Статті

Сучасний стан технологічних процесів очистки теплообмінників: перспективи й напрями досліджень

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №1 2026

Останнє оновлення: 27 лютого 2026

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1273

Authors:

О. Д. Ніколаєв*, orcid.org/0000-0003-0163-0891, Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Ю. О. Жулай, orcid.org/0000-0001-7477-2028, Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

А. Ю. Лисенко, orcid.org/0009-0000-3816-8392, ТОВ «Компанія Імпорт Трейд», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2026, (1): 076 - 083

https://doi.org/10.33271/nvngu/2026-1/076

Abstract:

Пластинчасті й кожухотрубчасті теплообмінники широко використовуються в хімічній, харчовій промисловості, а також в атомній і тепловій енергетиці. Фізичні й хімічні процеси, такі як седиментація, кристалізація, хімічні реакції, корозія, біонаростання, що мають місце в теплообмінниках, знижують швидкість теплопередачі. Утворення твердих відкладень і засмічення їхніх внутрішніх трубок є надзвичайно критичним фактором для промислового виробництва, що може призводити до безпрецедентних фінансових збитків.

Мета. Визначення найбільш перспективних напрямів розробки методів очищення кожухотрубних теплообмінників для атомних, теплових електростанцій та інших промислових застосувань на основі визначення сучасного стану технологічних процесів із високопродуктивного очищення забруднених теплообмінників.

Методика. Заснована на вивченні теоретичних і експериментальних даних, отриманих при розробці методів очищення внутрішніх поверхонь теплообмінників, і представлених у джерелах науково-технічної інформації.

Результати. Представлені за допомогою порівняння сутності технологічних процесів та ефективності методів очищення внутрішніх поверхонь теплообмінників, а також оцінок впливу деяких покриттів для збільшення термінів експлуатації внутрішніх трубопроводів.

Наукова новизна. Проведений аналіз методів очищення внутрішніх поверхонь теплообмінників, а також впливу покриттів для збільшення строків експлуатації внутрішніх трубопроводів, дозволив:

- виявити прогресивні технології очищення забруднених теплообмінників, що використовуються в енергетиці й різних галузях промисловості;

- установити методи визначення ефективності нових і тих, що вже зарекомендували себе технологій, наприклад, ультразвукових коливань рідини, що очищає;

- узагальнити оцінки ступеня впливу різних процесів (хімічних і вібраційних) на якість очищення поверхні труб теплообмінників.

Практична значимість. Порівняльний аналіз ефективності потенційних наукових напрямів по вдосконаленню методів очищення теплообмінників дозволяє вибрати найбільш перспективні з них для рішення практичних завдань зі вдосконалення технологій очищення конкретних конструкцій теплообмінників.

Ключові слова: кожухотрубчастий теплообмінник, очищення поверхні трубопроводів, швидкість теплопередачі, кавітаційні коливання

References.

1.  Elmardi, O., & Khayal, S. (2018). Fundamentals of heat exchangers. International journal of research in computer applications and robotics, 6(12), 1-11. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.12166.42563

2. Wegener, E. (2013). Planning a heat exchanger – a holistic task solution up to the repair of a tube bundle heat exchanger. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN: 978-3-527-33304-2.

3. Patel, A. (2023). Heat Exchangers in Industrial Applications: Efficiency and Optimization Strategies. International journal of engineering research & technology (IJERT), 12(09), (September 2023), 1-9. https://doi.org/10.17577/IJERTV12IS090003

4. Kastner, H. (2021). Featured Story – Field report: cleaning of shell & tube heat exchangers. Heat Exchanger World Publisher. Retrieved from https://heat-exchanger-world.com/featured-story-field-report-cleaning-of-shell-tube-heat-exchangers/

5. Mrinal Das (2023). Fouling: A major challenge for heat exchangers in chemical process industries. Heat Exchanger World Publisher. Retrieved from https://heat-exchanger-world.com/fouling-a-major-challenge-for-heat-exchangers-in-chemical-process-industries/

6. Alvarez, N., Daufin, G., & Gésan-Guiziou, G. (2010). Recommendations for rationalizing cleaning-in-place in the dairy industry: Case study of an ultra-high temperature heat exchanger. International Journal of Dairy Science, 93(2), 808-821.  https://doi.org/10.3168/jds.2009-2760

7. Chen, B., Callens, D., Campistron, P., Moulin, E., Debreyne, P., & Delaplace, G. (2019). Monitoring cleaning cycles of fouled ducts using ultrasonic coda wave interferometry (CWI). Ultrasonics, 96, 253-260. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2018.12.011

8. Mustafa, S., Taha, M., Zatout, A., Sedahmed G., & El-Gayar, D. (2021). Mass transfer at the outer surface of a spiral tube heat exchanger in a stirred tank reactor and possible applications. Chemical Engineering Research and Design, 165, 426-434.  https://doi.org/10.1016/j.cherd.2020.11.023

9. Gonzalez, D., Tjandraatmadja, G., Barry, K., Vanderzalm, J., Kaksonen, A., Dillon, P., Puzon, G., …, & Low, J. (2016). Biofouling potential and material reactivity in a simulated water distribution network supplied with stormwater recycled via managed aquifer recharge. Water Research, 105(15), 110-118. https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.08.066

10.      Yan, J., Wright, W. M. D., O’Mahony, A. J., Roos, Y., Cuijpers, E., & van Ruth, S. M. (2019). A sound approach: Exploring a rapid and non-destructive ultrasonic pulse echo system for vegetable oils characterization. Food Research International, 125, 108552.  https://doi.org/10.1016/j.foodres.2019.108552

11.      Legaya, M., Le Persond, S., Gondrexona, N., Boldod, P., & Bontemps, A. (2012). Performances of two heat exchangers assisted by ultrasound. Applied Thermal Engineering, 37, 60-66.  https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.12.051

12.      Klaren, D. G., & de Boer, E. F. (2012). Self-Cleaning Fluidized Bed Heat Exchangers for Severely Fouling Liquids and their Impact on Process Design. In J. Mitrovic (Ed.). Heat Exchangers ‒ Basic Design Applications. Retrieved from http://www.intechopen.com/books/heatexchangers-basics-design-applications

13.      Kieser, B., Goode, A., & Philion, R. (2019). From practice-to-theory-to-practice: advances in the cleaning of heat exchangers using ultrasound. Retrieved from https://www.researchgate.net/profile/Byron-Kieser-2/publication/336220952

14.      Rädler, G. (2022). Wärmetauscher instand halten: So durchbrechen Sie den Energie-Teufelskreis. Anlagenbau: Wärmetauscher instand halten: So durchbrechen Sie den Energie-Teufelskreis [Maintaining heat exchangers: How to break the energy vicious circle. Plant engineering: Maintaining heat exchangers: How to break the energy vicious circle]. Retrieved from https://www.process.vogel.de/waermetauscher-instand-halten-so-durchbrechen-sie-den-energie-teufelskreis-a-bf5b5386bd64ba5ceaaaa9df2b5d0ab4/

15.      Kastner, H. J. (2018). Saving added shell and tube heat exchangers with economical effort and little ecological consequences. ISBN 978-3-7011-8085-1.

16.      Tayekenova, A. T., Akurpekova, A. K., & Tastemirova, A. T. (2023). Cleaning the heat exchanger pipes from salt deposit. Practice of Anticorrosive Protection, 28(1), 29-42. https://doi.org/10.31615/j.corros.prot.2023.107.1-4

17.      Olczak, P., Kowalski, Z., Kulczycka, J., & Agnieszka, M. (2020). Eco-innovative method of cleaning heat exchangers from boiler scale. Management and Production Engineering Review, 11(1), 23-30. https://doi.org/10.24425/mper.2020.132940

18.      James, L. (September 24, 2024). Hydroblasting: Techniques, Applications, Benefits, Hazards & Controls. Retrieved from https://hsenation.com/blog/hydroblasting-techniques-applications-benefits-hazards-controls/#what-is-hydroblasting

19.      Chauke, N., Munonde, T., & Mketo, N. (2025). A critical review of the anti-biofouling properties of biogenic-based silver nanoparticles (AgNPs) embedded on polymer membranes for wastewater treatment. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 149(25), 209-232. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2025.02.012

20.      Kohli, R. (2019). Applications of Solid Carbon Dioxide (Dry Ice) Pellet Blasting for Removal of Surface Contaminants. Developments in Surface Contamination and Cleaning: Applications of Cleaning Techniques, 11, 117-169. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815577-6.00004-9

21.      Pylypenko, O. V., & Dovgotko, N. I. (2015). Viktor Vasilyevich Pilipenko is an outstanding scientist in the field of mechanics. Technical mechanics, 4, 3-22.

22.      CPR ‒ heat exchanger cleaning technology (2025). Retrieved from https://imp-trade.com/cpr-en

23.      Nikolayev, O., Zhulay, Yu., Kvasha, Yu, & Dzoz, N. (2020). Evaluation of the vibration accelerations of drill bit for the well rotative-vibration drilling using the cavitation hydrovibrator. International Journal of Mining and Mineral Engineering, 11(2), 102-120. https://doi.org/10.1504/ijmme.2020.108643

24.      Kapustenko, P., JiЕ ­ Kleme, J., & Arsenyeva, O. (2023). Plate heat exchangers fouling mitigation effects in heating of water solutions: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 179, 113283.  https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113283

25.      Nicoletti, C., Delfin, F., & Forsich, C. (2023). Barrier Properties Improvement of Biopolymers by Means of Bipolar Pulsed DC PACVD Coatings. 66 ^th Society of Vacuum Coaters Annual Technical Conference. https://doi.org/10.14332/svc23.proc.0044

26.      Liu, Z., Hongtao Wang, H., Wang, Y., Tian, L., Li, H., Liu, W., He, P., Liu, H., & Li, R. (2023). Comparative study on the annealing of cold-sprayed boron nitride nanosheet/copper coating using spark plasma sintering and atmosphere furnace. Surface and Coatings Technology, 453, 129041. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.129041

27.      Augustin, W., & Bialuch, I. (2016). Verbesserung des Fouling – und Reinigungs-verhaltens wärmeübertragender Flächen durch optimierte Oberflächenbeschichtung (Fortsetzungsantrag). [Improvement of fouling and cleaning behavior of heat transfer surfaces through optimized surface coating (continuation application)]. Retrieved from https://www.efds.org/wp-content/uploads/2016/05/IGF-06-01-Schlussbericht.pdf

28.      Anwajler, B. (2024). Potential of 3D Printing for Heat Exchanger Heat Transfer Optimization – Sustainability Perspective. Inventions, 9(3), 60. https://doi.org/10.3390/inventions9030060

29.      Peruchi da Silva, R. P., Muneeshwaran, M., Krishnan, E. N., Li, X., Nawaz, K., & Kim, H. J. (2025). Advances in high-pressure and high-temperature heat exchangers: Innovations via additive manufacturing and their applications. Thermal Science and Engineering Progress, 65, 2025. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2025.103844

30.      Ford, S., & Despeisse, M. (2016). Additive manufacturing and sustainability: An exploratory study of the advantages and challenges. Journal of Cleaner Production, 137, 1573-1587. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.04.150

31.      Cheng, Z., Li, X., Xu, R., & Jiang, P. (2021). Investigations on porous media customized by triply periodic minimal surface: Heat transfer correlations and strength performance. International Communications in Heat and Mass Transfer, 129, 105713. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105713

32.      Khalil, M., Hassan Ali, M. I., Khan, K. A., & Abu Al-Rub, R. (2022). Forced convection heat transfer in heat sinks with topologies based on triply periodic minimal surfaces. Case Studies in Thermal Engineering, 38, 102313.

• < Попередня
• Наступна >