पाइपलाइनों एवं भंडारण टैंकों में तापमान में होने
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गणना I: लंबे समय से, हम इन्सुलेटेड पाइपलाइनों से होने वाले ऊष्मा-नुकसान की गणना करते आ रहे हैं। विभिन्न इन्सुलेशन मानकों में भी बिना इन्सुलेशन वाली पाइपलाइनों से होने वाले तापमान-ह्रास की गणना को ध्यान में ही नहीं लिया गया है। औद्योगिक उत्पादन क्षेत्र में ऐसी पाइपलाइनें शायद ही कहीं पाई जाती हैं, लेकिन रोजमर्रा की जिंदगी में ऐसी समस्याएँ वाकई मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, मेरे घर में गैस वॉटर हीटर रसोई में है, और रसोई से बाथरूम तक की दूरी 10 मीटर से अधिक नहीं है; इसलिए पाइपलाइनों की लंबाई भी ज्यादा नहीं होगी। फिर भी, रसोई में वॉटर हीटर से निकलने वाले पानी का तापमान बहुत अधिक होता है – लगभग 60-70 डिग्री सेल्सियस। जबकि बाथरूम में वॉटर हीटर से निकलने वाले पानी का तापमान बिल्कुल भी अधिक नहीं होता; शायद यह 40 डिग्री सेल्सियस के आसपास ही होता है। ऐसे बड़े तापमान-अंतर की गणना क्या सूत्रों के द्वारा की जा सकती है? मान लीजिए कि पाइपलाइनें हवा में ही हैं। कुछ समस्याएँ जिनका समाधान आवश्यक है:a. पाइपों की निर्माण हेतु उपयोग में आने वाली सामग्रियाँ – कार्बन स्टील, पीवीसी। इन सामग्रियों की ऊष्मा-चालकता संबंधी जानकारी आमतौर पर उपलब्ध होती है; लेकिन पीवीसी पाइपों की ऊष्मा-चालकता एवं उनकी कालापन-संबंधी मानों के बारे में कोई विश्वसनीय जानकारी उपलब्ध नहीं है। ख. स्टील की पाइपें, PVC पाइपें एवं हवा द्वारा होने वाले ऊष्मा संचरण का गुणांक कैसे निकाला जाता है? वर्तमान में, ऊष्मा-संरक्षण संबंधी मानकों में ऊष्मा-संचरण गुणांक, ऐसी संरचनाओं के लिए ही निर्धारित किए गए हैं, जिनमें ऊष्मा-संरक्षण हेतु सामग्री एवं सतह पर सुरक्षात्मक परत मौजूद हो। ऐसी संरचनाओं के लिए ही इन सूत्रों का उपयोग किया जा सकता है; हवा में खुले रहने वाली पाइपलाइनों के लिए इन सूत्रों का उपयोग किया जा सकता है या नहीं, इस बारे में कोई स्पष्ट निर्देश नहीं है। किसी ने मुझे PVC का ऊष्मा-संचरण गुणांक 0.23 बताया, लेकिन PVC सामग्री का “कालापन-मान” उपलब्ध नहीं है; इसलिए ऊष्मा-संचरण गुणांक की सटीक गणना करना संभव नहीं है। अतः, कृपया कुछ विशेषज्ञों से सलाह देने का अनुरोध है। गणना II: भंडारण टैंक, औद्योगिक क्षेत्र में प्रयोग में आने वाले सामान्य उपकरण हैं। भंडारण टैंक से ऊष्मा का निकास, गुंबदाकार संरचना, बेलनाकार भाग एवं तल इन तीन भागों द्वारा होता है। गुंबदाकार संरचना के लिए कोई उपयुक्त ऊष्मा-संचरण गुणांक नहीं है; क्या समतल सतहों के लिए प्रयोग में आने वाले सूत्रों का उपयोग किया जा सकता है? टैंक के तल से होने वाले ताप-स्थानांतरण की गणना के लिए कोई सटीक मानक या विधि उपलब्ध नहीं है। कुछ भंडारण टैंकों में तापमान में कमी संबंधी विशेष आवश्यकताएँ होती हैं; उदाहरण के लिए, 24 घंटों के भीतर तापमान में 2℃ से अधिक की कमी नहीं होनी चाहिए। इन दोनों पहलुओं को ध्यान में रखकर ही कार्य करना आवश्यक है। मुझे नहीं पता कि आप लोग इस समस्या को कैसे हल करते हैं।
मुझे भी यह जानने में बहुत रुचि है… कृपया बताइए :D:D:D:D
गणना हेतु HG/T20570.11-95 देखा जा सकता है।； “दो की गणना” संबंधी जानकारी हेतु, “ऑयलफील्ड ऑयल एंड गैस परिवहन डिज़ाइन तकनीकी मार्गदर्शिका” के पहले खंड के चौथे अध्याय को देखा जा सकता है; उस अध्याय में तेल टैंकों के इन्सुलेशन संबंधी वास्तव में, ऊष्मा संचरण संबंधी गणनाएँ तो ऊष्मा संचरण गुणांक की गणना ही हैं। और ऊष्मा संचरण गुणांक की गणना के लिए 5 प्रकार के ऊष्मा-प्रतिरोधों को ध्यान में रखना आवश्यक है – गर्म माध्यम का ऊष्मा-प्रतिरोध, ठंडे माध्यम का ऊष्मा-प्रतिरोध, गर्म माध्यम की सतह पर जमी गंदगी का ऊष्मा-प्रतिरोध, ठंडे माध्यम की सतह पर जमी गंदगी का ऊष्मा-प्रतिरोध, एवं ऊष्मा-संचरण माध्यम का स्वयं का ऊष्मा-प्रतिरोध। इन सभी को अलग-अलग विश्लेषित करना कोई कठिन कार्य नहीं है।
हाँ, ऊष्मा संचरण गुणांक की गणना करने की विधि ही महत्वपूर्ण है।
प्रश्न 1: सरल गणना करें, SH/T3010_2013 के अनुसार।
इन्सुलेशन की मोटाई 0 है; अन्य पैरामीटरों के बारे में कोई जानकारी उपलब्ध नहीं है। उदाहरण के लिए, PVC सामग्री की ऊष्मा-चालकता एवं कालापन-स्तर क्या है?
कृपया SH/T3010_2013 में दिए गए सूत्रों को देखें। ऊष्मा हानि, सतही ऊष्मा-विनिमय गुणांक, माध्यम का तापमान एवं वातावरणीय तापमान आदि पर निर्भर है। यह धातु की पाइपलाइनों से संबंधित है; इसकी गणना बहुत ही सरल है, इसे जटिल बनाने की कोई आवश्यकता नहीं है।
अगर यह PVC पाइप है, तो PVC सामग्री एवं इस्पात की सामग्री में निश्चित रूप से अंतर होता है।
मैंने ऊपर बताए गए तरीकों/मानदंडों के अनुसार ही जाँच की। सारांश यह है: 1. पाइपलाइनों में ऊष्मा-संरक्षण संबंधी कोई गणना नहीं की गई है; किसी भी ऊष्मा-संरक्षण संबंधी मानदंड में इसका कोई उल्लेख नहीं है।； क्योंकि औद्योगिक क्षेत्रों में ज्यादातर जगहों पर इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है; इन्सुलेशन न होने की स्थिति में तापमान में होने वाली कमी के बारे में कोई विचार ही नहीं क ； 2. तेल टैंकों का तापमान कम हो जाता है। मैंने लगभग ही इसकी गणना की है; यदि कोई गर्मी प्रदान करने वाली व्यवस्था न हो, तो तापमान में काफी गिरावट आ जाती है। “ऑयलफील्ड ऑयल एंड गैस ट्रांसपोर्टेशन डिज़ाइन टेक्निकल मैनुअल” को देखने पर पता चलता है कि आमतौर पर ऐसी जगहों पर गर्मी प्रदान करने हेतु विशेष व्यवस्थाएँ ही होती हैं ； केवल इन्सुलेशन संरचनाओं पर निर्भर रहने से तापमान में कमी लाने की आवश्यकताओं को पूरा करना बहुत ही कठिन
"तेल टैंकों का तापमान घटता है; मैंने स्वयं अनुमान लगाया है कि यदि कोई गर्मी प्रदान करने वाला उपाय न हो, तो तापमान में काफी गिरावट आ जाती है। केवल इन्सुलेशन संरचना पर ही भरोसा करने से तापमान में होने वाली गिरावट को कम करना बहुत मुश्किल है। यह दृष्टिकोण बहुत ही एकतरफा है। इंजीनियरिंग डिज़ाइन में, यदि अनुमेय ऊष्मा हानि बहुत कम होनी आवश्यक है (अर्थात् तापमान में गिरावट बहुत कम होनी चाहिए), तो इन्सुलेशन का उपयोग करना ही पर्याप्त है। इन्सुलेशन की मोटाई SH/T3010_2013 के अनुसार निर्धारित की जानी चाहिए।
इंजीनियरिंग में, प्रकाश-ट्यूबों से होने वाले ऊष्मा-नुकसान की गणना भी आवश्यक होती है। उदाहरण के लिए, जब कोई प्रकाश-ट्यूब लंबी दूरी तक परिवहन किया जाता है, तो कम तापमान के कारण उसका तापमान घट जाता है। तापमान को स्थिर रखने हेतु हीटरों का उपयोग किया जाता है; और हीटरों को डिज़ाइन करते समय उस प्रकाश-ट्यूब से होने वाले ऊष्मा-नुकसान की गणना आवश्यक हो जाती है।
क्या ऊपर कहीं इस प्रकाश-ट्यूब में ऊष्मा-संरक्षण न होने के कारण होने वाले तापमान-अंतर की गणना संबंधी जानक
प्रकाश-नलियों से होने वाली ऊष्मा-हस्तांतरण प्रक्रिया, विकिरण एवं संवहन द्वारा होने वाली संयुक्त ऊष्मा-हस्तांतरण प्रक्रिया है। इसकी गणना हेतु “रसायन विज्ञान के सिद्धांत – खंड 1” में “विकिरण एवं संवहन द्वारा होने वाली संयुक्त ऊष्मा-हस्तांतरण प्रक्रिया” संबंधी विवरणों का उपयोग किया जा सकता है। गणना का मुख्य बिंदु, संवहन एवं विकिरण द्वारा होने वाली ऊष्मा-हस्तांतरण दरों की गणना है; संयुक्त ऊष्मा-हस्तांतरण दर, विकिरण द्वारा होने वाली ऊष्मा-हस्तांतरण दर एवं संवहन द्वारा होने वाली ऊष्मा-हस्तांतरण दर का योग है। विकिरण द्वारा होने वाली ऊष्मा-हस्तांतरण दर, विकिरण-गुणांक, बाहरी सतह का तापमान एवं वातावरणीय तापमान पर निर्भर है; विस्तृत जानकारी हेतु संबंधित सूत्रों को देखा जा सकता है। सबसे कठिन बात, संवहन द्वारा होने वाली ऊष्मा-हस्तांतरण दर की गणना है। रसायन विज्ञान के सिद्धांतों में इसके लिए संबंधित गणना-सूत्र दिए गए हैं (प्राकृतिक संवहन एव विकिरण एवं संवहन द्वारा होने वाले ऊष्मा-स्थानांतरण के लिए आवश्यक गुणांकों की गणना हेतु, “पेट्रोकेमिकल उपकरणों की प्रक्रियात्मक पाइपलाइनों के डिज़ाइन एवं गणना संबंधी मैनुअल – भाग 1” में दिए गए सतही ऊष्मा-स्थानांतरण गुणांकों के सूत्रों का उपयोग किया जा सकता है। ध्यान देने योग्य बात यह है कि ये सूत्र इन्सुलेटेड संरचनाओं की बाहरी सतहों से होने वाले ऊष्मा-स्थानांतरण के लिए हैं; ये विकिरण द्वारा होने वाले ऊष्मा-स्थानांतरण एवं संवहन द्वारा होने वाले ऊष्मा-स्थानांतरण के योग के बराबर होते हैं। इसमें संवहन द्वारा होने वाले ऊष्मा-स्थानांतरण की गणना बाहर हवा होने, अंदर हवा न होने, या बंद वातावरण में होने वाली स्थितियों को ध्यान में रखकर की जाती है। मेरे विचार में, साधारण ट्यूबों की बाहरी सतहों से होने वाले ऊष्मा-स्थानांतरण की गणना हेतु भी इस मैनुअल में दिए गए सूत्रों का ही उपयोग किया जा सकता है।
ऊष्मा संचरण गुणांक की गणना हेतु विभिन्न मानकों में विधियाँ दी गई हैं। लेकिन PVC सामग्री से संबंधित पैरामीटरों (जैसे ऊष्मा चालकता एवं कालापन मान) का निर्धारण करना कठिन है। इसके अलावा, तापमान में होने वाली कमी की गणना हेतु भी कोई स्पष्ट सूत्र उपलब्ध नहीं है। मैंने स्टील पाइपों के आधार पर ही गणना की; लेकिन तापमान में कमी बहुत कम हुई – 100 मीटर की दूरी पर भी तापमान में 1℃ से भी कम कमी हुई। ऐसा लगता है कि कहीं कोई गलती है।