ファウリング係数計算機は、熱伝達装置の表面に蓄積された不要な物質によって引き起こされる熱抵抗を定量化する重要なエンジニアリングツールです。この蓄積物はファウリングと呼ばれ、スケール、沈殿物、腐食生成物、生物学的物質などが含まれます。これらは絶縁層として機能し、熱交換器、凝縮器、ボイラーなどの装置の効率を著しく低下させます。この計算機は、装置の清浄な状態と現在の汚れた状態における性能を比較します。その結果、エンジニアは算出されたファウリング係数を用いて、清掃やメンテナンスのスケジュールを策定し、性能上の問題を診断し、新しい装置が長期にわたって効率的に稼働するように適切なサイズを決定します。
ファウリング係数計算機の計算式
ファウリング係数は、機器の汚れた状態（汚れた状態）と清浄な状態（汚れていない状態）の熱抵抗の差を求めることで算出されます。計算式は以下のとおりです。
ファウリング係数（Rf）=（1 / U）−（1 / Uc）
どこ：
- Rf = 汚染係数、熱抵抗の尺度 (m²·K/W または ft²·h·°F/Btu)。
- U = 使用中の機器の実際または汚れた全体の熱伝達係数 (W/m²·K または Btu/h·ft²·°F)。
- Uc = 機器が新品のとき、または洗浄したばかりのときに測定されたクリーンな全体の熱伝達係数。
設計における典型的なファウリング係数値
新しい熱交換器を設計する際には、エンジニアは将来の汚れを考慮する必要があります。この表は、管状熱交換器製造者協会（TEMA）などの団体が推奨する、様々な一般的な流体に対する標準的な設計汚れ係数を示しています。
| 流体タイプ | 典型的な汚損係数（Rf）（m²·K/W） |
| 海水 | 0.0001 - 0.0002 |
| 冷却塔水 | 0.0002 - 0.0004 |
| 水道水または井戸水 | 0.0002 - 0.0003 |
| 川の水 | 0.0003 - 0.0005 |
| スチーム（オイルフリー） | 0.0001 |
| 燃料油 | 0.0009 |
| 冷媒（液体） | 0.0002 |
ファウリング係数計算機の例
エンジニアが、川の水で石油を冷却するために使用されるシェルアンドチューブ熱交換器の性能を監視しています。
まず、エンジニアは機器の設計仕様と初期パフォーマンス データを調べます。
- クリーン熱伝達係数（Uc）： 新品時の熱交換器の係数は 2500 W/m²·K でした。
次に、6 か月の運用後に性能データを収集し、現在の熱伝達係数を計算します。
- 実際の熱伝達係数（U）： 電流係数は1600 W/m²·Kと測定されました。
ここで、エンジニアは式を使用して現在の汚れ係数を計算します。
ファウリング係数（Rf）=（1 / 1600）−（1 / 2500）
ファウリング係数（Rf）= 0.000625 − 0.000400 = 0.000225 m²·K/W
計算されたファウリング係数は0.000225 m²·K/Wです。これを河川水の一般的な設計値（0.0003～0.0005）と比較することで、エンジニアはファウリングが存在するものの、熱交換器の即時洗浄はまだ必要ではないと判断できます。
最も一般的な FAQ
ファウリングは熱の流れを阻害する断熱層として作用し、機器の熱性能を低下させます。これはエネルギー消費量の増加、生産率の低下、そして運用コストの増加につながります。また、管理が不十分な場合、深刻なファウリングは圧力損失を増大させ、機器の損傷につながる可能性があります。
エンジニアは、熱交換器を意図的に「ファウリングマージン」を加味して設計します。標準的なファウリング係数値（上記の表のような値）を計算に用いて、クリーンな運転に必要なサイズよりも大きな熱交換器を選択します。これにより、予測可能な量のファウリングが発生した後でも、機器が性能要件を満たし続けることが保証されます。
汚れの主な種類は何ですか?
汚れは一般的に、スケーリング（炭酸カルシウムなどの硬いミネラル塩の沈殿）、腐食汚れ（錆やその他の腐食生成物の蓄積）、生物学的汚れ（藻類、スライム、バクテリアの増殖）、粒子状汚れ（堆積物、シルト、砂の蓄積）など、いくつかの種類に分類されます。