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हमारी कंपनी में 300 वर्ग फुट के विनिमय क्षेत्र वाला एक ऊर्ध्वाधर ट्यूब-आधारित हीट एक्सचेंजर है। कार्बन स्टील सामग्री के कारण इसमें जंग लगने की समस्या है; इसलिए हम इसे 304 स्टील सामग्री से बदलना चाहते हैं। क्या उसी हीट एक्सचेंजिंग प्रभाव को प्राप्त करने हेतु विनिमय क्षेत्र को बढ़ाने की आवश्यकता है? कितना बढ़ाना है?
समान ऊष्मा-आदान प्रभाव प्राप्त करने हेतु ऊष्मा-आदान क्षेत्रफल को बढ़ाने की आवश्यकता है; क्योंकि स्टेनलेस स्टील की ऊष्मा-संचरण दक्षता कार्बन स्टील की तुलना में कम होती है।
चूँकि स्टेनलेस स्टील की ऊष्मा संचरण क्षमता कार्बन स्टील की तुलना में कम होती है, इसलिए यदि कार्बन स्टील की ऊष्मा आदान प्रणाली वाली पाइपों को स्टेनलेस स्टील से बदला जाए, तो स्टेनलेस स्टील की पाइपों का ऊष्मा आदान हेतु उपयोग में आने वाला क्षेत्रफल बढ़ाना आवश्यक हो जाता है (अर्थात् पाइपों की कितने अतिरिक्त हीट एक्सचेंज क्षेत्र की आवश्यकता है, इसका निर्धारण हीट एक्सचेंज संबंधी गणनाओं के द्वारा किया जाता है; गणना के परिणामों के आधार पर ही समायोज लंबाई बढ़ाने एवं जड़ों की संख्या बढ़ाने से प्राप्त परिणाम अलग-अलग होते हैं। इसके अलावा, जड़ों की संख्या बढ़ाने से हीट एक्सचेंजर के आंतरिक व्यास में वृद्धि हो सकती है। आपको कौन-सा संशोधन विकल्प चुनना है, यह आप पर निर्भर है। चुने गए विकल्प के अनुसार हीट ट्रांसफर संबंधी गणनाएँ की जानी चाहिए, और उसके बाद ही मौजूदा हीट एक्सचेंजर में संशोधन किया जाना चाहिए।
लेकिन कुछ लोगों का कहना है कि सामग्री के स्वयं के ऊष्मा-संचरण गुणांक का समग्र ऊष्मा-आदान प्रभाव पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है; इसे तो नजरअंदाज ही किया जा सकता है। इसके अलावा, स्टेनलेस स्टील के उपयोग से जंग लगने की समस्या कम हो जाती है, इसलिए डिज़ाइन करते समय दीवारों की मोटाई को भी कम किया जा सकता है। चूँकि स्टेनलेस स्टील पर जंग नहीं लगती, इसलिए कार्बन स्टील वाले हीट एक्सचेंजरों में जंग के कारण होने वाली ऊष्मा-आदान दक्षता में कमी नहीं होती। इसलिए स्टेनलेस स्टील का उपयोग करने से हीट एक्सचेंजर के क्षेत्रफल में वृद्धि करने की आवश्यकता ही नहीं है; बल्कि एक ही क्षेत्रफल में भी इसकी ऊष्मा-आदान दक्षता कार्बन स्टील की तुलना में बेहतर होती है। —— इसलिए लोग उलझन में हैं।
सबसे पहले, ऊष्मा-हस्तांतरण संबंधी गणनाओं से प्राप्त मान, जमाव न होने की स्थिति में ही प्राप्त होते हैं। जब जमाव होने लगता है, तो आवश्यक ऊष्मा-हस्तांतरण स्तर हासिल नहीं हो पाता। दूसरे, ऊष्मा-आदान प्रणाली में उपयोग होने वाली पाइपों में आमतौर पर क्षय-सहनशीलता को ध्यान में नहीं रखा जाता। वास्तव में, स्टेनलेस स्टील का उपयोग करने पर ऐसी पाइपों की मोटाई बढ़ाने की आवश्यकता हो सकती है; क्योंकि स्टेनलेस स्टील का लोच-गुणांक कार्बन स्टील की तुलना में कम होता है। यदि कार्बन स्टील की पाइपों पर लगने वाला बाहरी दबाव सही ढंग से निर्धारित किया गया है, तो स्टेनलेस स्टील की पाइपों में बाहरी दबाव के कारण अस्थिरता उत्पन्न हो सकत इंजीनियरिंग के हिसाब से, अनुमत त्रुटि मान थोड़ा अधिक हो सकता है। यदि आवश्यकताएँ अधिक कठोर न हों, तो समान मात्रा में प्रतिस्थापन करने के बाद भी मूल ऊष्मा-हस्तांतरण दक्षता में कोई खास अंतर नहीं आता; ऐसी स्थिति में कोई समस्या नहीं होती। मेरा कहना यह है कि गणना के परिणामों को ध्यान में रखकर ही निर्णय लेना उचित है; खासकर उन उपकरणों के मामले में, जिनका अंतर आपकी स्वीकार्य सीमा से अधिक होता है। ऐसी स्थिति में, ऊष्मा-आदान क्षेत्रफल को बढ़ाकर ही इस कमी की भरपाई की जा सकती है।
सैद्धांतिक रूप से, ऊष्मा विनिमय क्षेत्रफल में उचित वृद्धि करने की आवश्यकता है; लेकिन इसे लागू किया जाए या नहीं, यह निर्धारित करने हेतु गणना आवश्यक है। आपकी स्थिति को देखते हुए, चाहे मात्रा बढ़ाई जाए या लंबाई, यह दोनों ही अव्यावहारिक है। व्यास एवं आकृति की लंबाई को आसानी से नहीं बदला जा सकता; अन्यथा तो पूरे उत्पाद को ही बदल देना बेहतर होगा… फिर पाइप बदलने की क्या आवश्यकता है?-
यदि इसे बदला जाता है, तो पाइप-प्लेटों की भी देखभाल आवश्यक है; ऐसी स्थिति में WOL वेल्डिंग विधि का उपयोग किया