์จึงถ่ายเทความร้อนได้น้อยลง
• สภาพนำความร้อนต่ำ: ตะกรันส่วนใหญ่มีสภาพนำความร้อนต่ำกว่าโลหะที่ใช้ทำอุปกรณ์หลายเท่าตัว แม้ชั้นตะกรันบางๆ ก็สร้างความต้านทานความร้อนมหาศาลได้ (เช่น ตะกรันหินปูนหนา 1 มม. อาจเพิ่มการใช้พลังงานเป็นสองเท่า)

 

 

แผนภูมิเปรียบเทียบสภาพนำความร้อนโดยประมาณของวัสดุและตะกรันประเภทต่างๆ

งานวิจัยและกรณีศึกษาจำนวนมากได้รายงานข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับการสูญเสียพลังงานเนื่องจากตะกรันในภาคอุตสาหกรรมต่างๆ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงขนาดของปัญหาที่ชัดเจน:

แผนภูมิแสดงตัวอย่างการสูญเสียพลังงาน/ประสิทธิภาพในภาคส่วนต่างๆ (ข้อมูลเป็นตัวอย่างเชิงเปรียบเทียบ)

ตัวอย่างผลกระทบในอุตสาหกรรมต่างๆ:

การสูญเสียพลังงานมีความแปรผันสูงขึ้นกับอุตสาหกรรม ประเภทตะกรัน และสภาวะการทำงาน การประเมินผลกระทบจึงต้องอาศัยการวิเคราะห์เฉพาะบริบท

ความรุนแรงของการเกิดตะกรันและการสูญเสียพลังงานที่เกี่ยวข้อง ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่ซับซ้อนหลายประการ สามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มหลัก:

หมายเหตุสำคัญ: ปัจจัยเหล่านี้ไม่ได้เป็นอิสระต่อกัน แต่มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างซับซ้อน การปรับปรุงปัจจัยหนึ่งอาจส่งผลกระทบต่อปัจจัยอื่นได้ เช่น การเพิ่มความเร็วการไหลอาจดีต่อการลดตะกรัน แต่ถ้าทำให้รูปแบบอุณหภูมิพื้นผิวเปลี่ยนไปอย่างมีนัยสำคัญ ผลสุทธิอาจต่างออกไป

การสูญเสียพลังงานจากตะกรันไม่ได้ส่งผลกระทบเพียงประสิทธิภาพ แต่ยังนำมาซึ่งภาระค่าใช้จ่ายทางเศรษฐกิจที่สำคัญ ทั้งทางตรงและทางอ้อม:

 

แผนภูมิแสดงตัวอย่างสัดส่วนต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับตะกรัน (ข้อมูลเป็นตัวอย่างเชิงเปรียบเทียบ)