एक ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब दो दुनियाओं का मिश्रण है: एक पतला, संक्षारण-प्रूफ ग्लास लिफाफा जो रासायनिक रूप से एक मजबूत, कठिन स्टील खोल से बंधा होता है। थर्मल दृष्टिकोण से, यह न तो ठोस धातु की तरह एक महान कंडक्टर है, न ही मोटे पॉलिमर की तरह एक पूर्ण इन्सुलेटर है। इसका प्रदर्शन इसकी दो परतों का एक नाजुक औसत है। को समझनाग्लास लाइन्ड स्टील बनाम पीटीएफई ट्यूब तापीय चालकतासंक्षारक, उच्च तापमान प्रक्रियाओं में सही हीट एक्सचेंजर या ट्रांसफर ट्यूब का चयन करने के लिए तुलना आवश्यक है।
प्रत्येक घटक की तापीय चालकता
कांच की परत - एक ख़राब लेकिन पतली बाधा
स्टील ट्यूबों पर उपयोग की जाने वाली ग्लास लाइनिंग आमतौर पर रासायनिक प्रतिरोध और थर्मल शॉक सहनशीलता के लिए तैयार किया गया बोरोसिलिकेट या समान क्षार-मुक्त ग्लास होता है। इसकी तापीय चालकता कम है: लगभग1.0–1.2 W/m·Kसामान्य ऑपरेटिंग तापमान (20-200 डिग्री) पर। यह मान पीटीएफई (0.25 डब्लू/एम·के) से लगभग चार गुना अधिक है, लेकिन फिर भी स्टील की तुलना में परिमाण में कम है।
हालाँकि, कांच की परत बहुत पतली होती है। एक मानक ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब में, ग्लास कोटिंग को मोटाई में लगाया जाता है0.8 से 1.5 मिमी(आमतौर पर लगभग 1 मिमी)। क्योंकि थर्मल प्रतिरोध चालकता (आर=मोटाई / के) द्वारा विभाजित मोटाई के समानुपाती होता है, एक औसत दर्जे के कंडक्टर की एक पतली परत अभी भी अपेक्षाकृत छोटा प्रतिरोध प्रस्तुत कर सकती है।
स्टील बैकिंग - मजबूत कंडक्टर
अंतर्निहित स्टील ट्यूब (आमतौर पर कार्बन स्टील या कम-मिश्र धातु स्टील) में लगभग तापीय चालकता होती है45–50 W/m·K- कांच से लगभग 40-50 गुना अधिक और पीटीएफई से लगभग 200 गुना अधिक। दबाव रेटिंग के आधार पर स्टील की मोटाई आमतौर पर 2-5 मिमी होती है। क्योंकि स्टील एक अच्छा कंडक्टर है और कांच पतला है, समग्र दीवार का समग्र प्रतिरोध कांच की परत पर हावी है, लेकिन स्टील बहुत कम अतिरिक्त प्रतिरोध जोड़ता है।
पीटीएफई ट्यूब - कम चालकता, मोटी दीवार
इसके विपरीत, एक ठोस PTFE ट्यूब में मोटे तौर पर तापीय चालकता होती है0.22–0.25 W/m·K. ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब के समान यांत्रिक शक्ति और दबाव रेटिंग प्राप्त करने के लिए, PTFE ट्यूब की दीवार काफी मोटी होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, 100 डिग्री पर 6 बार के लिए रेटेड एक पीटीएफई ट्यूब की दीवार की मोटाई 2-4 मिमी हो सकती है, जबकि ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब की तुलना में कुल दीवार की मोटाई (ग्लास + स्टील) 3-6 मिमी होती है, लेकिन उसमें से अधिकांश मोटाई अत्यधिक प्रवाहकीय स्टील होती है।
समग्र थर्मल प्रतिरोध की तुलना (यू-वैल्यू)
एक ट्यूब की दीवार का समग्र ताप अंतरण गुणांक (यू-मान) कांच, स्टील और दो द्रव सीमा परतों के प्रतिरोधों के योग द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस तुलना के लिए, समान तरल स्थितियों को मानते हुए, केवल दीवार प्रतिरोधों पर विचार किया जाता है।
एक विशिष्ट मामले के लिए उदाहरण गणना:
| पैरामीटर | ग्लास-लाइन वाला स्टील | सभी‑पीटीएफई |
|---|---|---|
| ग्लास की मोटाई (मिमी) | 1.0 | – |
| ग्लास चालकता (W/m·K) | 1.1 | – |
| स्टील की मोटाई (मिमी) | 3.0 | – |
| इस्पात चालकता (W/m·K) | 48 | – |
| पीटीएफई मोटाई (मिमी) | – | 3.0 |
| पीटीएफई चालकता (डब्ल्यू/एम·के) | – | 0.25 |
दीवार प्रतिरोध (R_wall):
ग्लास-लाइन्ड स्टील: R_ग्लास=0.001 मी / 1.1 डब्लू/एम·के {{3%) मी²·के/डब्ल्यू
आर_स्टील=0.003 मी / 48 डब्लू/एम·के {{3%) मी²·के/डब्ल्यू
कुल R_दीवार=0.00097 m²·K/W
सभी‑PTFE: R_PTFE=0.003 मी / 0.25 W/m·K {{3%) m²·K/W
PTFE ट्यूब की दीवार का प्रतिरोध लगभग होता है12 गुना अधिकग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब की तुलना में, पीटीएफई में प्रति यूनिट मोटाई थोड़ी कम चालकता होने के बावजूद। ग्लास-लाइन वाली स्टील की दीवार कहीं अधिक प्रवाहकीय होती है क्योंकि इंसुलेटिंग ग्लास बहुत पतला होता है और स्टील बैकिंग उच्च चालकता के साथ अधिकांश मोटाई रखती है।
एक व्यावहारिक हीट एक्सचेंजर में, दोनों तरफ द्रव फिल्म प्रतिरोध अक्सर प्रमुख कारक होते हैं। हालांकि, समान द्रव वेग के लिए, ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब तुलनीय दबाव रेटिंग के सभी-पीटीएफई ट्यूब की तुलना में 20-40% अधिक समग्र यू-मूल्य प्रदान करेगी।
हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन के लिए वास्तविक-विश्व निहितार्थ
ग्लास-लाइन्ड स्टील के फायदे
उच्च तापीय क्षमता- मिश्रित दीवार पीटीएफई की तुलना में प्रति यूनिट क्षेत्र में अधिक गर्मी हस्तांतरण की अनुमति देती है, जिससे समान कर्तव्य के लिए छोटे एक्सचेंजर पदचिह्न को सक्षम किया जा सकता है।
संरचनात्मक ताकत- स्टील बैकिंग रेंगने या विकृत होने के बिना दबाव, यांत्रिक भार और थर्मल साइक्लिंग का प्रतिरोध करती है। ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूबों का उपयोग पीटीएफई की तुलना में उच्च दबाव (10-16 बार तक) और तापमान (200-250 डिग्री तक) पर किया जा सकता है।
कठोरता- सीधे, कठोर ट्यूबों को यांत्रिक रूप से साफ करना आसान होता है और इन्हें पारंपरिक शेल-और-ट्यूब ज्यामिति में व्यवस्थित किया जा सकता है।
ग्लास-लाइन्ड स्टील की सीमाएँ
भंगुरता- कांच की परत यांत्रिक आघात, तापीय आघात और कंपन के प्रति संवेदनशील होती है। 100 डिग्री से अधिक का अचानक तापमान परिवर्तन कांच को तोड़ सकता है। इसका उपयोग लचीली ट्यूब बंडलों में या जहां कंपन की उम्मीद है, वहां नहीं किया जा सकता है।
निर्माण संबंधी बाधाएँ- ग्लास-लाइन वाली ट्यूब आमतौर पर सीधी होती हैं, कुंडलियों में मुड़ी हुई नहीं होती हैं। फ्लैंज और फिटिंग विशेष रूप से ग्लास-लाइन वाली होनी चाहिए, जिससे लागत बढ़ जाएगी।
निरीक्षण आवश्यकताएँ- कांच में कोई भी दरार या दरार अंतर्निहित स्टील को संक्षारण के लिए उजागर करती है, जो जल्दी ही विफलता का कारण बनती है। नियमित चिंगारी परीक्षण की आवश्यकता है.
पीटीएफई के फायदे जो इसकी कम चालकता को संतुलित करते हैं
अपनी कम तापीय चालकता के बावजूद, PTFE कई अनुप्रयोगों में पसंदीदा सामग्री बनी हुई है क्योंकि:
यह पूरी तरह से लचीला है, जिससे ट्यूब बंडलों को छोटे छिद्रों के माध्यम से डाला जा सकता है या जो कंपन का प्रतिरोध करते हैं।
यह थर्मल शॉक से प्रतिरक्षित है और इसे तेजी से गर्म और ठंडा किया जा सकता है।
यह पिनहोल या दरार प्रसार से ग्रस्त नहीं है; एक छोटा सा दोष तुरंत संक्षारक सब्सट्रेट को उजागर नहीं करता है।
जटिल ज्यामितियों में इसे स्थापित करना हल्का और आसान है।
कांच एक पतली, गर्म खिड़की है; स्टील मजबूत, गर्म फ्रेम है
ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब का समग्र थर्मल प्रदर्शन केवल ग्लास की मामूली चालकता से संचालित नहीं होता है। इसके बजाय, पतली कांच की परत अपेक्षाकृत छोटी थर्मल टोंटी के रूप में कार्य करती है, जबकि मोटी स्टील बैकिंग यांत्रिक शक्ति प्रदान करती है और एक कुशल गर्मी फैलाने वाले के रूप में कार्य करती है। कंपोजिट थर्मल रूप से थोड़ा खराब धातु ट्यूब के रूप में व्यवहार करता है, प्लास्टिक ट्यूब के रूप में नहीं। उदाहरण के लिए, 1 मिमी ग्लास लाइनिंग वाली 3 मिमी स्टील ट्यूब में थर्मल प्रतिरोध 3 मिमी अनलाइन स्टील ट्यूब से थोड़ा अधिक होता है, और 3 मिमी पीटीएफई ट्यूब से बहुत कम होता है।
चालकता की तापमान निर्भरता
ग्लास और पीटीएफई दोनों तापमान के साथ तापीय चालकता में परिवर्तन दर्शाते हैं, लेकिन सापेक्ष रैंकिंग अपरिवर्तित रहती है:
ग्लास (बोरोसिलिकेट)- चालकता 20 डिग्री पर लगभग 1.0 W/m·K से 200 डिग्री पर 1.2 W/m·K तक बहुत कम बढ़ जाती है।
इस्पात- तापमान के साथ चालकता मामूली रूप से कम हो जाती है (उदाहरण के लिए, 20 डिग्री पर 48 W/m·K से 200 डिग्री पर 40 W/m·K तक)।
पीटीएफई- चालकता 20 डिग्री से 150 डिग्री तक 0.22–0.25 W/m·K पर लगभग स्थिर रहती है, फिर 200 डिग्री पर थोड़ी सी बढ़कर 0.28 W/m·K हो जाती है।
इस प्रकार, ऊंचे तापमान पर, ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब पीटीएफई पर एक महत्वपूर्ण थर्मल लाभ बनाए रखती है।
चयन मार्गदर्शन: कब कौन सा चुनना है
| मापदंड | ग्लास-लाइन वाला स्टील | पीटीएफई |
|---|---|---|
| तापीय चालकता (दीवार) | उच्च (कम प्रतिरोध) | कम (उच्च प्रतिरोध) |
| अधिकतम तापमान | 200-250 डिग्री | 100-120 डिग्री (निरंतर) |
| अधिकतम दबाव | 10-16 बार (मोटे स्टील के साथ) | 2-6 बार (दीवार की मोटाई पर निर्भर करता है) |
| थर्मल शॉक प्रतिरोध | खराब (100 डिग्री/मिनट से अधिक या उसके बराबर दरार पड़ सकती है) | उत्कृष्ट |
| यांत्रिक आघात प्रतिरोध | ख़राब (भंगुर) | उत्कृष्ट (लचीला) |
| संक्षारण प्रतिरोध | उत्कृष्ट (यदि कांच बरकरार है) | उत्कृष्ट |
| कॉइल्स/लचीले बंडलों में निर्माण | नहीं | हाँ |
| प्रति इकाई क्षेत्र लागत | उच्च (विशेष विनिर्माण) | मध्यम से उच्च |
निष्कर्ष
एक ग्लास-लाइन वाली स्टील ट्यूब विशिष्ट, कठोर, उच्च तापमान अनुप्रयोगों में पीटीएफई पर थर्मल अपग्रेड प्रदान करती है, लेकिन इसका वास्तविक लाभ संक्षारण प्रतिरोध और संरचनात्मक ताकत के अद्वितीय संयोजन में निहित है, न कि इसकी कच्ची चालकता में।ग्लास लाइन्ड स्टील बनाम पीटीएफई ट्यूब तापीय चालकतातुलना से पता चलता है कि कांच की परत स्वयं एक खराब कंडक्टर (~1 डब्ल्यू/एम·के) है, लेकिन इसकी पतलीता (0.8-1.5 मिमी) अत्यधिक प्रवाहकीय स्टील बैकिंग के साथ मिलकर समग्र दीवार प्रतिरोध का परिणाम देती है जो तुलनीय दबाव रेटिंग के सभी-पीटीएफई ट्यूब के लगभग दसवें हिस्से के बराबर है। हालाँकि, ग्लास-लाइन वाली ट्यूब कठोर, भंगुर होती है, और लचीली ट्यूब बंडलों में इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। यह एक विशिष्ट क्षेत्र के लिए एक प्रीमियम विकल्प है: उच्च तापमान, उच्च संक्षारण अनुप्रयोग जहां यांत्रिक झटके को नियंत्रित किया जाता है और एक एकल, कठोर ट्यूब स्वीकार्य होती है {{5}अक्सर शेल-और-ट्यूब एक्सचेंजर में। सबसे अच्छी सामग्री अक्सर विपरीतताओं का मेल होती है, और ग्लास-लाइनेड स्टील एक सफल, यदि विशिष्ट हो, मिलन है।
