फाउलिंग मार्जिन जो आमतौर पर गलत होता है
एक प्लेटिंग सुविधा 15% फाउलिंग मार्जिन के साथ हार्ड वॉटर हीटिंग ड्यूटी के लिए एक पीटीएफई हीट एक्सचेंजर निर्दिष्ट करती है। हीट एक्सचेंजर का आकार स्वच्छ ताप भार के 115% के लिए है, इस धारणा के आधार पर कि दूषण कारक प्रभावी ताप हस्तांतरण को लगभग 13% कम कर देगा।
छह महीने के ऑपरेशन के बाद, गर्मी उत्पादन में 25% की गिरावट आई है, और स्नान चरम उत्पादन के दौरान तापमान बनाए नहीं रख सकता है। हीट एक्सचेंजर को साफ किया जाता है, और हीट आउटपुट डिज़ाइन मान पर वापस आ जाता है। यह चक्र हर छह महीने में दोहराया जाता है।
15% मार्जिन अपर्याप्त था क्योंकि डिजाइन में इस्तेमाल किया गया फाउलिंग कारक वास्तविक कठिन पानी की स्थिति के बजाय सामान्य अनुमान पर आधारित था। छह महीने के बाद वास्तविक स्केल थर्मल प्रतिरोध स्वच्छ गर्मी हस्तांतरण प्रतिरोध के लगभग 25% के बराबर है, जिसे सफाई अंतराल के अंत में डिज़ाइन गर्मी उत्पादन को बनाए रखने के लिए 25% मार्जिन की आवश्यकता होती है।
स्केल थर्मल प्रतिरोध जो मार्जिन को संचालित करता है
कैल्शियम कार्बोनेट स्केल का तापीय प्रतिरोध जमाव की मोटाई और तापीय चालकता पर निर्भर करता है। कैल्शियम कार्बोनेट की तापीय चालकता लगभग 2.5 W/m·K है। 0.5 मिमी स्केल परत के लिए, थर्मल प्रतिरोध 0.0002 m²·K/W है।
0.8 मिमी की दीवार और 1,000 W/m²·K के प्रोसेस {{1}साइड फिल्म गुणांक वाले PTFE हीट एक्सचेंजर के लिए स्वच्छ ताप हस्तांतरण प्रतिरोध लगभग 0.0042 m²·K/W है। 0.0002 m²·K/W का स्केल थर्मल प्रतिरोध स्वच्छ प्रतिरोध का लगभग 5% है। इस छोटे प्रतिरोध के लिए केवल 5% मार्जिन की आवश्यकता होगी।
वास्तविक प्रदर्शन में गिरावट अकेले थर्मल प्रतिरोध द्वारा सुझाए गए पैमाने से कहीं अधिक है। स्केल परत सतह को भी खुरदरा कर देती है, जिससे दीवार के पास प्रवाह वेग कम हो जाता है और फिल्म प्रतिरोध बढ़ जाता है। स्केल थर्मल प्रतिरोध और फिल्म प्रतिरोध वृद्धि का संयुक्त प्रभाव आम तौर पर कठोर जल सेवा में छह महीने के बाद स्वच्छ गर्मी हस्तांतरण प्रतिरोध का 15-25% होता है।
पानी की कठोरता के एक कार्य के रूप में फाउलिंग मार्जिन
दूषण का मार्जिन पानी की कठोरता, ट्यूब की दीवार के तापमान और सफाई अंतराल पर निर्भर करता है। निम्नलिखित तालिका विभिन्न जल कठोरता स्तरों और सफाई अंतरालों के लिए अनुशंसित मार्जिन का सारांश देती है।
| जल कठोरता (मिलीग्राम/एल CaCO₃) | स्केल दर (मिमी/6 माह) | 6 महीने के बाद स्केल प्रतिरोध | अनुशंसित मार्जिन (6 महीने की सफाई) | अनुशंसित मार्जिन (12 महीने की सफाई) |
|---|---|---|---|---|
| 50-100 (मुलायम) | 0.1 मिमी | 0.00004 m²·K/W | 5% | 10% |
| 100-200 (मध्यम कठिन) | 0.2 मिमी | 0.00008 m²·K/W | 10% | 20% |
| 200-300 (हार्ड) | 0.35 मिमी | 0.00014 m²·K/W | 18% | 35% |
| 300-400 (बहुत कठिन) | 0.5 मिमी | 0.00020 m²·K/W | 25% | 50% |
| 400-500 (अत्यंत कठिन) | 0.7 मिमी | 0.00028 m²·K/W | 35% | 70% |
| 500 से ऊपर (नमकीन पानी जैसा) | 1.0 मिमी | 0.00040 m²·K/W | 50% | 100% |
अनुशंसित मार्जिन मानों में स्केल थर्मल प्रतिरोध और फिल्म प्रतिरोध में वृद्धि शामिल है। लंबे समय तक सफाई के अंतराल के लिए मार्जिन बड़ा होता है क्योंकि समय के साथ स्केल की मोटाई बढ़ती है।
ट्यूब वॉल तापमान का प्रभाव
स्केल जमाव दर ट्यूब की दीवार के तापमान के साथ बढ़ती है। दीवार का उच्च तापमान ट्यूब की सतह पर कैल्शियम कार्बोनेट की सुपरसैचुरेशन को बढ़ाता है और जमाव को तेज करता है।
उच्च ताप प्रवाह वाले PTFE हीट एक्सचेंजर के लिए, ट्यूब दीवार का तापमान अधिक होता है, और स्केल दर अधिक होती है। उच्च पैमाने की दर को ध्यान में रखते हुए फाउलिंग मार्जिन को बढ़ाया जाना चाहिए।
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स में दीवार तापमान प्रभाव विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि पीटीएफई की कम तापीय चालकता के परिणामस्वरूप धातु हीट एक्सचेंजर की तुलना में दिए गए हीट फ्लक्स के लिए दीवार का तापमान अधिक होता है। धातु इकाई के समान हीट फ्लक्स पर काम करने वाले पीटीएफई हीट एक्सचेंजर में उच्च दीवार तापमान और उच्च स्केल दर होगी।
प्रवाह वेग का प्रभाव
प्रवाह वेग ट्यूब की दीवार पर कतरनी तनाव के माध्यम से पैमाने के जमाव दर को प्रभावित करता है। उच्च वेग से कतरनी तनाव बढ़ जाता है, जिससे स्केल का आसंजन और जमाव दर कम हो जाती है।
0.5 मीटर/सेकेंड पर चलने वाले पीटीएफई हीट एक्सचेंजर के लिए, स्केल दर अधिक है, और फाउलिंग मार्जिन बड़ा होना चाहिए। 1.5 मीटर/सेकेंड पर चलने वाले हीट एक्सचेंजर के लिए, स्केल दर कम है, और मार्जिन छोटा हो सकता है।
कठोर जल सेवा में वेग प्रभाव विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। स्केल दर और आवश्यक फाउलिंग मार्जिन को कम करने के लिए 1.5-2.0 मीटर/सेकेंड के वेग की सिफारिश की जाती है।
आर्थिक व्यापार - फाउलिंग मार्जिन से बाहर
फाउलिंग मार्जिन हीट एक्सचेंजर की पूंजीगत लागत को बढ़ाता है। 25% मार्जिन पूंजी लागत को लगभग 20-25% बढ़ा देता है। मार्जिन ताप प्रवाह को भी कम करता है, जिससे ट्यूब की दीवार का तापमान और स्केल दर कम हो जाती है।
यह समझौता उच्च पूंजी लागत और कम सफाई आवृत्ति और ऊर्जा लागत के बीच है। बड़ा मार्जिन सफाई की आवृत्ति और उत्पादन हानि को कम करता है, लेकिन इससे पूंजीगत लागत बढ़ जाती है।
इष्टतम मार्जिन वह है जो सेवा जीवन पर स्वामित्व की कुल लागत को कम करता है। कुल लागत में पूंजीगत लागत, सफाई लागत, उत्पादन हानि लागत और ऊर्जा लागत शामिल है।
विभिन्न मार्जिन पर स्वामित्व की कुल लागत की मात्रा निर्धारित करना
निम्न तालिका 50 किलोवाट के ताप भार, 300 मिलीग्राम/लीटर की पानी की कठोरता और $500 प्रति घंटे के उत्पादन मूल्य के साथ एक कठोर जल तापन अनुप्रयोग में अलग-अलग फाउलिंग मार्जिन के लिए स्वामित्व की पांच - वर्ष की कुल लागत का सारांश देती है।
| फाउलिंग मार्जिन | सतह क्षेत्रफल | गर्मी का प्रवाह | सफाई अंतराल | पूंजीगत लागत | वार्षिक सफ़ाई लागत | वार्षिक उत्पादन हानि लागत | पांच-वर्ष कुल लागत |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0% | 20 m² | 2.5 डब्लू/सेमी² | 2 महीने | $28,000 | $9,000 | $12,000 | $133,000 |
| 10% | 22 m² | 2.3 डब्ल्यू/सेमी² | 3 महीने | $30,000 | $6,000 | $8,000 | $100,000 |
| 20% | 24 m² | 2.1 डब्ल्यू/सेमी² | 4 महीने | $32,000 | $4,500 | $6,000 | $84,500 |
| 30% | 26 m² | 1.9 डब्ल्यू/सेमी² | 6 महीने | $35,000 | $3,000 | $4,000 | $70,000 |
| 40% | 28 m² | 1.8 डब्लू/सेमी² | 8 महीने | $38,000 | $2,250 | $3,000 | $64,250 |
| 50% | 30 m² | 1.7 डब्लू/सेमी² | 10 महीने | $41,000 | $1,800 | $2,400 | $62,000 |
| 75% | 35 m² | 1.4 डब्ल्यू/सेमी² | 14 महीने | $48,000 | $1,300 | $1,700 | $63,000 |
इस एप्लिकेशन के लिए पांच - वर्षों की कुल लागत को 40-50% के फाउलिंग मार्जिन पर न्यूनतम किया गया है। 30% का मार्जिन पर्याप्त है लेकिन इष्टतम नहीं है। 75% का मार्जिन आकार से अधिक है और इसकी कुल लागत 50% मार्जिन से अधिक है।
डिज़ाइन सुविधाएँ जो आवश्यक मार्जिन को कम करती हैं
कई डिज़ाइन सुविधाएँ आवश्यक फाउलिंग मार्जिन को कम करती हैं।
उच्च प्रवाह वेग.उच्च वेग से कतरनी तनाव बढ़ जाता है और स्केल दर कम हो जाती है। कठोर जल सेवा के लिए 1.5-2.0 मीटर/सेकेंड के वेग की सिफारिश की जाती है।
चिकनी ट्यूब सतह.एक चिकनी ट्यूब सतह स्केल जमा के आसंजन को कम कर देती है। ट्यूब की सतह खरोंच या दोष से मुक्त होनी चाहिए।
-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 सफाई की लागत और डाउनटाइम कम हो जाता है।
पानी का नरम होना.एक जल सॉफ़्नर स्केल बनाने वाले कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को हटा देता है। नरमी से स्केल दर और आवश्यक फाउलिंग मार्जिन कम हो जाता है।
स्केल अवरोधक खुराक.एक स्केल अवरोधक रसायन क्रिस्टल के विकास में हस्तक्षेप करके स्केल दर को कम कर देता है। अवरोधक आवश्यक फाउलिंग मार्जिन को कम कर देता है।
तापमान नियंत्रण.ट्यूब की दीवार का तापमान कम करने से स्केल दर कम हो जाती है। कम ताप प्रवाह या पतली ट्यूब दीवार दीवार के तापमान को कम कर देती है।
कठोर जल सेवा के लिए विशिष्टता पैरामीटर
कठोर जल सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर निर्दिष्ट करने वाले उपकरण इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता के साथ निम्नलिखित मापदंडों की पुष्टि करनी चाहिए।
पानी की कठोरता.सेवा जल में कैल्शियम कार्बोनेट सांद्रता निर्दिष्ट करें।
परिचालन तापमान।अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान और ट्यूब दीवार तापमान निर्दिष्ट करें।
प्रवाह वेग.न्यूनतम ट्यूब साइड वेलोसिटी निर्दिष्ट करें। कठोर जल सेवा के लिए 1.5-2.0 मीटर/सेकेंड के वेग की सिफारिश की जाती है।
सफाई अंतराल.अपेक्षित सफाई अंतराल और सफाई विधि निर्दिष्ट करें।
फाउलिंग मार्जिन.पानी की कठोरता और सफाई अंतराल के आधार पर दूषण मार्जिन निर्दिष्ट करें।
सतह क्षेत्रफल।ताप भार और फाउलिंग मार्जिन के लिए आवश्यक सतह क्षेत्र निर्दिष्ट करें।
गर्मी का प्रवाह।दीवार की तापमान सीमा के आधार पर अधिकतम स्वीकार्य ताप प्रवाह निर्दिष्ट करें।
सफ़ाई प्रावधान.जगह की सफाई के लिए आवश्यक कनेक्शन और वॉल्विंग निर्दिष्ट करें।
फाउलिंग मार्जिन का कठोर जल स्थितियों से मिलान
कठोर जल सेवा में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर के लिए फाउलिंग मार्जिन पानी की कठोरता, ट्यूब दीवार के तापमान, सफाई अंतराल और स्वीकार्य प्रदर्शन में गिरावट पर निर्भर करता है। 10-20% का पारंपरिक मार्जिन अक्सर अपर्याप्त होता है। सफाई अंतराल के आधार पर, मध्यम कठोर से बहुत कठोर पानी के लिए अनुशंसित मार्जिन 20-50% है।
सेवा जीवन के दौरान स्वामित्व की कुल लागत के आधार पर मार्जिन का चयन किया जाना चाहिए। बड़ा मार्जिन पूंजीगत लागत को बढ़ाता है लेकिन सफाई की आवृत्ति और उत्पादन हानि को कम करता है। इष्टतम मार्जिन कुल लागत को कम करता है।
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विकल्पों का मूल्यांकन करने वाली कठोर जल सेवा सुविधाओं के लिए, फाउलिंग मार्जिन को खरीद दस्तावेजों में निर्दिष्ट किया जाना चाहिए और कमीशनिंग पर सत्यापित किया जाना चाहिए। निर्माता द्वारा प्रदान किए गए डिफ़ॉल्ट कॉन्फ़िगरेशन में पर्याप्त मार्जिन शामिल नहीं हो सकता है, और परिणामी प्रदर्शन में गिरावट के लिए अपेक्षा से अधिक बार सफाई की आवश्यकता हो सकती है।
कठोर जल या अन्य दूषण सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विनिर्देशों का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियर और खरीद विशेषज्ञ पानी की कठोरता, परिचालन तापमान, प्रवाह वेग, सफाई अंतराल और दूषण मार्जिन को कवर करते हुए एक डिजाइन समीक्षा का अनुरोध कर सकते हैं ताकि यह पुष्टि की जा सके कि इकाई सुविधा की वास्तविक जल गुणवत्ता और परिचालन लागत संरचना से मेल खाती है।
