एक रासायनिक संयंत्र ने बारह महीनों में 5 किलोवाट पीटीएफई विसर्जन हीटर की ऊर्जा खपत को ट्रैक किया। हीटर को हर तिमाही में डीस्केल किया गया। ऊर्जा डेटा ने एक स्पष्ट पैटर्न दिखाया: सफाई के बीच खपत में लगातार वृद्धि हुई, फिर प्रत्येक डीस्केलिंग के बाद तेजी से गिरावट आई। वर्ष के दौरान औसत ऊर्जा खपत स्वच्छ {5}शीथ बेसलाइन से 12% अधिक थी। वृद्धि के लिए हीटर नहीं, बल्कि गंदगी की परत जिम्मेदार थी।
शीथ फाउलिंग हीटिंग सतह पर जमाव का संचय है। जमाव खनिज पैमाने, धातु हाइड्रॉक्साइड, कार्बनिक अवशेष या संयोजन हो सकते हैं। सभी फाउलिंग परतों में पीटीएफई की तुलना में कम तापीय चालकता होती है, इसलिए वे म्यान और प्रक्रिया द्रव के बीच थर्मल प्रतिरोध जोड़ते हैं। समान गर्मी देने के लिए हीटर को अधिक गर्म चलाना चाहिए, और उच्च तापमान से ऊर्जा हानि बढ़ जाती है।
एक दूषण परत का थर्मल प्रतिरोध
एक दूषण परत पीटीएफई शीथ और संवहन सीमा परत के साथ श्रृंखला में प्रतिरोध जोड़ती है। कुल तापीय प्रतिरोध शीथ के -से{{2}बल्क तापमान अंतर को निर्धारित करता है। किसी दिए गए ताप प्रवाह के लिए, उच्च कुल प्रतिरोध का मतलब उच्च म्यान तापमान है।
दूषण परत की तापीय चालकता उसकी संरचना और सरंध्रता पर निर्भर करती है। कैल्शियम कार्बोनेट स्केल की तापीय चालकता 0.5-2.0 W/m·K है। धातु हाइड्रॉक्साइड जमा 0.2-0.5 W/m·K की सीमा में कम हैं। कार्बनिक अवशेष सबसे कम हैं, अक्सर 0.2 W/m·K से नीचे। इनमें से किसी भी जमाव की 1 मिमी परत महत्वपूर्ण प्रतिरोध जोड़ती है।
| दूषण प्रकार | ऊष्मीय चालकता | 1 मिमी प्रतिरोध | शीथ ΔT 1.0 W/cm² पर वृद्धि | ऊर्जा हानि |
|---|---|---|---|---|
| कैल्शियम कार्बोनेट | 1.0–2.0 W/m·K | निम्न-मध्यम | 5-10 डिग्री | 5–10% |
| कैल्शियम सल्फेट | 0.8–1.5 W/m·K | मध्यम | 7-12 डिग्री | 7–12% |
| धातु हाइड्रॉक्साइड | 0.2–0.5 W/m·K | उच्च | 20-50 डिग्री | 15–25% |
| जैविक अवशेष | <0.2 W/m·K | बहुत ऊँचा | 50-100 डिग्री | 20–35% |
| मिश्रित जमा | 0.3–1.0 W/m·K | मध्यम-उच्च | 10-30 डिग्री | 10–20% |
फाउलिंग प्रकार द्वारा थर्मल प्रतिरोध और ऊर्जा हानि
फाउलिंग से ऊर्जा की खपत क्यों बढ़ती है?
हीटर द्वारा खपत की गई ऊर्जा स्नान के लिए प्रदान की गई उपयोगी गर्मी और नुकसान का योग है। उपयोगी ऊष्मा प्रक्रिया भार द्वारा निर्धारित होती है और दूषण से स्वतंत्र होती है। जैसे-जैसे आवरण का तापमान बढ़ता है, नुकसान बढ़ता जाता है।
नुकसान टर्मिनल परिक्षेत्र, फ़्लैंज और टैंक की दीवारों के माध्यम से होता है। म्यान का तापमान जितना अधिक होगा, हीटर और पर्यावरण के बीच तापमान का अंतर उतना ही अधिक होगा, और नुकसान भी उतना ही अधिक होगा। स्वच्छ से 20 डिग्री अधिक गर्म चलने वाला हीटर इन मार्गों से 10-15% अधिक ऊर्जा खो सकता है।
सेटपॉइंट बनाए रखने के लिए हीटर भी लंबे समय तक चलता है। नियंत्रक देखता है कि स्नान का तापमान गिर रहा है या निर्धारित बिंदु तक नहीं पहुंच पा रहा है और हीटर को सक्रिय रखता है। अधिक हानि और लंबे समय तक चलने के संयोजन से कुल ऊर्जा खपत बढ़ जाती है।
समय के साथ दूषण का जटिल प्रभाव
गंदगी धीरे-धीरे जमा होती है। एक पतली परत का ऊष्मा स्थानांतरण पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। लेकिन जैसे-जैसे परत मोटी होती जाती है, आवरण का तापमान बढ़ता जाता है, जिससे आगे जमाव में तेजी आती है। यह प्रक्रिया स्वयं को सुदृढ़ करने वाली है।
ऊर्जा की खपत उसी पैटर्न का अनुसरण करती है। यह पहले धीरे-धीरे बढ़ता है, फिर जैसे-जैसे गंदगी की परत मोटी होती जाती है, इसकी गति बढ़ती जाती है। एक हीटर जिसे त्रैमासिक रूप से घटाया जाता है, पहले महीने में 5%, दूसरे में 10% और तीसरे में 15-20% ऊर्जा वृद्धि दिखा सकता है। तिमाही का औसत बेसलाइन से 10-12% ऊपर है।
| डीस्केलिंग के बाद से समय | फाउलिंग मोटाई | म्यान ΔT वृद्धि | सापेक्ष ऊर्जा खपत |
|---|---|---|---|
| 0 सप्ताह (स्वच्छ) | 0 मिमी | आधारभूत | 1.00× |
| 2 सप्ताह | 0.2-0.4 मिमी | 3-6 डिग्री | 1.03–1.06× |
| 4 सप्ताह | 0.4–0.8 मिमी | 6-12 डिग्री | 1.06–1.12× |
| 8 सप्ताह | 0.8-1.5 मिमी | 12-20 डिग्री | 1.12–1.20× |
| 12 सप्ताह | 1.5-2.5 मिमी | 20-35 डिग्री | 1.20–1.35× |
| 16+ सप्ताह | >2.5 मिमी | >35 डिग्री | >1.35× |
सफ़ाई के बीच गंदगी जमा होने से ऊर्जा की खपत बढ़ जाती है
दूषण की लागत-संबंधित ऊर्जा अपशिष्ट
बर्बाद ऊर्जा की लागत हीटर की वाट क्षमता, संचालन के घंटे और बिजली की दर पर निर्भर करती है। $0.10 प्रति किलोवाट पर प्रति वर्ष 6,000 घंटे चलने वाले 5 किलोवाट हीटर के लिए, स्वच्छ-हीटर ऊर्जा लागत $3,000 है। दूषण से औसतन 12% की वृद्धि से प्रति वर्ष $360 जुड़ जाता है।
20 हीटरों वाले एक संयंत्र में, प्रदूषण संबंधी ऊर्जा अपशिष्ट कुल $7,200 प्रति वर्ष हो सकता है। यह हीटरों को साफ रखने वाले निवारक रखरखाव कार्यक्रम की लागत से अधिक है।
| हीटर की वाट क्षमता | वार्षिक घंटे | स्वच्छ ऊर्जा लागत | 10% फाउलिंग लागत | 15% फाउलिंग लागत | वार्षिक अपशिष्ट |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 किलोवाट | 6,000 | $1,800 | $1,980 | $2,070 | $180–270 |
| 5 किलोवाट | 6,000 | $3,000 | $3,300 | $3,450 | $300–450 |
| 8 किलोवाट | 6,000 | $4,800 | $5,280 | $5,520 | $480–720 |
| 12 किलोवाट | 6,000 | $7,200 | $7,920 | $8,280 | $720–1,080 |
हीटर वाट क्षमता और दूषण स्तर द्वारा वार्षिक ऊर्जा लागत और अपशिष्ट
गंदगी को कम करना-संबंधित ऊर्जा अपशिष्ट
गंदगी से संबंधित ऊर्जा बर्बादी को कम करने का सबसे प्रभावी तरीका गंदगी की परत मोटी होने से पहले उसे उतारना है। त्रैमासिक डीस्केलिंग शेड्यूल औसत दूषण स्तर को 1 मिमी से नीचे रखता है और ऊर्जा वृद्धि को 10% से कम रखता है। मासिक डीस्केलिंग शेड्यूल ऊर्जा वृद्धि को 5% से कम रखता है लेकिन श्रम और डाउनटाइम लागत को बढ़ाता है।
वाट घनत्व कम करने से शीथ तापमान कम हो जाता है और प्रदूषण दर धीमी हो जाती है। 0.9 डब्लू/सेमी² पर चलने वाला एक हीटर 1.4 डब्लू/सेमी² पर चलने वाले हीटर की तुलना में अधिक धीमी गति से स्केल जमा करता है, जिससे सफाई के बीच का अंतराल बढ़ जाता है और औसत ऊर्जा बर्बादी कम हो जाती है।
शीथ सतह पर प्रवाह में सुधार से सीमा परत की मोटाई और शीथ तापमान कम हो जाता है। हीटर पर निर्देशित एक एडक्टर या स्पार्ज पाइप म्यान के तापमान को 10-15 डिग्री तक कम कर सकता है, जो गंदगी को धीमा कर देता है और ऊर्जा की बर्बादी को कम करता है।
जब फ़ाउलिंग से संबंधित ऊर्जा अपशिष्ट एक विशिष्टता समस्या का संकेत देता है
एक ही टैंक में बार-बार गंदगी और ऊर्जा की बर्बादी से संकेत मिलता है कि हीटर एक वाट घनत्व पर काम कर रहा है जो रसायन विज्ञान और प्रवाह की स्थिति के लिए बहुत अधिक है। कम वाट घनत्व, बड़े सतह क्षेत्र और बेहतर प्रवाह पहुंच के साथ एक कस्टम पीटीएफई इमर्शन हीटर कॉन्फ़िगरेशन गंदगी और संबंधित ऊर्जा बर्बादी को कम करता है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए स्नान रसायन विज्ञान, ऑपरेटिंग तापमान, पानी की कठोरता और आवश्यक वाट क्षमता की आवश्यकता होती है।
