एक टैंक के लिए पीटीएफई हीटर का आकार कैसे तय करें जिसे एक इंसुलेटेड ढक्कन के साथ रेट्रोफिट किया जाएगा?

एक संयंत्र ने ऊर्जा बचाने और भाप और धुएं को कम करने के लिए अपने बड़े, खुले गर्म पानी के टैंक को मोटे, इंसुलेटेड ढक्कन से ढकने का फैसला किया। मौजूदा पीटीएफई हीटर, जो खुले टैंक के लिए बिल्कुल सही आकार का था, अचानक नए, ढके हुए स्थिर-अवस्था संचालन के लिए एक बड़े पैमाने पर ओवरकिल बन जाता है। हालाँकि, सुबह के परिवेश से ठंडे टैंक को गर्म करने की अभी भी आवश्यकता है। इस रेट्रोफ़िटेड परिदृश्य के लिए एक नए या प्रतिस्थापन हीटर के आकार को विभाजित-व्यक्तित्व गणना की आवश्यकता होती है।पीटीएफई हीटर साइजिंग रेट्रोफिट इंसुलेटेड ढक्कनएप्लिकेशन को दो पूरी तरह से अलग थर्मल कर्तव्यों का ध्यान रखना चाहिए: अपरिवर्तित ताप-शक्ति और नाटकीय रूप से कम रखरखाव शक्ति।

पीटीएफई इमर्शन हीटर के दो विशिष्ट कर्तव्य

PTFE विसर्जन हीटर की कुल वाट क्षमता को दो स्वतंत्र आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। एक ढक्कन जोड़ने से अप्रभावित रहता है; दूसरा काफी हद तक कम हो गया है।

1. हीट-अप ड्यूटी (ढक्कन द्वारा अपरिवर्तित)

हीट-अप ड्यूटी एक निर्दिष्ट समय (उदाहरण के लिए, 2 घंटे) के भीतर तरल के पूरे द्रव्यमान को उसके सबसे ठंडे अपेक्षित इनलेट तापमान (उदाहरण के लिए, सर्दियों में 10 डिग्री) से वांछित ऑपरेटिंग सेटपॉइंट (उदाहरण के लिए, 80 डिग्री) तक बढ़ाने के लिए आवश्यक शक्ति है। इसकी गणना मूल ताप समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

P_हीट‑अप=(m × Cp × ΔT) / (t × 3600)

कहाँ:

मी=तरल का द्रव्यमान (किग्रा)

Cp=तरल की विशिष्ट ताप क्षमता (उदाहरण के लिए, पानी के लिए 4.18 kJ/kg·K)

ΔT=तापमान वृद्धि (K या डिग्री)

टी=वांछित ताप-अप समय (घंटे)

परिणाम किलोवाट (किलोवाट) में है

इस गणना पर इंसुलेटेड ढक्कन का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। ताप-अप चरण के दौरान ढक्कन स्थापित नहीं किया गया है -टैंक ठंडा होना शुरू हो जाता है, और ढक्कन आमतौर पर टैंक भर जाने और हीटिंग शुरू होने के बाद ही बंद किया जाता है। भले ही ढक्कन शुरू से बंद हो, यह तरल के थर्मल द्रव्यमान या आवश्यक तापमान वृद्धि को कम नहीं करता है। ताप बढ़ाने की शक्ति पूरी तरह से तरल की मात्रा, विशिष्ट ताप और वांछित रैंप दर पर निर्भर करती है। इसलिए, यह मान एक रेट्रोफ़िटेड टैंक के लिए बिल्कुल वैसा ही रहता है जैसा कि एक खुले टैंक के लिए।

2. रखरखाव शुल्क (ढक्कन द्वारा नाटकीय रूप से कम किया गया)

रखरखाव शुल्क स्थिर-अवस्था ऑपरेटिंग तापमान पर टैंक से निरंतर गर्मी के नुकसान को ऑफसेट करने के लिए आवश्यक शक्ति है। ऊष्मा तीन मार्गों से नष्ट होती है:

तरल सतह का वाष्पीकरण- आमतौर पर खुले गर्म पानी के टैंकों को प्रमुख नुकसान होता है।

पार्श्व और निचली दीवारें- टैंक सामग्री और इन्सुलेशन के माध्यम से संचालन (यदि कोई हो)।

पाइप कनेक्शन और फिटिंग- मामूली नुकसान.

एक इंसुलेटेड ढक्कन वायुमंडल से तरल सतह को सील करके वाष्पीकरण हानि को वस्तुतः समाप्त कर देता है। ढक्कन ऊपर से संवहनीय और विकिरण संबंधी हानियों को भी कम करता है। परिणामस्वरूप, ढक्कन की इन्सुलेशन मोटाई और टैंक के तापमान के आधार पर कुल रखरखाव भार में 40-60% या उससे अधिक की कटौती की जा सकती है। उदाहरण के लिए, एक खुली 80 डिग्री पानी की टंकी को 10 किलोवाट रखरखाव शक्ति की आवश्यकता हो सकती है; अच्छी तरह से फिट होने वाले इंसुलेटेड ढक्कन के साथ, उसी टैंक को केवल 4-5 किलोवाट की आवश्यकता हो सकती है।

साइज़िंग संघर्ष: कम रखरखाव वाट क्षमता एकमात्र मानदंड क्यों नहीं हो सकती

यदि हीटर का आकार केवल नए, कम रखरखाव भार (उदाहरण के लिए, 10 किलोवाट के बजाय 5 किलोवाट) पर होता है, तो यह सेटपॉइंट पर एक बार टैंक को गर्म रखने में सक्षम होगा। हालाँकि, टैंक को ठंड से गर्म करने में अव्यवहारिक रूप से लंबा समय लगेगा। उसी उदाहरण का उपयोग करते हुए, 5 किलोवाट हीटर को 2000 लीटर पानी को 10 डिग्री से 80 डिग्री तक बढ़ाने के लिए 8-10 घंटे की आवश्यकता हो सकती है, जबकि एक उचित आकार का 15 किलोवाट हीट-अप हीटर इसे 2 घंटे में प्राप्त कर लेगा। उत्पादन परिवेश में, इतना लंबा ताप अस्वीकार्य होगा।

इसलिए, अंतिम चयनित हीटर वाट क्षमता होनी चाहिएदो मानों में से बड़ा: अपरिवर्तित ताप-अप शक्ति। ढक्कन ऊर्जा बचाता है, लेकिन यह इस भौतिकी को नहीं बदलता है कि ठंडे टैंक को परिवेश से ऑपरेटिंग तापमान तक गर्म करने में कितनी ऊर्जा लगती है।

व्यावहारिक आकार उदाहरण

पानी से भरे 1500 लीटर के एक प्लेटिंग टैंक पर विचार करें। वांछित ऑपरेटिंग तापमान: 80 डिग्री. इनलेट तापमान: 15 डिग्री. वांछित ताप-अप समय: 2 घंटे।

ताप-अप गणना:

मी=1500 किग्रा

सीपी=4.18 केजे/किग्रा·के

ΔT = 65 K

t = 2 h

पी_हीट‑अप=(1500 × 4.18 × 65) / (2 × 3600)=56.6 किलोवाट

रखरखाव गणना (खुला टैंक):

सतह क्षेत्रफल=2 वर्ग मीटर (उदाहरण)

80 डिग्री पर बाष्पीकरणीय हानि ≈ 5 किलोवाट

दीवार का नुकसान ≈ 2 किलोवाट

कुल ≈ 7 किलोवाट

रखरखाव गणना (इन्सुलेटेड ढक्कन के साथ):

बाष्पीकरणीय हानि ≈ 0.5 किलोवाट (न्यूनतम)

दीवार का नुकसान अपरिवर्तित ≈ 2 किलोवाट

कुल ≈ 2.5 किलोवाट

ताप-अप आवश्यकता (56.6 किलोवाट) रखरखाव के आंकड़े से कहीं अधिक बड़ी है। ढक्कन की परवाह किए बिना, हीटर का आकार 56.6 किलोवाट होना चाहिए। ढक्कन छोटे हीटर की अनुमति नहीं देता; सेटपॉइंट पर पहुंचने के बाद ही यह हीटर के कर्तव्य चक्र को कम करता है। व्यवहार में, 56.6 किलोवाट हीटर 2.5 किलोवाट रखरखाव भार प्रदान करने के लिए चालू और बंद चक्र करेगा, जो केवल 4-5% समय चलेगा। ऊर्जा की बचत उस कम साइकिल चालन के माध्यम से की जाती है, न कि कम स्थापित क्षमता के माध्यम से।

वाट घनत्व बाधाएं और हीटर भौतिक आकार

ताप-अप वाट क्षमता को पीटीएफई शीथ के माध्यम से अधिकतम स्वीकार्य शीथ सतह तापमान (आमतौर पर 110 डिग्री) से अधिक किए बिना वितरित किया जाना चाहिए। वाट घनत्व (W/cm²) प्रमुख पैरामीटर है। दी गई आवश्यक ताप-अप शक्ति के लिए, वाट घनत्व को सुरक्षित सीमा के भीतर रखने के लिए एक बड़े हीटर सतह क्षेत्र (यानी, भौतिक रूप से लंबे या अधिक असंख्य ट्यूब बंडल) की आवश्यकता होती है। ढक्कन जोड़ने से वाट घनत्व की बाधा कम नहीं होती है; वही ताप-अप शक्ति अभी भी आवश्यक है।

उदाहरण के लिए, 5 W/cm² की अधिकतम अनुमत वाट घनत्व वाले 56.6 किलोवाट हीटर के लिए न्यूनतम शीथ सतह क्षेत्र 56,600 / 5=11, 320 सेमी² (1.13 वर्ग मीटर) की आवश्यकता होती है। यदि केवल रखरखाव भार के आधार पर गलती से 15 किलोवाट हीटर का चयन किया गया था, तो आवश्यक सतह क्षेत्र केवल 0.3 वर्ग मीटर होगा, जो 56.6 किलोवाट ताप-अप प्राप्त करने के लिए बहुत छोटा होगा।

इस प्रकार, हीटर का आकार (ट्यूब की लंबाई, ट्यूबों की संख्या, या विसर्जन तत्वों की संख्या) ताप-अप कर्तव्य द्वारा निर्धारित होता है, न कि रखरखाव कर्तव्य द्वारा। ढक्कन उसे नहीं बदलता है.

शुल्क चक्र कटौती के माध्यम से ऊर्जा बचत का एहसास

एक बार सही आकार का हीटर स्थापित हो जाने पर, इंसुलेटेड ढक्कन स्थिर-अवस्था संचालन के दौरान हीटर के ऑन-टाइम को कम करके अपना लाभ प्रदान करता है। सेटपॉइंट को बनाए रखने के लिए हीटर का नियंत्रक बिजली को चालू और बंद करेगा। ढक्कन के साथ, आवश्यक रखरखाव शक्ति (उदाहरण में) 7 किलोवाट से घटकर 2.5 किलोवाट हो जाती है। 56.6 किलोवाट हीटर के लिए, रखरखाव के दौरान ऑन-टाइम अंश (कर्तव्य चक्र) है:

ढक्कन के बिना: समय पर 7 / 56.6=12.4%

ढक्कन के साथ: समय पर 2.5 / 56.6=4.4%

24 घंटे की अवधि में खपत की गई पूर्ण ऊर्जा, हीटर के आकार की परवाह किए बिना, रखरखाव शक्ति (किलोवाट में) को 24 घंटे से गुणा किया जाता है। बड़ा हीटर कम बार चालू होता है। प्रति दिन बचाई गई कुल ऊर्जा=(7 किलोवाट - 2.5 किलोवाट) × 24 घंटे=108 किलोवाट। ढक्कन ऊर्जा की बचत करता है, जबकि हीटर आवश्यक ताप बढ़ाने में सक्षम रहता है।

इंसुलेटेड ढक्कन के साथ रेट्रोफिट के लिए आकार देने के चरणों का सारांश

सामान्य गलती: ढक्कन लगाने के बाद आकार छोटा करना

रेट्रोफ़िट परियोजनाओं में एक बार-बार होने वाली त्रुटि यह मान लेना है कि चूंकि ढक्कन गर्मी के नुकसान को कम करता है, इसलिए एक छोटा हीटर स्थापित किया जा सकता है। इसके कारण अस्वीकार्य रूप से लंबे समय तक गर्म रहना पड़ता है, ऑपरेटर निराश होते हैं और अक्सर दूसरा हीटर खरीदना पड़ता है। सही तरीका यह है कि हीटर के आकार को अपरिवर्तित रखा जाए (या यदि मूल ताप-अप समय सीमांत था तो इसे बढ़ाया भी जाए) और ढक्कन को कम साइकिल चालन के माध्यम से ऊर्जा बचत प्रदान करने दें।

निष्कर्ष

एक टैंक पर एक इंसुलेटेड ढक्कन को फिर से लगाना एक शानदार ऊर्जा-बचत उपाय है, लेकिन सबसे खराब स्थिति में हीट-अप ड्यूटी के लिए हीटर का आकार अभी भी होना चाहिए। ढक्कन रखरखाव भार को कम करके दीर्घकालिक परिचालन लागत को कम करता है, लेकिन यह ठंडे तरल को तापमान तक बढ़ाने के लिए बिजली की भौतिक आवश्यकता को नहीं बदलता है।पीटीएफई हीटर साइजिंग रेट्रोफिट इंसुलेटेड ढक्कनप्रक्रिया में अपरिवर्तित ताप-शक्ति की गणना करने और उसे अंतिम वाट क्षमता के रूप में उपयोग करने की आवश्यकता होती है, जबकि ढक्कन का लाभ कम कर्तव्य चक्र में देखा जाता है। एक हीटर का आकार स्प्रिंट के लिए होता है {{1}टैंक को तुरंत तापमान तक लाने के लिए{{2}क्रूज़ के लिए नहीं। ढक्कन बस क्रूज को और अधिक किफायती बनाता है।