वेग का ख़तरा
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर ट्यूब में 25-35 मीटर/सेकेंड की गति से प्रवेश करने वाली भाप घनीभूत बूंदों को ले जाती है। ये बूंदें, लगभग भाप के वेग से यात्रा करते हुए, ट्यूब की दीवार को मोड़, हेडर संक्रमण और प्रवाह में गड़बड़ी वाले क्षेत्रों पर प्रभाव डालती हैं। प्रत्येक प्रभाव पीटीएफई सतह पर एक सूक्ष्म यांत्रिक आवेग प्रदान करता है।
कम वेग पर, प्रभाव ऊर्जा को विस्कोइलास्टिक पॉलिमर द्वारा लोचदार रूप से अवशोषित किया जाता है। सतह बिना किसी क्षति के पलट जाती है। उच्च वेग पर, लाखों बूंदों के प्रभाव के संचयी प्रभाव से सतह खुरदरी हो जाती है, सामग्री की हानि होती है और अंततः दीवार पतली हो जाती है। यह क्षरण है -विशुद्ध रूप से यांत्रिक घिसाव जिसमें कोई रासायनिक घटक नहीं है।
अधिकतम स्वीकार्य भाप वेग वह सीमा है जिसके नीचे डिज़ाइन सेवा जीवन पर क्षरण नगण्य है। इस सीमा से ऊपर, क्षरण उपकरण जीवनकाल के भीतर मापने योग्य दीवार क्षति तक जमा हो जाता है।
ड्रॉपलेट इंपिंगमेंट मैकेनिज्म
जैसे ही भाप अपनी गुप्त ऊष्मा छोड़ती है, संघनन लगातार बनता रहता है। कुछ संघनन ट्यूब की दीवार के साथ एक फिल्म के रूप में बह जाता है। कुछ उच्च वेग वाले भाप कोर में बूंदों के रूप में समाया हुआ है। मोड़ और रुकावटों पर, केन्द्रापसारक बल द्वारा बूंदें बाहर की ओर फेंकी जाती हैं और ट्यूब की दीवार से टकराती हैं।
ठोस सतह पर पानी की बूंद का प्रभाव दबाव पानी के हथौड़े के दबाव के समानुपाती होता है: P=ρ × c × V, जहां ρ पानी का घनत्व है, c पानी में ध्वनिक वेग है (लगभग 1,500 m/s), और V बूंद का प्रभाव वेग है। 30 मीटर/सेकेंड प्रभाव वेग पर, प्रभाव बिंदु पर तात्कालिक दबाव 45 एमपीए से अधिक हो जाता है, जो स्थानीय स्तर पर पीटीएफई को विकृत करने के लिए पर्याप्त है।
एक भी प्रभाव से कोई मापने योग्य क्षति नहीं होती है। लेकिन प्रति वर्ष 6,000 घंटे चलने वाली भाप प्रणाली एक दशक में ट्यूब की दीवार पर करोड़ों बूंदों का प्रभाव डालती है। बार-बार सूक्ष्म विरूपण से होने वाली संचयी थकान अंततः सतह में दरारें, कण पृथक्करण और मापने योग्य दीवार के पतले होने का कारण बनती है।
तालिका 1: पीटीएफई हीट एक्सचेंजर ट्यूबों के लिए स्टीम वेग सीमाएँ
| भाप का दबाव (बार्ग) | ट्यूब आईडी (मिमी) | अनुशंसित अधिकतम स्टीम वेग (एम/एस) | निरपेक्ष अधिकतम वेग (एम/एस) | कटाव का जोखिम पूर्ण अधिकतम से ऊपर |
|---|---|---|---|---|
| 2.0 | 6 | 20-25 | 30 | मध्यम (5 वर्षों के भीतर खुरदुरा होना) |
| 3.0 | 6 | 18-22 | 28 | मध्यम |
| 4.0 | 8 | 20-25 | 32 | मध्यम |
| 2.0 | 8 | 22-28 | 35 | निम्न-मध्यम (बड़ा व्यास बूंदों की सांद्रता को कम करता है) |
| 3.0 | 8 | 20-25 | 30 | मध्यम |
| 4.0 | 10 | 25-30 | 38 | कम (बड़ा व्यास; उच्च दबाव पर कम भाप घनत्व) |
पीटीएफई क्षरण प्रतिरोध डेटा और दीर्घकालिक सेवा अनुभव से रूढ़िवादी एक्सट्रपलेशन के आधार पर वेग सीमाएं। पूर्ण अधिकतम उस वेग को दर्शाता है जिसके ऊपर 10 वर्षों की निरंतर सेवा के भीतर मापने योग्य क्षरण अपेक्षित है।
सूखापन अंश कनेक्शन
भाप वेग की सीमा 98% या उससे अधिक का सूखापन अंश मानती है -अर्थात द्रव्यमान के हिसाब से 2% या उससे कम फंसा हुआ पानी। कम शुष्कता वाले अंशों में, प्रवेशित पानी की मात्रा अधिक होती है, और किसी दिए गए वेग पर कटाव का जोखिम आनुपातिक रूप से बढ़ जाता है।
यदि पौधे की भाप की गुणवत्ता 98% शुष्कता से कम है, तो बढ़ी हुई बूंदों की लोडिंग को ध्यान में रखते हुए अधिकतम स्वीकार्य वेग को 10-15% तक कम किया जाना चाहिए। वैकल्पिक रूप से, हीट एक्सचेंजर के अपस्ट्रीम में स्थापित एक स्टीम सेपरेटर अतिरिक्त रुके हुए पानी को हटा देता है और डिज़ाइन वेग मार्जिन को बहाल करता है।
डिज़ाइन वेग गणना
प्रत्येक ट्यूब में भाप के वेग की गणना प्रति ट्यूब के आयतनात्मक भाप प्रवाह को ट्यूब के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र से विभाजित करके की जाती है। कुल भाप द्रव्यमान प्रवाह ताप कर्तव्य से निर्धारित होता है: द्रव्यमान प्रवाह=ताप कर्तव्य / भाप की गुप्त ऊष्मा।
3 बार्ग स्टीम पर काम करने वाले 8 मिमी आईडी के 40 ट्यूबों के साथ 50 किलोवाट पीटीएफई हीट एक्सचेंजर के लिए, प्रति ट्यूब द्रव्यमान प्रवाह लगभग 0.75 किलोग्राम/घंटा है। 3 बार्ग पर संतृप्त भाप की विशिष्ट मात्रा 0.46 m³/kg है। प्रति ट्यूब वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह 0.35 m³/h है। ट्यूब क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र 5.0 × 10⁻⁵ m² है। भाप का वेग सुरक्षित सीमा के भीतर 1.9 मीटर/सेकेंड- है।
वेग की गणना डिज़ाइन चरण के दौरान की जानी चाहिए और सत्यापित किया जाना चाहिए कि यह अनुशंसित अधिकतम से कम है। पर्याप्त ट्यूब संख्या वाले अधिकांश पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स के लिए, कई समानांतर प्रवाह पथों के कारण भाप का वेग स्वाभाविक रूप से कम होता है। उच्च वेग अक्सर कुछ ट्यूबों वाले छोटे एक्सचेंजर्स या उन प्रणालियों में चिंता का विषय होता है जहां भाप आपूर्ति दबाव डिजाइन दबाव से काफी ऊपर होता है।
सारांश
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर ट्यूबों के अंदर अधिकतम स्वीकार्य भाप वेग 20-30 मीटर/सेकेंड है, जो ट्यूब के व्यास और भाप के दबाव पर निर्भर करता है, 35-38 मीटर/सेकेंड पूर्ण अधिकतम का प्रतिनिधित्व करता है जिसके ऊपर मापने योग्य क्षरण अपेक्षित है। ये सीमाएँ भाप की शुष्कता का अंश 98% या उससे अधिक मानती हैं। कम शुष्कता वाले अंशों को वेग में कमी की आवश्यकता होती है।
अधिकांश उचित रूप से डिज़ाइन किए गए मल्टी -ट्यूब पीटीएफई एक्सचेंजर्स के लिए, बड़ी संख्या में समानांतर प्रवाह पथों के कारण भाप वेग स्वाभाविक रूप से इन सीमाओं से नीचे आते हैं। डिज़ाइन के दौरान वेग सत्यापन यह सुनिश्चित करता है कि क्षरण उपकरण सेवा जीवन को सीमित नहीं करता है।
विशिष्ट पीटीएफई हीट एक्सचेंजर डिजाइनों में भाप वेग सत्यापन के लिए इंजीनियरिंग विश्लेषण गर्मी शुल्क, भाप दबाव, ट्यूब गिनती और आयाम, और भाप गुणवत्ता डेटा जमा करने पर उपलब्ध है।
