总传热系数的合理确定是保证蒸发结晶装置达到设计能力的关键，在本公众号文章《蒸发结晶换热器选择与传热面积计算》中说明了总传热系数计算过程较为复杂，通常采用经验数值，虽然经验数值便于使用，但范围较大。一些蒸发结晶装置制造商或EPC单位将总传热系数取值过高，以节约设备投资成本，导致运行中蒸发量不足。本文分享总传热系数的简捷计算方法，供水处理人士参考。在蒸发结晶过程中，传热方式包括对流与传导两种，传热过程涉及4~5步：（1）热流体（蒸汽）把热能以对流方式传递给加热管外壁的液膜；（2）外壁垢层通过热传导将热量传递到管外璧；（3）由管外壁经传导方式传至管内壁；（4）管内壁经传导方式通过垢层而传至料液滞流边界层外侧，（5）再以传导方式通过边界层而到达边界层内侧，从而热量到达冷流体（物料），如下图所示。
因此，由蒸汽传热至管内料液有五项热阻：（1）蒸汽的冷凝给热阻力；（2）管外垢层的传热阻力；（3）管壁的传导阻力；（4）管内垢层的传导阻力；（5）由管内垢层至料液的对流给热阻力。根据这五项热阻，可以得到总传热系数的计算式如下。
式中：K为总传热系数，kcal/(m2·℃)；α1为蒸汽冷凝给热系数，kcal/(m2·℃)；δ1/λ1为铁锈热阻，kcal/(m2·℃)；δS/λS为污垢热阻，kcal/(m2·℃)；δ2/λ2为管壁热阻，kcal/(m2·℃)；α2为料液对流给热系数，kcal/(m2·℃)。式中：A1、A2为常数，其与蒸汽冷凝温度有关，可按下表选取；L为换热器的换热管长度，m；Δt为蒸汽冷凝的温差，℃。通常可假设在运行过程中，管壁会产生0.1~0.2 mm的铁锈，此时的铁锈热阻为δ1/λ1=0.0001~0.0002 kcal/(m2·℃)。通常假设在运行过程中，管壁会产生0.5 mm的污垢。计算污垢热阻要判断水中可能发生的结垢物质，不同物质结垢，污垢热阻不同，可按下表选取。管壁热阻是管壁厚度δ与材料导热系数λ的比值，壁厚是已知数据，蒸发结晶系统常用材料的导热系数可按下表选取。例如，换热管材质为TA1、管壁厚0.7 mm，则管壁热阻为0.0007÷15=0.000047 kcal/(m2·℃)。式中：B为系数，与水温有关，可按下表选取；γ为进水的密度，kg/m³；W为水在换热管内的流速，m/s；d为换热管内径，m。总传热系数是蒸发结晶装置设计中尤为重要的参数，其直接影响到运行过程中的处理能力，一些蒸发结晶装置制造商或EPC单位按照经验取值的缺点在于：（1）不同项目中换热器的几何寸尺不同，如计算蒸汽冷凝给热系数中的换热管长度不同L；（2）没有结合具体水质判断污垢组成；（3）换热管材质不同，其导热系数不同；（4）不同项目中的设计水温不同。综合4项缺点，随意选取经验值将可能造成误差过大，而上述简捷计算方法考虑了不同项目的不同因素，计算的总传热系数将比经验值更为准确。
