एल्युमीनियम कांस्य जो दशकों से समुद्री जल की सेवा कर रहा है
एल्युमीनियम कांस्य एक तांबा आधारित मिश्र धातु है जिसमें 5-11% एल्युमीनियम होता है, जिसमें लोहा, निकल और मैंगनीज भी मिलाया जाता है। मिश्र धातु एक सुरक्षात्मक एल्यूमीनियम ऑक्साइड फिल्म बनाती है जो समुद्री जल के क्षरण का प्रतिरोध करती है, और क्षतिग्रस्त होने पर फिल्म स्वयं ठीक हो जाती है। स्वच्छ समुद्री जल में संक्षारण दर आम तौर पर प्रति वर्ष 0.025 मिमी से कम होती है, जो एक सामान्य ट्यूब दीवार की मोटाई के लिए 20-30 वर्षों का सेवा जीवन प्रदान करती है।
एल्यूमीनियम कांस्य का उपयोग समुद्री जल हीट एक्सचेंजर्स में किया जाता है क्योंकि यह उच्च तापीय चालकता और मध्यम लागत के साथ पर्याप्त संक्षारण प्रतिरोध को जोड़ता है। तापीय चालकता लगभग 60 W/m·K है, जो PTFE से लगभग 240 गुना अधिक है। उच्च चालकता का मतलब है कि एल्यूमीनियम कांस्य हीट एक्सचेंजर्स कॉम्पैक्ट और अपेक्षाकृत सस्ते हैं।
एल्यूमीनियम कांस्य की सीमा उच्च प्रवाह वेग पर क्षरण और प्रदूषित समुद्री जल में सल्फाइड हमले के प्रति इसकी संवेदनशीलता है। समुद्री जल सेवा के लिए क्षरण {{2}संक्षारण सीमा आम तौर पर 1.5-2.5 मीटर/सेकेंड है, जिसके ऊपर सुरक्षात्मक फिल्म यांत्रिक रूप से हटा दी जाती है और संक्षारण दर तेजी से बढ़ जाती है। सल्फाइड हमला तब होता है जब समुद्री जल में हाइड्रोजन सल्फाइड होता है, जो प्रदूषित बंदरगाहों और मुहल्लों में आम है। सल्फाइड मिश्रधातु में मौजूद तांबे के साथ प्रतिक्रिया करता है और कॉपर सल्फाइड बनाता है, जो सुरक्षात्मक नहीं है।
पीटीएफई जो संक्षारण तंत्र को खत्म करता है
पीटीएफई अपनी सेवा सीमा के भीतर सभी सांद्रता और तापमान पर समुद्री जल के प्रति प्रतिरोधी है। सामग्री का क्षरण नहीं होता है, और सेवा जीवन रासायनिक हमले के बजाय यांत्रिक कारकों द्वारा निर्धारित होता है। पीटीएफई उच्च प्रवाह वेग पर क्षरण {{2}जंग के प्रति संवेदनशील नहीं है, और इस पर सल्फाइड या क्लोराइड द्वारा हमला नहीं किया जाता है।
संक्षारण तंत्र का उन्मूलन प्राथमिक कारण है कि पीटीएफई को समुद्री जल सेवा के लिए निर्दिष्ट किया गया है जहां एल्यूमीनियम कांस्य विफल हो जाएगा। पीटीएफई इकाई में क्षरण या सल्फाइड हमला विकसित नहीं होता है जो एल्यूमीनियम कांस्य सेवा जीवन को सीमित करता है, और गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन सेवा जीवन के दौरान स्थिर रहता है।
थर्मल कंडक्टिविटी गैप
एल्यूमीनियम कांस्य की तापीय चालकता लगभग 60 W/m·K है, जबकि PTFE के लिए 0.25 W/m·K है। अनुपात लगभग 240:1 है।
30 डिग्री पर समुद्री जल में 100 किलोवाट को अस्वीकार करने वाले हीट एक्सचेंजर के लिए, एक एल्यूमीनियम कांस्य इकाई को लगभग 5 वर्ग मीटर सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, जो 1,000 W/m²·K के समग्र ताप हस्तांतरण गुणांक और 20 डिग्री के लॉग औसत तापमान अंतर पर आधारित है। समान ड्यूटी के लिए एक PTFE इकाई को 200 W/m·K के समग्र गुणांक और समान तापमान अंतर के आधार पर लगभग 25 वर्ग मीटर सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है।
पीटीएफई इकाई एल्यूमीनियम कांस्य इकाई से 5 गुना बड़ी है। बड़े आकार से पूंजीगत लागत, फर्श की जगह और तरल पदार्थ की मात्रा बढ़ जाती है। कम ऊष्मा प्रवाह ट्यूब की दीवार के तापमान को कम कर देता है, जो प्रक्रिया के लिए फायदेमंद है, लेकिन बड़ा सतह क्षेत्र जमाव के लिए अधिक सतह भी प्रदान करता है और सफाई के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है।
एल्युमीनियम कांस्य की क्षरण-संक्षारण सीमा
क्षरण {{0}संक्षारण सीमा प्रवाह वेग है जिसके ऊपर एल्यूमीनियम कांस्य पर सुरक्षात्मक फिल्म यांत्रिक रूप से हटा दी जाती है और संक्षारण दर तेजी से बढ़ जाती है। सीमा मिश्र धातु संरचना, समुद्री जल रसायन और ट्यूब ज्यामिति पर निर्भर करती है।
स्वच्छ समुद्री जल में मानक एल्यूमीनियम कांस्य के लिए, क्षरण सीमा आम तौर पर 1.5-2.5 मीटर/सेकेंड होती है। इस वेग से ऊपर, संक्षारण दर पांच से दस गुना तक बढ़ सकती है, और सेवा जीवन 20-30 साल से घटकर 3-5 साल हो जाता है।
एल्युमीनियम ब्रॉन्ज़ हीट एक्सचेंजर्स के लिए क्षरण {{0}संक्षारण सीमा एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन पैरामीटर है। ट्यूब के पार्श्व वेग को सीमा से नीचे बनाए रखा जाना चाहिए, जिसके लिए बड़े ट्यूब व्यास या कम प्रवाह दर की आवश्यकता हो सकती है। बड़े ट्यूब व्यास से हीट एक्सचेंजर का आकार और पूंजीगत लागत बढ़ जाती है।
उसी अर्थ में पीटीएफई में क्षरण सीमा नहीं होती है। सामग्री सुरक्षात्मक फिल्म को यांत्रिक रूप से हटाने के लिए अतिसंवेदनशील नहीं है क्योंकि इसमें कोई सुरक्षात्मक फिल्म नहीं है। पीटीएफई हीट एक्सचेंजर क्षरण के जोखिम के बिना उच्च प्रवाह वेग पर काम कर सकता है -जंग, जो डिजाइन में अधिक लचीलापन प्रदान करता है।
एल्युमीनियम कांस्य पर सल्फाइड का हमला
सल्फाइड का हमला तब होता है जब समुद्री जल में हाइड्रोजन सल्फाइड होता है, जो प्रदूषित बंदरगाहों, मुहल्लों और औद्योगिक निर्वहन क्षेत्रों में आम है। सल्फाइड एल्यूमीनियम कांस्य में तांबे के साथ प्रतिक्रिया करता है और कॉपर सल्फाइड बनाता है, जो सुरक्षात्मक नहीं है। संक्षारण दर तेजी से बढ़ जाती है, और सेवा जीवन 20-30 वर्ष से घटकर 1-3 वर्ष हो जाता है।
सल्फाइड हमला एक स्थानीय घटना है जो ट्यूब के सिरों पर और ट्यूब {{0} से {{1} ट्यूब शीट जोड़ों पर शुरू होती है, जहां प्रवाह वेग कम होता है और सल्फाइड सांद्रता अधिक होती है। यह हमला गड्ढे के रूप में प्रकट होता है, जो ट्यूब की दीवार में घुस जाता है और रिसाव का कारण बनता है।
पीटीएफई पर सल्फाइड द्वारा हमला नहीं किया जाता है। सामग्री अपनी सेवा सीमा के भीतर सभी सांद्रता और तापमान पर हाइड्रोजन सल्फाइड के प्रति प्रतिरोधी है। यह एक प्राथमिक कारण है कि पीटीएफई को प्रदूषित बंदरगाहों और मुहल्लों में समुद्री जल सेवा के लिए निर्दिष्ट किया गया है।
समुद्री जल ताप विनिमय में दो सामग्रियों की तुलना करना
निम्नलिखित तालिका स्वच्छ समुद्री जल और 1.5 मीटर/सेकेंड के प्रवाह वेग के साथ 30 डिग्री पर समुद्री जल हीट एक्सचेंज सेवा में पीटीएफई और एल्यूमीनियम कांस्य हीट एक्सचेंजर्स के प्रदर्शन और लागत विशेषताओं का सारांश देती है।
| विशेषता | एल्यूमीनियम कांस्य हीट एक्सचेंजर | पीटीएफई हीट एक्सचेंजर | फ़ायदा |
|---|---|---|---|
| ऊष्मीय चालकता | 60 W/m·K | 0.25 W/m·K | अल्युमीनियम कांस्य |
| कुल मिलाकर गर्मी हस्तांतरण गुणांक | 1,000 W/m²·K | 200 W/m²·K | अल्युमीनियम कांस्य |
| 100 किलोवाट के लिए आवश्यक सतह क्षेत्र | 5 m² | 25 m² | अल्युमीनियम कांस्य |
| समुद्री जल को साफ करने के लिए रासायनिक प्रतिरोध | उत्कृष्ट | उत्कृष्ट | बराबर |
| सल्फाइड-दूषित समुद्री जल के प्रति रासायनिक प्रतिरोध | गरीब | उत्कृष्ट | पीटीएफई |
| क्षरण-संक्षारण सीमा | 1.5–2.5 m/s | कोई नहीं | पीटीएफई |
| अधिकतम परिचालन तापमान | 200 डिग्री | 260 डिग्री | पीटीएफई |
| यांत्रिक शक्ति | उच्च | मध्यम | अल्युमीनियम कांस्य |
| थर्मल शॉक प्रतिरोध | मध्यम | उच्च | पीटीएफई |
| मरम्मत योग्यता | सीमित | अच्छा | पीटीएफई |
| स्वच्छ समुद्री जल में सेवा जीवन | 20-30 वर्ष | 15-20 वर्ष | अल्युमीनियम कांस्य |
| सल्फाइड{{0}दूषित समुद्री जल में सेवा जीवन | 1-3 वर्ष | 15-20 वर्ष | पीटीएफई |
| 100 किलोवाट ड्यूटी के लिए पूंजीगत लागत | $45,000 | $52,000 | अल्युमीनियम कांस्य |
| स्थापना लागत | $6,000 | $5,000 | पीटीएफई |
| वार्षिक रखरखाव लागत | $2,000 | $3,000 | अल्युमीनियम कांस्य |
| पाँच-वर्ष की कुल लागत (स्वच्छ समुद्री जल) | $91,000 | $92,000 | बराबर |
| पांच-वर्ष की कुल लागत (सल्फाइड-दूषित) | $180,000 | $92,000 | पीटीएफई |
पांच - वर्षों की कुल लागत का मूल्य $600 प्रति घंटे का उत्पादन मूल्य मानता है और इसमें पूंजीगत लागत, स्थापना लागत और पांच वर्षों में रखरखाव लागत शामिल है। सल्फाइड -दूषित मामले में एल्यूमीनियम कांस्य इकाई के लिए पांच वर्षों में एक हीट एक्सचेंजर प्रतिस्थापन शामिल है।
जब एल्यूमिनियम कांस्य बेहतर विकल्प है
कई विशिष्ट अनुप्रयोगों में एल्युमीनियम कांस्य बेहतर विकल्प है।
स्वच्छ समुद्री जल सेवा.जब समुद्री जल साफ होता है और प्रवाह वेग क्षरण सीमा से नीचे होता है, तो एल्यूमीनियम कांस्य कम पूंजी लागत पर उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदान करता है।
कम -वेग सेवा.जब प्रवाह वेग 1.5 मीटर/सेकेंड से कम होता है, तो क्षरण का जोखिम कम होता है, और एल्यूमीनियम कांस्य बेहतर विकल्प होता है।
स्थान -प्रतिबंधित स्थापनाएँ।जब उपलब्ध स्थान गंभीर रूप से सीमित हो, तो छोटी एल्यूमीनियम कांस्य इकाई ही एकमात्र व्यवहार्य विकल्प हो सकती है। पीटीएफई इकाई को सतह क्षेत्र से 5 गुना की आवश्यकता होगी, जो उपलब्ध स्थान में फिट नहीं हो सकता है।
उच्च-दबाव वाली सेवा.एल्यूमीनियम कांस्य में पीटीएफई की तुलना में अधिक यांत्रिक शक्ति होती है और यह उच्च दबाव का सामना कर सकता है। 10 बार से ऊपर के दबाव पर समुद्री जल सेवा के लिए, एल्यूमीनियम कांस्य एकमात्र व्यवहार्य विकल्प हो सकता है।
जब पीटीएफई बेहतर विकल्प है
कई विशिष्ट अनुप्रयोगों में PTFE बेहतर विकल्प है।
सल्फाइड-दूषित समुद्री जल।पीटीएफई सल्फाइड के प्रति प्रतिरोधी है, जबकि एल्यूमीनियम कांस्य पर हमला होता है। प्रदूषित बंदरगाहों और मुहल्लों में समुद्री जल सेवा के लिए, पीटीएफई बेहतर विकल्प है।
उच्च-वेग सेवा.पीटीएफई में क्षरण सीमा नहीं होती है, जो इसे उच्च प्रवाह वेग पर सेवा के लिए उपयुक्त बनाती है।
थर्मल साइक्लिंग सेवा।पीटीएफई में एल्यूमीनियम कांस्य की तुलना में अधिक थर्मल शॉक प्रतिरोध होता है, जो इसे लगातार तापमान परिवर्तन के साथ सेवा के लिए उपयुक्त बनाता है।
मरम्मत योग्य सेवा.पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स की मरम्मत एक योग्य तकनीशियन द्वारा साइट पर की जा सकती है, जिससे डाउनटाइम और उत्पादन हानि कम हो जाती है।
दूषित समुद्री जल में लंबे समय तक सेवा जीवन की आवश्यकता।जब समुद्री जल दूषित होता है और हीट एक्सचेंजर की सेवा जीवन 10 साल या उससे अधिक होने की उम्मीद होती है, तो पीटीएफई बेहतर विकल्प है क्योंकि यह लंबी अवधि तक रासायनिक हमले का प्रतिरोध करता है।
डिज़ाइन सुविधाएँ जो सेवा जीवन को बढ़ाती हैं
कई डिज़ाइन सुविधाएँ समुद्री जल सेवा में पीटीएफई और एल्यूमीनियम कांस्य हीट एक्सचेंजर्स दोनों की सेवा जीवन का विस्तार करती हैं।
प्रवाह वेग नियंत्रण.प्रवाह वेग को क्षरण सीमा से नीचे बनाए रखने से एल्यूमीनियम कांस्य की संक्षारण दर कम हो जाती है।
सल्फाइड निगरानी.समुद्री जल में सल्फाइड सांद्रता की निगरानी करने से ऑपरेटर को एक अलग शीतलन स्रोत पर स्विच करने की अनुमति मिलती है यदि सल्फाइड सांद्रता सीमा से ऊपर बढ़ जाती है।
कैथोडिक सुरक्षा.बलि एनोड या एक प्रभावित वर्तमान कैथोडिक सुरक्षा प्रणाली एल्यूमीनियम कांस्य की संक्षारण दर को कम कर सकती है।
-में सफाई के प्रावधान रखें।सफाई समाधान की आपूर्ति और वापसी के लिए कनेक्शन हीट एक्सचेंजर को बिना अलग किए साफ करने की अनुमति देते हैं, जिससे डाउनटाइम और उत्पादन हानि कम हो जाती है।
तापमान की निगरानी.हीट एक्सचेंजर इनलेट और आउटलेट पर तापमान सेंसर गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन की निगरानी करने की अनुमति देते हैं, जो गंदगी या गिरावट का शीघ्र पता लगाने की अनुमति देता है।
समुद्री जल हीट एक्सचेंज के लिए विशिष्टता पैरामीटर
समुद्री जल ताप विनिमय के लिए पीटीएफई और एल्यूमीनियम कांस्य हीट एक्सचेंजर्स का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता के साथ निम्नलिखित मापदंडों की पुष्टि करनी चाहिए।
समुद्री जल रसायन.क्लोराइड सांद्रता, सल्फाइड सांद्रता और किसी भी अन्य संदूषक को निर्दिष्ट करें।
परिचालन तापमान।अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान और अपेक्षित तापमान प्रोफ़ाइल निर्दिष्ट करें।
प्रवाह वेग.एल्युमीनियम कांस्य के लिए अधिकतम प्रवाह वेग और क्षरण {{0}संक्षारण सीमा निर्दिष्ट करें।
परिचालन दाब।अधिकतम परिचालन दबाव निर्दिष्ट करें.
ताप भार और सतह क्षेत्र।प्रत्येक सामग्री विकल्प के लिए ताप भार और आवश्यक सतह क्षेत्र निर्दिष्ट करें।
जगह की कमी.उपलब्ध स्थान और अधिकतम स्वीकार्य पदचिह्न निर्दिष्ट करें।
रखरखाव क्षमता.सुविधा की रखरखाव क्षमता निर्दिष्ट करें, जिसमें साइट पर हीट एक्सचेंजर की मरम्मत करने की क्षमता भी शामिल है।
सेवा जीवन की आवश्यकता.अपेक्षित सेवा जीवन और प्रतिस्थापन अनुसूची निर्दिष्ट करें।
समुद्री जल सेवा शर्तों से मेल खाने वाली सामग्री का चयन
समुद्री जल ताप विनिमय में पीटीएफई और एल्यूमीनियम कांस्य हीट एक्सचेंजर्स के बीच चयन समुद्री जल रसायन, प्रवाह वेग, स्थान की कमी और सेवा जीवन की आवश्यकता पर निर्भर करता है। एल्युमीनियम कांस्य में उच्च तापीय चालकता होती है और इसके लिए कम सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, लेकिन यह क्षरण {{1}संक्षारण और सल्फाइड हमले के लिए अतिसंवेदनशील होता है। पीटीएफई में कम तापीय चालकता होती है और इसके लिए अधिक सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, लेकिन यह सभी समुद्री जल प्रदूषकों और प्रवाह वेगों के प्रति प्रतिरोधी है।
चयन निर्णय एक सुविधा विशिष्ट विश्लेषण पर आधारित होना चाहिए जिसमें पूंजी लागत, स्थापना लागत, रखरखाव लागत और उत्पादन हानि जोखिम शामिल हो। इन लागत घटकों के साथ एक सरल स्प्रेडशीट मॉडल निर्णय लेने के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करता है।
हीट एक्सचेंजर विकल्पों का मूल्यांकन करने वाली समुद्री जल ताप विनिमय सुविधाओं के लिए, सामग्री का चयन अपेक्षित सेवा जीवन पर स्वामित्व की कुल लागत पर आधारित होना चाहिए, न कि केवल पूंजी लागत या थर्मल प्रदर्शन पर। यदि समुद्री जल दूषित है और इकाई को बार-बार प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, तो कम पूंजी लागत वाली एल्यूमीनियम कांस्य इकाई की जीवनकाल लागत अधिक हो सकती है।
समुद्री जल हीट एक्सचेंज या अन्य संक्षारक सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विनिर्देशों का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियर और खरीद विशेषज्ञ समुद्री जल रसायन विज्ञान, ऑपरेटिंग तापमान, प्रवाह वेग, ऑपरेटिंग दबाव और स्थान की कमी को कवर करते हुए एक डिजाइन समीक्षा का अनुरोध कर सकते हैं ताकि यह पुष्टि की जा सके कि सामग्री का चयन वास्तविक सेवा शर्तों और सुविधा की लागत संरचना से मेल खाता है।
