उष्मा का आदान प्रदान करने वाला
हीट एक्सचेंजर्स क्या हैं?
शब्द "हीट एक्सचेंजर" का उपयोग एक ऐसे उपकरण का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो दोनों को मिलाए बिना एक तरल पदार्थ से दूसरे तरल पदार्थ में गर्मी के हस्तांतरण की सुविधा प्रदान करता है। इसमें दो अलग-अलग चैनल या पथ शामिल हैं, एक गर्म तरल पदार्थ के लिए और एक ठंडे तरल पदार्थ के लिए, जो गर्मी का आदान-प्रदान करते समय अलग-अलग रहते हैं। हीट एक्सचेंजर का प्राथमिक कार्य अपशिष्ट गर्मी का उपयोग, संसाधनों का संरक्षण और परिचालन लागत को कम करके ऊर्जा दक्षता को बढ़ाना है।
हीट एक्सचेंजर्स के सामान्य प्रकार
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स:ये वाणिज्यिक एचवीएसी प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य प्रकार के हीट एक्सचेंजर्स हैं। इनमें एक खोल में बंद ट्यूबों की एक श्रृंखला होती है। गर्म तरल पदार्थ ट्यूबों के माध्यम से बहता है जबकि ठंडा तरल पदार्थ शेल के भीतर ट्यूबों को प्रसारित करता है, जिससे कुशल ताप विनिमय की अनुमति मिलती है।
प्लेट हीट एक्सचेंजर्स:प्लेट हीट एक्सचेंजर्स बारी-बारी से उभरे और दबे हुए क्षेत्रों के साथ धातु प्लेटों के ढेर का उपयोग करते हैं। गर्म और ठंडे तरल पदार्थ प्लेटों के बीच अंतराल द्वारा बनाए गए अलग-अलग चैनलों के माध्यम से बहते हैं, बड़े सतह क्षेत्र के कारण गर्मी हस्तांतरण को अधिकतम करते हैं।
हवा से हवा में हीट एक्सचेंजर्स:हीट रिकवरी इकाइयों के रूप में भी जाना जाता है, ये हीट एक्सचेंजर्स अर्क और आपूर्ति वायु धाराओं के बीच गर्मी स्थानांतरित करते हैं। वे बासी हवा से गर्मी निकालते हैं और इसे ताजी हवा में स्थानांतरित करते हैं, आने वाली हवा को प्री-कंडीशनिंग करके ऊर्जा की खपत को कम करते हैं।
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर का औद्योगिक उपयोग क्या है?
रसायन, भोजन, तेल और गैस और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स का औद्योगिक उपयोग व्यापक है। इन्हें आमतौर पर विभिन्न उद्योगों में सीधे संपर्क के बिना दो तरल पदार्थों के बीच गर्मी स्थानांतरित करने के लिए नियोजित किया जाता है। शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स के कुछ प्रमुख औद्योगिक अनुप्रयोगों में शामिल हैं:
रासायनिक संयंत्रों में तापन और शीतलन प्रक्रियाएँ
रिफाइनरियों में संघनन और वाष्पीकरण कर्तव्य
बिजली उत्पादन सुविधाओं में हीट रिकवरी सिस्टम
वाणिज्यिक और आवासीय भवनों में एचवीएसी सिस्टम
खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों में प्रशीतन प्रणाली
तेल और गैस उत्पादन सुविधाओं में थर्मल प्रबंधन
कुल मिलाकर, शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स थर्मल दक्षता को अनुकूलित करने और औद्योगिक प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला में तापमान नियंत्रण बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर कितने प्रकार के होते हैं?
मूलतः, तीन मुख्य प्रकार के शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स हैं जिनका आमतौर पर उपयोग किया जाता है:
1. फिक्स्ड ट्यूब शीट एक्सचेंजर (एल, एम, और एन टाइप रियर हेडर)
इस डिज़ाइन में, ट्यूब शीट को शेल में वेल्ड किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सरल और किफायती निर्माण होता है। जबकि ट्यूब के छिद्रों को यंत्रवत् या रासायनिक रूप से साफ किया जा सकता है, रासायनिक सफाई को छोड़कर ट्यूबों की बाहरी सतहें आम तौर पर पहुंच योग्य नहीं होती हैं। शेल और ट्यूब सामग्री के बीच बड़े तापमान अंतर को समायोजित करने के लिए विस्तार धौंकनी आवश्यक हो सकती है, लेकिन वे कमजोरी और विफलता का स्रोत हो सकते हैं।
2. यू-ट्यूब एक्सचेंजर्स
यू-ट्यूब एक्सचेंजर में, फ्रंट हेडर प्रकार भिन्न हो सकते हैं, और पिछला हेडर आमतौर पर एम-टाइप होता है। यू-ट्यूब असीमित थर्मल विस्तार की अनुमति देते हैं, और सफाई के लिए ट्यूब बंडल को हटाया जा सकता है। हालाँकि, यांत्रिक तरीकों से ट्यूबों की आंतरिक सफाई मुश्किल है, जिससे यह प्रकार केवल उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होता है जहाँ ट्यूब के किनारे के तरल पदार्थ साफ होते हैं।
3. फ्लोटिंग हेड एक्सचेंजर (पी, एस, टी, और डब्ल्यू टाइप रियर हेडर)
इस प्रकार के एक्सचेंजर में, पीछे के हेडर सिरे पर ट्यूबशीट को शेल में वेल्ड नहीं किया जाता है, बल्कि हिलने या तैरने दिया जाता है। फ्रंट हेडर सिरे पर ट्यूबशीट शेल से बड़े व्यास की होती है और इसे निश्चित ट्यूबशीट डिज़ाइन के समान ही सील किया जाता है।
थर्मल विस्तार को समायोजित किया जा सकता है, और सफाई के लिए ट्यूब बंडल को हटाया जा सकता है। रियर हेडर के लिए एस-टाइप रियर हेड सबसे लोकप्रिय विकल्प है। फ्लोटिंग हेड एक्सचेंजर्स उच्च तापमान और दबाव के लिए उपयुक्त होते हैं लेकिन आमतौर पर फिक्स्ड ट्यूबशीट एक्सचेंजर्स की तुलना में अधिक महंगे होते हैं।
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शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर के घटकों को निम्नलिखित भागों में विभाजित किया जा सकता है:
1. शैल
शेल हीट एक्सचेंजर का सबसे बाहरी हिस्सा है जो ट्यूब बंडल को धारण करता है। यह आमतौर पर स्टील या अन्य उपयुक्त पदार्थों से निर्मित एक बेलनाकार कंटेनर होता है
2. ट्यूब या ट्यूब बंडल
शेल की लंबाई के साथ चलने वाली समानांतर ट्यूबों का एक संग्रह ट्यूब बंडल बनाता है। विशिष्ट उपयोग के आधार पर, ट्यूब विभिन्न सामग्रियों से बनी हो सकती हैं, जैसे स्टेनलेस स्टील, तांबा, या टाइटेनियम। ट्यूबों का व्यास और मोटाई भी महत्वपूर्ण डिज़ाइन पैरामीटर हैं।
3. ट्यूब शीट्स
ट्यूब शीट मजबूत शीट होती हैं जो ट्यूब बंडल और शेल के बीच बाधा के रूप में कार्य करती हैं। इनका निर्माण आम तौर पर स्टील का उपयोग करके किया जाता है और एक मजबूत और रिसाव-मुक्त समापन सुनिश्चित करने के लिए इसे खोल से जोड़ा जाता है। ट्यूबों को ट्यूब शीट में छेद के माध्यम से डाला जाता है और या तो विस्तारित किया जाता है या स्थिति में वेल्ड किया जाता है।
4. चकरा देने वाला
बैफल्स प्लेटें या छड़ें होती हैं जिन्हें ट्यूब बंडल के चारों ओर तरल पदार्थ की गति को नियंत्रित करने के लिए खोल के अंदर रखा जाता है। ये अभिविन्यास में अनुदैर्ध्य या अनुप्रस्थ हो सकते हैं और इनका उद्देश्य गर्मी हस्तांतरण की प्रभावशीलता को बढ़ाना है।
5. इनलेट और आउटलेट नोजल
इनलेट और आउटलेट नोजल हीट एक्सचेंजर में तरल पदार्थों के प्रवेश और निकास बिंदु के रूप में काम करते हैं। ये कनेक्शन आमतौर पर शेल के विपरीत छोर पर रखे जाते हैं और फ्लैंज या अन्य प्रकार की फिटिंग का उपयोग करके ट्यूब और शेल से जुड़े होते हैं।
6. विस्तार जोड़
विस्तार जोड़ लचीले कनेक्टर होते हैं जो ट्यूब बंडल के थर्मल विस्तार और संकुचन को समायोजित करते हैं। आमतौर पर हीट एक्सचेंजर के इनलेट और आउटलेट पर स्थित, इन जोड़ों का निर्माण धातु धौंकनी या अन्य लचीली सामग्री का उपयोग करके किया जाता है।
7. सहायक संरचनाएँ
समर्थन संरचनाएं हीट एक्सचेंजर्स को स्थिति में रखती हैं, जिससे एक स्थिर नींव सुनिश्चित होती है। समर्थन संरचनाएं या तो अस्थायी या स्थायी हो सकती हैं और स्टील या अन्य सामग्रियों से बनी हो सकती हैं।
शैल और ट्यूब ज्यामितीय शब्दावली
| 1 | स्थिर (सामने) हेड-चैनल | 20 | स्लिप-ऑन बैकिंग निकला हुआ किनारा |
| 2 | स्थिर (सामने) हेड-बोनट | 21 | फ्लोटिंग ट्यूबशीट स्कर्ट |
| 3 | स्थिर (सामने) सिर निकला हुआ किनारा | 22 | फ्लोटिंग ट्यूबशीट स्कर्ट |
| 4 | चैनल कवर | 23 | पैकिंग बॉक्स निकला हुआ किनारा |
| 5 | स्थिर हेड नोजल | 24 | पैकिंग |
| 6 | स्थिर ट्यूबशीट | 25 | पैकिंग अनुयायी अंगूठी |
| 7 | ट्यूबों | 26 | कंदील के प्रकाश वलय # लैंटर्न रिंग |
| 8 | शंख | 27 | टाई रॉड्स और स्पेसर्स |
| 9 | शैल आवरण | 28 | अनुप्रस्थ बाफ़ल या सपोर्ट प्लेट |
| 10 | शैल फ्लैंज-स्थिर हेड एंड | 29 | इंपिंगमेंट बाफ़ल या प्लेट |
| 11 | शैल फ्लैंज-रियर हेड एंड | 30 | अनुदैर्ध्य बाधक |
| 12 | शैल नोजल | 31 | विभाजन पारित करें |
| 13 | शैल कवर निकला हुआ किनारा | 32 | वेंट कनेक्शन |
| 14 | तापीय विस्तार जोड़ | 33 | नाली कनेक्शन |
| 15 | फ्लोटिंग ट्यूबशीट | 34 | उपकरण कनेक्शन |
| 16 | फ्लोटिंग हेड कवर | 35 | सैडल का समर्थन करें |
| 17 | फ्लोटिंग हेड फ्लैंज | 36 | ऊपर उठाने का हत्था |
| 18 | फ्लोटिंग हेड बैकिंग डिवाइस | 37 | समर्थन ब्रैकेट |
| 19 | विभाजित कतरनी अंगूठी |
ट्यूब व्यास लेआउट और पिच
ट्यूबों का व्यास 12.7 मिमी (0.5 इंच) से 50.8 मिमी (2 इंच) तक हो सकता है, लेकिन 19.05 मिमी (0.75 इंच) और 25.4 मिमी (1 इंच) सबसे सामान्य आकार हैं। ट्यूब शीट्स में ट्यूबों को त्रिकोणीय या चौकोर पैटर्न में बिछाया जाता है।
जहां यांत्रिक सफाई के लिए ट्यूब की सतह तक पहुंचना आवश्यक है वहां वर्गाकार लेआउट की आवश्यकता होती है। त्रिकोणीय व्यवस्था किसी दिए गए स्थान में अधिक ट्यूबों की अनुमति देती है। ट्यूब पिच ट्यूबों के बीच सबसे छोटी केंद्र-से-केंद्र दूरी है। ट्यूब रिक्ति ट्यूब पिच/ट्यूब व्यास अनुपात द्वारा दी जाती है, जो सामान्यतः 1.25 या 1.33 होती है। चूंकि सफाई के प्रयोजनों के लिए एक वर्गाकार लेआउट का उपयोग किया जाता है, इसलिए ट्यूबों के बीच न्यूनतम 6.35 मिमी (0.25 इंच) का अंतर अनुमत है।
बाधक प्रकार
बढ़ी हुई अशांति के कारण उच्च ताप-स्थानांतरण दर देने और ट्यूबों को सहारा देने के लिए शेल की तरफ बैफल्स स्थापित किए जाते हैं, जिससे कंपन के कारण क्षति की संभावना कम हो जाती है। कई अलग-अलग प्रकार के बाफ़ल हैं, जो ट्यूबों का समर्थन करते हैं और ट्यूबों में प्रवाह को बढ़ावा देते हैं।
एकल खंडीय (यह सबसे आम है),
डबल सेगमेंटल (इसका उपयोग कम शेलसाइड वेग और दबाव ड्रॉप प्राप्त करने के लिए किया जाता है),
डिस्क और डोनट.
बफ़ल के बीच की केंद्र-से-केंद्र की दूरी को बफ़ल-पिच कहा जाता है और इसे क्रॉसफ़्लो वेग को अलग-अलग करने के लिए समायोजित किया जा सकता है। व्यवहार में बाफ़ल पिच आम तौर पर शेल के अंदरूनी व्यास के बराबर दूरी या व्यास के पांचवें हिस्से के बराबर दूरी या 50.8 मिमी (2 इंच) जो भी अधिक हो, से अधिक नहीं होती है। तरल पदार्थ को ट्यूबों में पीछे और आगे की ओर प्रवाहित करने की अनुमति देने के लिए बाफ़ल के हिस्से को काट दिया जाता है। इस हिस्से की ऊंचाई को बैफल-कट कहा जाता है और इसे शेल व्यास के प्रतिशत के रूप में मापा जाता है, उदाहरण के लिए, 25 प्रतिशत बैफल-कट। बैफल-कट (या बैफल विंडो) के आकार को बैफल पिच के साथ विचार करने की आवश्यकता है। क्रमशः विंडो के माध्यम से और क्रॉसफ्लो में वेग को बराबर करने के लिए बैफल-कट और बैफल पिच को आकार देना सामान्य है।
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर का यांत्रिक डिज़ाइन शेल की मोटाई, निकला हुआ किनारा मोटाई आदि जैसी वस्तुओं पर जानकारी प्रदान करता है। इनकी गणना एएसएमई (अमेरिकन सोसाइटी ऑफ मैकेनिकल इंजीनियर्स) से बॉयलर और प्रेशर वेसल कोड जैसे दबाव पोत डिजाइन कोड का उपयोग करके की जाती है। और ब्रिटिश मास्टर प्रेशर वेसल स्टैंडर्ड, बीएस 5500। एएसएमई हीट एक्सचेंजर्स के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला कोड है और 11 खंडों में है। कोड की धारा VIII (सीमित दबाव वाहिकाएँ) हीट एक्सचेंजर्स पर सबसे अधिक लागू होती है लेकिन धारा II-सामग्री और धारा V-गैर विनाशकारी परीक्षण भी प्रासंगिक हैं।
ASME और BS5500 दोनों दुनिया भर में व्यापक रूप से उपयोग और स्वीकार किए जाते हैं, लेकिन कुछ देश इस बात पर ज़ोर देते हैं कि उनके अपने राष्ट्रीय कोड का उपयोग किया जाए। इसे सरल बनाने की कोशिश करने के लिए अंतर्राष्ट्रीय मानक संगठन अब एक नया अंतरराष्ट्रीय स्तर पर मान्यता प्राप्त कोड विकसित करने का प्रयास कर रहा है, लेकिन इसे स्वीकार किए जाने में कुछ समय लगने की संभावना है।