उच्च दबाव भाप अनुप्रयोगों में धातुई इकाइयों की तुलना में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स की क्या सीमाएं हैं?

स्टीम टेबल जो सीमा को परिभाषित करती है

एक रासायनिक संयंत्र को 160 डिग्री के प्रक्रिया तापमान पर 150 किलोवाट गर्मी की आवश्यकता होती है, जिसमें 12 बार भाप तक पहुंच होती है, जो 191 डिग्री का संतृप्त तापमान प्रदान करती है। इस कर्तव्य के लिए निर्दिष्ट धात्विक हीट एक्सचेंजर 6 मिमी स्टेनलेस स्टील ट्यूब दीवार के साथ एक शेल {5}और{6}ट्यूब इकाई है। पीटीएफई विकल्प का मूल्यांकन उसी कर्तव्य के विरुद्ध किया जाना चाहिए।

12 बार और 191 डिग्री पर, संतृप्त भाप दबाव धातु ताप विनिमायक की सीमा के भीतर है। पीटीएफई के लिए, पहली बाधा अधिकतम परिचालन दबाव है। मानक पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स को मध्यम तापमान पर 0.5-1.0 एमपीए (5-10 बार) के लिए रेट किया गया है, लेकिन तापमान बढ़ने पर दबाव रेटिंग कम हो जाती है। 190 डिग्री पर, एक सामान्य पीटीएफई ट्यूब के लिए स्वीकार्य कामकाजी दबाव 0.3-0.5 एमपीए हो सकता है, जो आवश्यक भाप दबाव से कम है।

दूसरी बाधा तापमान पर निर्भर ताकत है। पीटीएफई अपने कमरे के तापमान का लगभग 50% तापमान 190 डिग्री पर बरकरार रखता है, और रेंगने की दर काफी बढ़ जाती है। ऊंचे तापमान पर दबाव झेलने के लिए ट्यूब की दीवार मोटी होनी चाहिए, जिससे थर्मल प्रतिरोध बढ़ जाता है और गर्मी हस्तांतरण गुणांक कम हो जाता है।

तीसरी बाधा आंतरिक तनाव है जो तब विकसित होता है जब ट्यूब की दीवार को भाप द्वारा गर्म किया जाता है। ट्यूब का भाप पक्ष 191 डिग्री पर है, और प्रक्रिया पक्ष 160 डिग्री पर है, जिससे दीवार पर 31 डिग्री का तापमान अंतर पैदा होता है। कम चालकता वाली सामग्री में, यह तापमान अंतर एक महत्वपूर्ण थर्मल तनाव पैदा करता है जो दबाव तनाव को बढ़ाता है।

दबाव नियंत्रण सीमा

दबाव नियंत्रण सबसे बुनियादी सीमा है। आंतरिक दबाव के तहत एक पतली दीवार वाली ट्यूब में घेरा तनाव दबाव और ट्यूब व्यास के समानुपाती होता है और दीवार की मोटाई के व्युत्क्रमानुपाती होता है। 6 मिमी बाहरी व्यास और 1.0 मिमी दीवार वाली पीटीएफई ट्यूब के लिए, 10 बार आंतरिक दबाव पर घेरा तनाव लगभग 30 एमपीए है। 190 डिग्री पर पीटीएफई की तन्यता ताकत लगभग 10-12 एमपीए है, जिसका मतलब है कि ट्यूब में पर्याप्त सुरक्षा कारक के साथ दबाव नहीं हो सकता है।

दीवार की मोटाई बढ़ाने से घेरा तनाव कम हो जाता है लेकिन थर्मल प्रतिरोध बढ़ जाता है। 2.0 मिमी की दीवार घेरा तनाव को 15 एमपीए तक कम कर देती है, जो ताकत सीमा के भीतर है, लेकिन थर्मल प्रतिरोध दोगुना हो जाता है, और गर्मी हस्तांतरण गुणांक कम हो जाता है। क्षतिपूर्ति के लिए हीट एक्सचेंजर बड़ा होना चाहिए, जिससे पूंजी लागत और स्थान की आवश्यकता बढ़ जाती है।

विकल्प ट्यूब व्यास को कम करना है। 1.0 मिमी दीवार वाली 3 मिमी बाहरी व्यास ट्यूब में 10 बार पर 15 एमपीए का घेरा तनाव होता है, जो ताकत सीमा के भीतर है। छोटे व्यास की ट्यूब में प्रति इकाई आयतन का सतह क्षेत्र अधिक होता है, जो आंशिक रूप से कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक की भरपाई करता है।

तापमान-आश्रित शक्ति सीमा

तापमान के साथ पीटीएफई की तन्य शक्ति कम हो जाती है। 20 डिग्री पर, तन्य शक्ति लगभग 25-30 एमपीए है। 100 डिग्री पर, यह लगभग 15-18 एमपीए है। 190 डिग्री पर, यह लगभग 10-12 एमपीए है। 250 डिग्री पर, यह लगभग 5-6 एमपीए है।

घटती ताकत स्वीकार्य तनाव और स्वीकार्य दबाव को सीमित करती है। एक हीट एक्सचेंजर जिसे 100 डिग्री पर 10 बार के लिए रेट किया गया है, 190 डिग्री पर केवल 4-5 बार के लिए रेट किया जा सकता है। कमरे के तापमान रेटिंग की तुलना में 190 डिग्री पर व्युत्पन्न कारक आम तौर पर 0.5-0.6 होता है।

व्युत्पन्न तापमान का एक रैखिक कार्य नहीं है। 150 डिग्री तक ताकत धीरे-धीरे कम होती जाती है और 200 डिग्री से ऊपर तेजी से घटती है। उच्च दबाव वाली भाप सेवा के लिए व्यावहारिक सीमा लगभग 150-180 डिग्री है, जिसके ऊपर अधिकांश औद्योगिक भाप प्रणालियों के लिए दबाव रेटिंग बहुत कम हो जाती है।

रेंगने की सीमा

रेंगना निरंतर भार के तहत किसी सामग्री का धीमा विरूपण है। पीटीएफई कमरे के तापमान पर रेंगता है और तापमान के साथ रेंगने की दर बढ़ जाती है। 190 डिग्री पर, रेंगने की दर 20 डिग्री की तुलना में 10-20 गुना अधिक हो सकती है।

हीट एक्सचेंजर में, रेंगना ट्यूब व्यास में धीमी वृद्धि और दीवार की मोटाई में धीमी कमी के रूप में प्रकट होता है। आंतरिक दबाव में ट्यूब फैलती है और दीवार पतली हो जाती है। समय के साथ, ट्यूब फट सकती है या ट्यूब से {{3} ट्यूब शीट का जोड़ लीक हो सकता है।

रेंगने की सीमा को आम तौर पर अधिकतम तनाव के रूप में व्यक्त किया जाता है जो 10,000 घंटों में 1% से कम तनाव पैदा करता है। 190 डिग्री पर पीटीएफई के लिए, यह तनाव लगभग 3-4 एमपीए है, जो तन्य शक्ति से बहुत कम है। रेंगने की सीमा, तन्य शक्ति नहीं, लंबी अवधि की सेवा के लिए नियंत्रण पैरामीटर है।

तापीय तनाव सीमा

ट्यूब की दीवार में थर्मल तनाव दीवार के पार तापमान अंतर, थर्मल विस्तार के गुणांक और लोच के मापांक के समानुपाती होता है। पीटीएफई के लिए, थर्मल विस्तार का गुणांक लगभग 12 × 10⁻⁵ / डिग्री है, और 190 डिग्री पर मापांक लगभग 200 एमपीए है।

दीवार पर 31 डिग्री के तापमान अंतर के लिए, थर्मल तनाव लगभग 7.4 एमपीए है। यह तनाव दबाव तनाव को बढ़ाता है और स्वीकार्य दबाव को कम करता है। उच्च दबाव वाले भाप अनुप्रयोग में, थर्मल तनाव कुल तनाव का एक महत्वपूर्ण अंश हो सकता है, और इसे डिज़ाइन गणना में शामिल किया जाना चाहिए।

दीवार पर तापमान के अंतर को कम करके थर्मल तनाव को कम किया जा सकता है, जिसका अर्थ है गर्मी के प्रवाह को कम करना। कम ताप प्रवाह के लिए बड़े सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, जिससे पूंजी लागत बढ़ जाती है।

उच्च दबाव वाली भाप सेवा में पीटीएफई और धात्विक इकाइयों की तुलना करना

निम्नलिखित तालिका 12 बार और 191 डिग्री पर उच्च दबाव भाप सेवा में पीटीएफई और स्टेनलेस स्टील हीट एक्सचेंजर्स के प्रदर्शन और लागत विशेषताओं का सारांश देती है।

पाँच - वर्षों की कुल लागत का मान $500 प्रति घंटे का उत्पादन मूल्य मानता है और इसमें पूंजीगत लागत, स्थापना लागत और पाँच वर्षों में रखरखाव लागत शामिल है।

जब पीटीएफई अभी भी बेहतर विकल्प है

यांत्रिक सीमाओं के बावजूद, कई उच्च दबाव वाले भाप अनुप्रयोगों में पीटीएफई अभी भी बेहतर विकल्प है।

संक्षारक घनीभूत सेवा.यदि स्टीम कंडेनसेट में क्लोराइड या फ्लोराइड जैसी संक्षारक प्रजातियां शामिल हैं, तो स्टेनलेस स्टील इकाई संक्षारणित हो सकती है, जबकि पीटीएफई इकाई प्रतिरोधी है।

कम -दबाव वाली भाप सेवा।5 बार से कम भाप के दबाव और 150 डिग्री से कम तापमान पर, पीटीएफई यांत्रिक सीमाएं कम गंभीर होती हैं, और पीटीएफई इकाई प्रतिस्पर्धी हो सकती है।

उच्च-शुद्धता सेवा.यदि प्रक्रिया द्रव धातु आयनों से संदूषण के प्रति संवेदनशील है, तो पीटीएफई इकाई बेहतर विकल्प है क्योंकि यह धातु आयनों का रिसाव नहीं करती है।

लघु ताप भार सेवा.छोटे ताप भार के लिए, PTFE इकाई का बड़ा सतह क्षेत्र एक बाधा से कम है, और कम पूंजी लागत PTFE के पक्ष में हो सकती है।

रेट्रोफ़िट सेवा.यदि मौजूदा हीट एक्सचेंजर एक पीटीएफई इकाई है और भाप का दबाव बढ़ा हुआ है, तो दबाव व्युत्पन्न सीमा के भीतर होने पर भी पीटीएफई इकाई पर्याप्त हो सकती है।

डिज़ाइन संशोधन जो पीटीएफई दबाव सीमा को बढ़ाते हैं

कई डिज़ाइन संशोधनों से उच्च दबाव वाली भाप सेवा में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स की दबाव सीमा बढ़ जाती है।

छोटा ट्यूब व्यास.एक छोटे व्यास की ट्यूब में समान दबाव और दीवार की मोटाई के लिए कम घेरा तनाव होता है। एक 3 मिमी ट्यूब समान दीवार मोटाई वाली 6 मिमी ट्यूब की तुलना में अधिक दबाव का सामना कर सकती है।

मोटी ट्यूब दीवार.मोटी दीवार घेरा तनाव को कम करती है लेकिन थर्मल प्रतिरोध को बढ़ाती है। विशिष्ट दबाव और गर्मी हस्तांतरण आवश्यकताओं के लिए दीवार की मोटाई को अनुकूलित किया जाना चाहिए।

प्रबलित ट्यूब निर्माण.धातु या मिश्रित सुदृढीकरण वाली एक पीटीएफई ट्यूब एक गैर-प्रबलित ट्यूब की तुलना में अधिक दबाव का सामना कर सकती है। सुदृढीकरण एक तार की चोटी, एक सर्पिल लपेट, या एक समग्र परत हो सकता है।

ऑपरेटिंग तापमान में कमी.भाप का तापमान कम करने से थर्मल तनाव कम हो जाता है और सामग्री की ताकत बढ़ जाती है। कम भाप दबाव या डीसुपरहीटर तापमान को कम कर सकता है।

ताप प्रवाह में कमी.कम ऊष्मा प्रवाह दीवार पर तापमान के अंतर और तापीय तनाव को कम कर देता है। एक बड़े सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, जिससे पूंजी लागत बढ़ जाती है।

फ्लोटिंग ट्यूब शीट.एक फ्लोटिंग ट्यूब शीट ट्यूब और ट्यूब शीट पर अक्षीय तनाव को कम करती है, जिससे दबाव नियंत्रण में सुधार होता है।

उच्च दबाव वाली स्टीम सेवा के लिए विशिष्टता पैरामीटर

उच्च दबाव वाली भाप सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता के साथ निम्नलिखित मापदंडों की पुष्टि करनी चाहिए।

भाप का दबाव और तापमान.अधिकतम भाप दबाव और संतृप्त तापमान निर्दिष्ट करें।

प्रक्रिया तापमान.प्रक्रिया द्रव तापमान और दृष्टिकोण तापमान निर्दिष्ट करें।

ट्यूब का व्यास और दीवार की मोटाई।दबाव और गर्मी हस्तांतरण आवश्यकताओं के आधार पर ट्यूब व्यास और दीवार की मोटाई निर्दिष्ट करें।

दाब मूल्यांकन।ऑपरेटिंग तापमान पर दबाव रेटिंग निर्दिष्ट करें, कमरे के तापमान पर नहीं।

रेंगने की सीमा.लंबी अवधि की सेवा के लिए रेंगने की सीमा और अधिकतम स्वीकार्य तनाव निर्दिष्ट करें।

तापीय तनाव.थर्मल तनाव गणना और स्वीकार्य तनाव निर्दिष्ट करें।

सुदृढीकरण.निर्दिष्ट करें कि क्या ट्यूब प्रबलित है और सुदृढ़ीकरण का प्रकार।

सेवा जीवन की आवश्यकता.अपेक्षित सेवा जीवन और प्रतिस्थापन अनुसूची निर्दिष्ट करें।

स्टीम स्थितियों के साथ पीटीएफई डिज़ाइन का मिलान

उच्च दबाव वाली भाप सेवा में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स की सीमाएं दबाव रोकथाम, तापमान {{1}निर्भर ताकत, रेंगना और थर्मल तनाव हैं। इन सीमाओं को छोटे ट्यूब व्यास, मोटी दीवार, सुदृढीकरण और कम ताप प्रवाह जैसे डिज़ाइन संशोधनों द्वारा प्रबंधित किया जा सकता है। उच्च दबाव वाली भाप सेवा में पीटीएफई के लिए व्यावहारिक सीमा 190 डिग्री पर लगभग 5 बार है, जिसके ऊपर डिज़ाइन अव्यावहारिक हो जाता है या पूंजीगत लागत निषेधात्मक हो जाती है।

चयन निर्णय एक सुविधा विशिष्ट विश्लेषण पर आधारित होना चाहिए जिसमें भाप की स्थिति, प्रक्रिया की आवश्यकताएं, पूंजी लागत और रखरखाव लागत शामिल हो। इन मापदंडों के साथ एक सरल स्प्रेडशीट मॉडल निर्णय लेने के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करता है।

हीट एक्सचेंजर विकल्पों का मूल्यांकन करने वाली उच्च दबाव वाली भाप सेवा सुविधाओं के लिए, सामग्री का चयन अपेक्षित सेवा जीवन पर स्वामित्व की कुल लागत पर आधारित होना चाहिए, न कि केवल पूंजी लागत या थर्मल प्रदर्शन पर। उच्च पूंजीगत लागत वाली एक धातु इकाई की जीवनकाल लागत कम हो सकती है यदि यह बिना व्युत्पन्न हुए भाप की स्थिति को संभाल सकती है।

उच्च दबाव वाली भाप या अन्य मांग वाली सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विनिर्देशों का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियर और खरीद विशेषज्ञ भाप दबाव, भाप तापमान, ट्यूब व्यास, दीवार की मोटाई, दबाव रेटिंग, रेंगने की सीमा और थर्मल तनाव को कवर करते हुए एक डिजाइन समीक्षा का अनुरोध कर सकते हैं ताकि यह पुष्टि की जा सके कि इकाई सुविधा की वास्तविक भाप स्थितियों और प्रक्रिया आवश्यकताओं से मेल खाती है।