ट्यूबलर हीटिंग फर्नेस की संरचना एवं उपयोग में आने वाली अग्निरोधक साम

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एक आवरणयुक्त, बंद संरचना में बड़ी संख्या में आपस में जुड़े हुए उच्च गुणवत्ता वाले या मिश्र धातु से बने बिना जोड़ वाले पाइप लगे होते हैं। गर्म करने वाला पदार्थ इन बिना जोड़ वाले पाइपों में उच्च गति से प्रवाहित होता है। इस बंद संरचना में ईंधन जलकर उच्च तापमान वाली धुएँ की गैसें उत्पन्न होती हैं। ये उच्च तापमान वाली गैसें विकिरण, संवहन एवं संचरण के माध्यम से गर्म किए जाने वाले पदार्थ को ऊष्मा प्रदान करती हैं; जिससे वह पदार्थ उत्पादन प्रक्रिया में निर्धारित तापमान तक पहुँच जाता है, या कोई विशेष रासायनिक अभिक्रिया पूरी हो जाती है।； ऐसे उपकरणों को सामान्य रूप से “ट्यूबलर हीटिंग फर्नेस” कहा जाता ह आज हम जिस “ट्यूबलर हीटिंग फर्नेस” के बारे में बात कर रहे हैं, वह तेल शोधन एवं पेट्रोकेमिकल उत्पादन प्रक्रियाओं में उपयोग होने वाला एक हीटिंग उपकरण है; इसे संक्षेप में “पेट्रोकेमिकल प्रक्रिया हीटिंग फर्नेस” कहा जाता है http://www.znhcl.com/uedits/c029a71236c5454cabf957f3dc755142.jpg पेट्रोकेमिकल प्रक्रियाओं हेतु उपयोग में आने वाले ट्यूब-आकार के हीटिंग फर्नेस, रेडिएशन चैंबर, कंवेक्शन चैंबर, अतिरिक्त ऊष्मा संग्रहण उपकरण, बर्नर, वायु आपूर्ति प्रणाली एवं धुआँ निकासी प्रणाली जैसे घटकों से मिलकर बने होते हैं। विकिरण कक्ष – विकिरण कक्ष, हीटिंग फर्नेस में विकिरण द्वारा ऊष्मा संचरण की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। चूँकि यह वह स्थान है जहाँ आग सीधे मौजूद होती है, इसलिए यही हीटिंग फर्नेस का सबसे गर्म हिस्सा होता है। इसके निर्माण हेतु उपयोग की जाने वाली सामग्री की संरचना, मजबूती, मोटाई एवं यांत्रिक गुणों पर ध्यान देना आवश्यक है। साथ ही, कार्यात्मक दृष्टि से, पूरी फर्नेस में उत्पन्न होने वाली 70–80% ऊष्मा रेडिएशन चैंबर में ही अवशोषित हो जाती है। उन भट्टियों में, जहाँ तरल पदार्थों में अभिक्रियाएँ एवं विघटन होते हैं, ऐसी अभिक्रियाएँ एवं विघटन आमतौर पर विकिरण कक्ष में ही होते हैं। इसलिए यह कहना अतिशयोक्ति नहीं है कि विकिरण कक्ष की गुणवत्ता ही हीटिंग फर्नेस की गुणवत्ता को निर्धारित करती है। 2. संवहन कक्ष – संवहन कक्ष, हीटिंग फर्नेस में संवहनीय ऊष्मा-हस्तांतरण के लिए महत्वपूर्ण भाग है। इस कक्ष में बहुत ही घनी व्यवस्था में पाइप लगे होते हैं; ऐसी संरचना के कारण धुएँ की गति बढ़ जाती है, जिससे प्रभावी संवहनीय ऊष्मा-हस्तांतरण हो पाता है। आम तौर पर, कन्वेक्शन चैंबर, पूरे भट्ठी के ऊष्मा-भार का 20–30% हिस्सा ही अवशोषित करता है। कंवेक्शन चैंबर को रेडिएशन चैंबर के ऊपर स्थापित किया ज ； इसे जमीन पर भी रखा जा सकता है, एवं धुआँ निकालने हेतु इसे चूल्हे के मुख्य भाग से जोड़ा जा सकता है; लेकिन मूल रूप से इसकी कार्यप्रणाली वही रह कन्वेक्शन चैंबर में नील प्रकार की ट्यूबें या फिन वाली ट्यूबें उपयोग में लाई ज 3. अतिरिक्त ऊष्मा पुनर्प्राप्ति उपकरण – अतिरिक्त ऊष्मा पुनर्प्राप्ति उपकरण, वह उपकरण है जिसका उपयोग कंवेक्शन चैंबर से निकलने वाली धुएँ में मौजूद ऊष्मा को पुनः प्राप्त करने हेतु किया जाता है; या जब कोई कंवेक्शन चैंबर ही न हो, तो रेडिएशन चैंबर से निकलने वाली धुएँ में मौजूद वर्तमान में, देश-विदेश की विभिन्न रिफाइनरियों में अतिरिक्त ऊष्मा को पुनः प्राप्त करने हेतु लगभग निम्नलिखित तरीके अपनाए जा रहे हैं:
a. प्रक्रिया-प्रवाह एवं उपकरणों के समग्र संतुलन को ध्यान में रखते हुए, ठंडा इनपुट – गर्म तेल/हवा का उपयोग हवा को पूर्व-तापित करने हेतु किया जाता है। ख. परिसंचरण प्रणाली को बेहतर एवं सरल बनाने हेतु, ऊष्मा-वाहक आधारित परिसंचरण प्रणाली का उपयोग किया जा सकता है – अर्थात् गर्म तेल/हवा का उपयोग हवा को प इसमें ओपन-सर्किट एवं क्लोज्ड-सर्किट हीट कैरियर सर्कुलेशन भी शाम ग. सहायक रीसाइक्लिंग उपकरणों की संख्या बढ़ाने हेतु, विकल्प ① – स्टील ट्यूब आकार के उपकरण हैं ； ②ग्लास ट्यूब प्रकार ； ③रोटरी प्रकार ； ④लोहे की पाइपें ； ⑤टर्बुलेंटाइज़र प्रकार ； ⑥थर्मल ट्यूब प्रकार ； ⑦प्लेट-आधारित वायु पूर्व-तापक आदि। घ. अन्य उपकरणों के साथ मिलकर ऊर्जा-बचत हेतु, ① अतिरिक्त ऊष्मा से ऊर्जा प्राप्त करने हेतु बॉयलर उपयोग में ； ②थर्मल-विद्युत संयंत्र। 4. जलाऊ यंत्र, हीटिंग फर्नेस के महत्वपूर्ण घटकों में से एक है। इसके तकनीकी गुणों की गुणवत्ता, एवं यह कि यह हीटिंग फर्नेस की प्रक्रियात्मक आवश्यकताओं, फर्नेस की संरचना एवं ऊष्मा संचरण की विशेषताओं के अनुरूप है या नहीं, यह हीटिंग फर्नेस के संचालन, ऊर्जा खपत एवं पर्यावरण संरक्षण पर सीधा प्रभाव डालता है। ऐसे बर्नरों का चयन करना महत्वपूर्ण है, जिनके तकनीकी गुण, हीटिंग फर्नेस की प्रक्रियात्मक आवश्यकताओं, फर्नेस की संरचना एवं ऊष्मा संचरण की विशेषताओं के अनुरूप हों; ऐसा करने से ही हीटिंग फर्नेस का कुशलतापूर्वक, लंबे समय तक, सुरक्षित एवं स्थिर रूप से संचालन संभव हो पाता है। 5. वेंटिलेशन उपकरणों का कार्य, दहन हेतु आवश्यक हवा को अंदर लाने के साथ-साथ धुएँ को भट्ठी से बाहर निकालना है। वेंटिलेशन उपकरणों के दो प्रकार हैं – प्राकृतिक वेंटिलेशन एवं जबरदस्ती वेंटिलेशन। पहला, चिमनी की वेंटिलेशन क्षमता पर निर्भर है। ； दूसरे विधि में, एक वेंटिलेशन यंत्र का उपयोग करके धुआँ बाहर निकाला ज आम तौर पर, जब भट्ठी के अंदर का दबाव कम होता है, तो सामान्यतः चिमनी के माध्यम से प्राकृतिक वेंटिलेशन का उपयोग किया जाता है। चिमनी को भट्ठी के ऊपरी हिस्से में स्थापित किया जाता है, एवं यह भट्ठी का ही हिस्सा माना जाता है। चिमनी की ऊँचाई ऐसी होनी चाहिए कि वह भट्ठी के अंदर के दबाव को कम कर सके, एवं पर्याप्त वेंटिलेशन सुनिश्चित कर सके। गर्मी उत्पन्न करने वाले भट्टियों की संरचना जटिल होती है; ऐसी भट्टियों में, जहाँ भट्टी के अंदर दबाव में काफी कमी होती है, या जिनमें अपशिष्ट ऊष्मा को पुनः प्राप्त करने हेतु विशेष उपकरण होते हैं, वहाँ आमतौर पर प्रबल वेंटिलेशन हेतु वेंटिलेटर ल 6. भट्ठी की नलियाँ एवं मोड़ – भट्ठी की नलियाँ एवं मोड़, ट्यूबलर हीटिंग फर्नेसों में सबसे महत्वपूर्ण घटक हैं। इनका योग ट्यूबलर हीटिंग फर्नेसों में उपयोग होने वाले कुल इस्पात की मात्रा का 40% एवं कुल निवेश का 60% होता है। दबाव को सहन करने, जंग से बचने, एवं आग की गर्मी से सुरक्षा प्रदान करने हेतु, तथा प्रसंस्करण प्रक्रियाओं एवं उत्पादन सुरक्षा को सुनिश्चित करने हेतु, भट्ठी की नलियों को निम्नलिखित मानकों के अनुसार ही डिज़ाइन किया जाता है। भट्ठी की नलियों की लंबाई एवं कुल संख्या, ट्यूब-आकारीय हीटिंग भट्ठी के ऊष्मा-भार, ऊष्मा-दक्षता, एवं भट्ठी की संरचना के आधार पर ही निर्धारित की जाती है। पाइप का व्यास एवं पाइपों की संख्या, प्रवाह दर, अनुमेय दबाव हानि एवं ठहरने के समय के आधार पर निर्धारित की जाती है। दीवार की मोटाई, आंतरिक दबाव, तापीय तनाव, स्थिर भार, पाइप की दीवार का तापमान, सामग्री की मजबूती (जिसमें उच्च तापमान पर होने वाला क्रिप एवं भंगुरता आदि शामिल है), एवं संक्षारण की संभावना आदि कारकों द्वारा निर्धारित होती है। सामग्री का निर्धारण अनुमेय तापमान, उच्च तापमान पर होने वाली मजबूती (जिसमें क्रीप स्ट्रेंथ भी शामिल है), ऊष्मा-प्रतिरोधकता, जंग-प्रतिरोधकता एवं भंगुरता आदि के आधार पर किया जाता जब भट्ठी के ट्यूबों का तापमान 500℃ से कम होता है, तब कार्बन स्टील के ट्यूबों का ही उप ； जब भट्ठी के ट्यूबों का तापमान 500℃ से 700℃ के बीच होता है, तब कम-मिश्र धातु वाले भट्ठी ट्यूब (T9–T22) का उपयोग किया जाता है। ； जब भट्टी का तापमान 700℃ से 800℃ के बीच होता है, तब स्टेनलेस स्टील की भट्टी नलियों (304, 316) का उपयोग किया जाता है। ； 800℃ से 900℃ तापमान पर 309 ओवन ट्यूब का उपयोग किया जाता है। ； जब भट्ठी के ट्यूबों का तापमान 900℃ से अधिक हो जाता है, तब उच्च मिश्र धातु वाले स्टील से ऐसे ट्यूब बनाए जाते हैं (HK-40)। ट्यूबलर हीटिंग फर्नेस में विकिरण हेतु प्रकाश-ट्यूबों का उपयोग किया जाता है, जबकि कन्वेक्शन चैंबर में नीडल-हेड ट्यूबों या फिन्ड फर्नेस ट्यूब एवं कर्व्ड हेड को जोड़ने हेतु दो तरीके हैं – वेल्डिंग एवं एक्सपेंशन जोइं वेल्डिंग के दौरान, मोड़ वाले हिस्से को भट्टी की नलियों से ही बनाया जाता है; 180° के कोण पर मुड़ने वाले हिस्से ही अधिक उपयोग में आते हैं। ढलाई द्वारा ऐसे हिस्से बनाए जाना बहुत कम होता है। विस्तारन विधि का उपयोग करते समय, बंद छिद्र वाले कास्टेड रिटर्न टर्निंग हेडों का उपयोग किया जाता है; बंद छिद्र हटाने के बाद, पाइप के अंदर मैकेनिकल तरीकों से कोयला हटाया जा सकता है। इस विधि का नुकसान यह है कि इसकी लागत अधिक होती है, एवं इसकी यदि गर्म किए जाने वाले तेल का वजन कम हो, तो फर्नेस ट्यूबों में जंग नहीं लगती; ऐसी स्थिति में ऑनलाइन जंग-हटाने वाली तकनीक वाले हीटिंग फर्नेसों में पूरी तरह से तीव्र मोडवाले कनेक्टरों का उपयोग किया जा सकता है। लेकिन यदि गर्म किए जाने वाले तेल का वजन अधिक हो, तो फर्नेस ट्यूबों में जंग लगने की संभावना बढ़ जाती है; ऐसी स्थिति में, ऑनलाइन जंग-हटाने वाली तकनीक वाले हीटिंग फर्नेसों में रेडिएशन चैंबर में ही कास्टेड मोडव 7. पाइप सपोर्ट एवं गाइड रैक, भट्ठी के अंदर मौजूद हीटिंग पाइपों का वजन सहन करते हैं, एवं उस वजन को हीटिंग भट्ठी के फ्रेम तक पहुँचाते हैं। ट्यूब सपोर्ट में निम्नलिखित गुण होना आवश्यक है: उत्कृष्ट ऑक्सीकरण-प्रतिरोधक क्षमता, उच्च उच्च तापमान पर भी मजबूती, एवं जैसे-जैसे हीटिंग ट्यूब का तापमान बदलता है, संरचनात्मक रूप से ट्यूब सपोर्ट आसानी से सिकुड़ या फैल सके। रेडिएशन चैंबर एवं कंवेक्शन चैंबर के निचले हिस्सों में पाइप सपोर्टों हेतु 25Cr–12Ni स्टील या 25Cr–20Ni स्टील का उपयोग किया जाता है। कन्वेक्शन चैंबर के ऊपरी हिस्से में घने ढाँचे वाला कास्ट आयरन “HR” एवं 5Cr मिश्र धातु का उपयोग किया गया है। उच्च क्रोमियम वाले स्टील का उपयोग करने में समस्याएँ यह हैं कि इसमें उच्च तापमान पर कमजोरी होती है, एवं ईंधन में मौजूद वैनेडियम एवं सल्फर के कारण इसमें जंग ऐसी परिस्थितियों में, सहायक संरचनाओं को ऐसे डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि उन्हें आसानी से बदला जा सके। उच्च तापमान के कारण होने वाली कमजोरी को फेराइट के उपयोग से नियंत्रित किया जा सकता है; जबकि वैनेडियम के कारण होने वाले क्षय को ढलाई द्वारा बनाई गई सुरक्षात्मक प आम तौर पर, विकिरण कक्षों में चाकू-आकार के ट्यूब सपोर्टों का उपयोग किया जाता है, जबकि संवहन कक्षों में छिद्रयुक्त प्लेटों के रूप में ट्यूब सपोर्टों का उपयोग किया जाता है। डाइरेक्शन फ्रेम का कार्य केवल ट्य 8. अग्निरोधक सामग्री – अग्निरोधक सामग्री, हीटिंग फर्नेसों के लिए आवश्यक सामग्री है। इसे मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया जाता है – आकारित सामग्री एवं अनाकारित सामग्री। अ. आकारित अग्निरोधक सामग्री – आकारित अग्निरोधक सामग्री में भारी अग्निरोधक ईंटें, हल्की अग्निरोधक ईंटें एवं ऊष्मा-संरक्षण हेतु उपयोग में आने वाली ईंटें शामिल हैं। भारी अग्निरोधक ईंटों का उपयोग मुख्य रूप से दहन यंत्रों में, तथा उच्च तापमान वाले भट्टियों की आंतरिक सतहों पर किया जाता है। हल्की आग-प्रतिरोधी ईंटें, आग-प्रतिरोधक एवं ऊष्मा-संरक्षक गुणों को भी रखती हैं; इनका उपयोग आमतौर पर भट्टियों की दीवारों एवं छत इन्सुलेशन ईंटों की ऊष्मा-सहनशीलता बहुत कम होती है; इनका उपयोग आमतौर पर भट्ठियों के तल एवं दीवारों की आंतरिक सतहों पर ही किया जाता है, एवं इ जिन लोगों को अग्निरोधक ईंटों एवं अन्य अग्निरोधक सामग्रियों की आवश्यकता है, वे http://www.znhcl.com पर जाकर जानकारी प्राप्त कर सकते हैं। देश भर के निर्माता वहाँ सीधे सामान उपलब्ध कराते हैं; अलीपे के माध्यम से भुगतान भी संभव है, एवं सामान तुरंत ही उपलब्ध हो जाता है। ख. अनियमित आकार वाली अग्निरोधक सामग्रियों से तात्पर्य उन सामग्रियों से है, जो अनाज एवं सीमेंट को पानी के साथ मिलाकर बनाई जाती हैं; ऐसी सामग्रियों का उपयोग कंक्रीट की तरह ही किया जाता है। इन्हें संक्षेप में “डालने योग्य सामग्री” कहा जाता है। इन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है – ऐसे मिश्रण जिनमें अग्निरोधक गुण प्रमुख होते हैं, एवं जिनमें कुछ हद तक ऊष्मा-संरक्षण की क्षमता भी होती है (भारी मिश्रण); एवं ऐसे मिश्रण जिनमें केवल ऊष्मा-संरक्षण की क्षमता ही होती है (हल्के मिश्रण)। इनके निर्माण हेतु इंजेक्शन, लेपन एवं स्प्रे करने जैसी ट्यूबलर हीटिंग फर्नेसों के लिए, अग्निरोधक गुणों वाले, साथ ही उचित इन्सुलेशन गुणों वाले प्लास्टिक युक्त मटेरियलों का उपयोग फर्नेस की छत, दीवारों एवं तल के निर्माण हेतु किया जाता है। चिमनियों एवं धुआँ निकासी प्रणालियों की आंतरिक सतहों, साथ ही उनकी दीवारों की आंतरिक सतहों पर, ऊष्मा-संरक्षण क्षमता वाले प्लास्टिकीय मिश्रणों का उ सिरेमिक फाइबर ब्लॉक, रॉक वुल फेल्ट, एवं सिरेमिक फाइबर स्प्रे भी गैर-निर्धारित आग-प्रतिरोधी सामग्रियों की श्रेणी में 9. भट्टी का फ्रेम, साइड वॉल्स एवं प्लेटफॉर्म – ये सभी ऐसी स्टील संरचनाएँ हैं जो हीटिंग भट्टी का सारा भार सहन करती हैं। इनके निर्माण हेतु सामान्य कार्बन स्टील का उपयोग किया जाता है; अक्सर चैनल आकार के स्टील एवं आई-शेप वाले स्टील का ही उ साइड प्लेटें, वास्तव में भट्ठी की बाहरी सतह पर मौजूद स्टील की प्लेटें होती हैं। इनका कार्य बारिश एवं धूल से सुरक्षा प्रदान करना, साथ ही भट्ठी के अंदर अनावश्यक हवा के प्रवेश को रोकना है। इनके कार्यों के आधार पर, इन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है – एक तो वे जो संरचनात्मक भार को सहन करने में मदद करती हैं, एवं दूसरी वे जो केव प्लेटफॉर्म एवं सीढ़ियाँ, ऑपरेशन एवं रखरखाव हेतु बनाई गई हैं; इनका उपयोग दैनिक ऑपरेशनों, रखरखाव एवं निरीक्षणों हेतु किया जाता है