हीट एक्सचेंजर की मूल बातें

हीट एक्सचेंजर की परिभाषा

  हीट एक्सचेंजर एक ऐसा उपकरण है जो गर्म तरल पदार्थ की गर्मी का एक हिस्सा ठंडे तरल पदार्थ में स्थानांतरित करता है, यानी एक बड़ा बंद कंटेनर पानी या अन्य मीडिया से भरा होता है,और वहाँ पाइप कंटेनर के माध्यम से चल रहे हैंपाइपों से गर्म पानी बहने दें।

पाइप में पानी और कंटेनर में गर्म और ठंडे पानी के बीच तापमान अंतर के कारण, गर्मी का आदान-प्रदान होगा।उच्च तापमान गर्मी हमेशा कम तापमान पर ले जाया जाता है, ताकि पाइप में पानी की गर्मी कंटेनर में ठंडे पानी के लिए आदान-प्रदान किया जा सकता है।

हीट एक्सचेंजर्स का वर्गीकरण और संरचना

हीट एक्सचेंजर्स को निम्न में विभाजित किया जा सकता हैः

कूलर, कंडेनसर, हीटर, हीट एक्सचेंजर, रिबॉयलर, स्टीम जनरेटर, अपशिष्ट गर्मी (या अपशिष्ट गर्मी) बॉयलर

ताप विनिमय पद्धति के अनुसार इसे निम्न में विभाजित किया जा सकता हैः

प्रत्यक्ष संपर्क हीट एक्सचेंजर्स (जिन्हें हाइब्रिड हीट एक्सचेंजर्स भी कहा जाता है), पुनर्योजी हीट एक्सचेंजर्स और डिवाइडिंग वॉल हीट एक्सचेंजर्स

नीचे मुख्य रूप से हीट एक्सचेंजरों को गर्मी विनिमय विधियों के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:

1) प्रत्यक्ष संपर्क हीट एक्सचेंजर

प्रत्यक्ष संपर्क एक्सचेंजर गर्मी हस्तांतरण के लिए ठंडे और गर्म तरल पदार्थों के बीच प्रत्यक्ष संपर्क पर निर्भर करते हैं।यह गर्मी हस्तांतरण विधि गर्मी हस्तांतरण विभाजन और दोनों पक्षों पर गंदगी और थर्मल प्रतिरोध से बचा जाता हैजब तक तरल पदार्थों के बीच संपर्क अच्छा होता है, तब तक अधिक ताप हस्तांतरण दर होगी।

इसलिए, हाइब्रिड हीट एक्सचेंजर्स का उपयोग हर जगह किया जा सकता है जहां तरल पदार्थों को एक दूसरे के साथ मिश्रण करने की अनुमति है, जैसे गैस धोने और ठंडा करना, परिसंचारी पानी ठंडा करना, भाप-पानी मिश्रित हीटिंग,वाष्प संक्षेपणइसके अनुप्रयोगों में रासायनिक और धातु उद्योग, बिजली इंजीनियरिंग, एयर कंडीशनिंग इंजीनियरिंग और कई अन्य उत्पादन क्षेत्र शामिल हैं।

आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले हाइब्रिड हीट एक्सचेंजर्स में शामिल हैंः कूलिंग टावर, गैस स्क्रबर, जेट हीट एक्सचेंजर्स और हाइब्रिड कंडेनसर।

2) पुनर्योजी हीट एक्सचेंजर

पुनर्योजी हीट एक्सचेंजर एक उपकरण है जिसका उपयोग पुनर्योजी हीट एक्सचेंज के लिए किया जाता है। यह गर्मी को संग्रहीत करने के लिए ठोस भरने से भरा होता है।

आम तौर पर अग्नि ग्रिड को अग्निरोधक ईंटों (कभी-कभी धातु के घुमावदार बेल्ट आदि) से बनाया जाता है।

ताप विनिमय दो चरणों में होता है।

पहले चरण में, गर्म गैस अग्नि ग्रिड से गुजरती है, गर्मी को अग्नि ग्रिड में स्थानांतरित करती है और उसे संग्रहीत करती है।

दूसरे चरण में, ठंडी गैस अग्नि ग्रिड के माध्यम से गुजरती है और अग्नि ग्रिड में संग्रहीत गर्मी प्राप्त करके गर्म की जाती है।

ये दो चरण बारी-बारी से होते हैं। आमतौर पर दो पुनर्योजकों का प्रयोग बारी-बारी से किया जाता है, अर्थात जब गर्म गैस एक उपकरण में प्रवेश करती है, तो ठंडी गैस दूसरे में प्रवेश करती है। इसका उपयोग अक्सर धातु उद्योग में किया जाता है,जैसे कि ओपन-कमर स्टील बनाने की भट्टियों के पुनर्योजक.

इसका उपयोग रासायनिक उद्योग में भी किया जाता है, जैसे कि गैस भट्टियों में वायु प्रीहीटर या दहन कक्ष और कृत्रिम पेट्रोलियम संयंत्रों में पुनर्योजी क्रैकिंग भट्टियों में।

3) विभाजन दीवार हीट एक्सचेंजर

इस प्रकार के हीट एक्सचेंजर में, गर्म और ठंडे तरल पदार्थों को धातु द्वारा अलग किया जाता है ताकि दोनों तरल पदार्थ मिश्रण न करें और गर्मी स्थानांतरित न करें।

रासायनिक उत्पादन में, गर्म और ठंडे तरल पदार्थ अक्सर सीधे संपर्क में नहीं आ सकते हैं, इसलिए विभाजन दीवार हीट एक्सचेंजर सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला हीट एक्सचेंजर है।

निम्नलिखित मुख्य रूप से विभाजन दीवार हीट एक्सचेंजर्स के वर्गीकरण का परिचय देता हैः

a) जैकेट वाला हीट एक्सचेंजर

इस प्रकार के हीट एक्सचेंजर को कंटेनर की बाहरी दीवार पर एक जैकेट स्थापित करके बनाया जाता है और इसकी संरचना सरल है; हालांकि,इसकी हीटिंग सतह कंटेनर की दीवार से सीमित है और इसका गर्मी हस्तांतरण गुणांक उच्च नहीं है.

गर्मी हस्तांतरण गुणांक में सुधार और केतली में तरल को समान रूप से गर्म करने के लिए, केतली में एक हलचल स्थापित की जा सकती है।

जब बिना चरण परिवर्तन के शीतलन जल या ताप एजेंट को जैकेट में डाला जाता है,सर्पिल विभाजन या अन्य उपायों को भी जैकेट के एक तरफ गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ाने के लिए जैकेट में टर्बुलेंस बढ़ाने के लिए स्थापित किया जा सकता है.

गर्मी हस्तांतरण सतह की कमी को भरने के लिए, कुंडल ट्यूबों को भी केतली के अंदर स्थापित किया जा सकता है।

जैकेट वाले हीट एक्सचेंजर्स का व्यापक रूप से प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं के ताप और शीतलन के लिए उपयोग किया जाता है।

b) सर्प ट्यूब हीट एक्सचेंजर

घुमावदार ट्यूब हीट एक्सचेंजर को एक डुबोया घुमावदार ट्यूब हीट एक्सचेंजर और एक छिड़काव घुमावदार ट्यूब हीट एक्सचेंजर में विभाजित किया गया है।

सांप ट्यूब ज्यादातर धातु के ट्यूबों से बने होते हैं जो विभिन्न आकारों में मोड़े जाते हैं जो कंटेनर के लिए उपयुक्त होते हैं, और कंटेनर में तरल में डूब जाते हैं।

इसके फायदे हैंः सरल संरचना, उच्च दबाव का सामना कर सकता है, और जंग प्रतिरोधी सामग्री से बनाया जा सकता है।

नुकसानः कंटेनर में तरल पदार्थ की अस्थिरता कम है और ट्यूब के बाहर गर्मी हस्तांतरण गुणांक छोटा है।

इस्पात फ्रेम पर गर्मी विनिमय ट्यूबों को पंक्तियों में ठीक करें।

ट्यूब में गर्म तरल पदार्थ बहता है, और उपकरण पर समान रूप से ठंडा पानी डाला जाता है।

लाभः गर्म तरल पदार्थ ट्यूब में बहता है, और ठंडा करने वाला पानी डिवाइस के ऊपर समान रूप से नीचे बहता है। गर्मी हस्तांतरण गुणांक बड़ा है,तो स्प्रे हीट एक्सचेंजर की गर्मी हस्तांतरण प्रभाव डूब कुंडल हीट एक्सचेंजर की तुलना में बेहतर है.

हालांकि, इसे खुली हवा में रखा जाना चाहिए। यह एक बड़े क्षेत्र पर कब्जा कर लेता है और पानी आसानी से आसपास के वातावरण में छप जाता है, जिससे इसका उपयोग करना असुविधाजनक हो जाता है।

c) जैकेट वाला हीट एक्सचेंजर

क्योंकि ट्यूब के अंदर और बाहर तरल प्रवाह की गति अधिक है। ठंडे और गर्म तरल पदार्थ शुद्ध विपरीत धारा में बह सकते हैं,तो उनके गर्मी हस्तांतरण गुणांक बड़ा है और गर्मी हस्तांतरण प्रभाव अच्छा हैआम तौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला जल ताप एक साधारण आस्तीन प्रकार का हीट एक्सचेंजर है।

d) शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर

शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स सबसे विशिष्ट विभाजन दीवार हीट एक्सचेंजर्स हैं। वे उद्योग में एक लंबे समय से आवेदन का इतिहास है और अभी भी सभी हीट एक्सचेंजर्स के बीच एक प्रमुख स्थिति पर कब्जा कर रहे हैं।

खोल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर मुख्य रूप से एक खोल, एक ट्यूब बंडल, एक ट्यूब प्लेट और एक सिर से बना है। खोल ज्यादातर गोल है, जिसमें समानांतर ट्यूब बंडल हैं,और ट्यूब बंडल के दोनों सिरों ट्यूब प्लेट पर तय कर रहे हैं.

दो प्रकार के द्रव होते हैं जो शेल-एंड-ट्यूब हीट एक्सचेंजर में गर्मी का आदान-प्रदान करते हैंः एक ट्यूब के अंदर बहता है, और इसके स्ट्रोक को ट्यूब साइड कहा जाता है; दूसरा ट्यूब के बाहर बहता है,और इसके स्ट्रोक को खोल पक्ष कहा जाता हैट्यूब बंडल की दीवार की सतह हीट ट्रांसफर सतह है।

नली के बाहर द्रव के ताप हस्तांतरण गुणांक में सुधार के लिए, आमतौर पर खोल में कुछ संख्या में अनुप्रस्थ बैफल्स स्थापित किए जाते हैं।

बफल्स न केवल द्रव को शॉर्ट सर्किट से रोकते हैं और द्रव की गति को बढ़ाते हैं,लेकिन यह भी निर्धारित पथ के अनुसार कई बार ट्यूब बंडल के माध्यम से पार प्रवाह करने के लिए तरल पदार्थ मजबूर, जिससे उथल-पुथल की डिग्री में काफी वृद्धि होती है। दो आम तौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले बैफल हैंः गोल आकार और डिस्क आकार (जैसा कि नीचे चित्र में दिखाया गया है) । पूर्व का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

प्रत्येक बार जब द्रव ट्यूब में ट्यूब बंडल के माध्यम से गुजरता है, तो इसे ट्यूब पास कहा जाता है, और प्रत्येक बार जब द्रव को खोल से गुजरता है तो इसे खोल पास कहा जाता है।

पाइप में द्रव का वेग बढ़ाने के लिए दोनों सिरों पर उपयुक्त विभाजन स्थापित किए जा सकते हैं ताकि सभी पाइपों को समान रूप से कई समूहों में विभाजित किया जा सके।

इस प्रकार, द्रव केवल ट्यूबों के एक भाग से होकर गुजर सकता है और एक समय में कई बार ट्यूब बंडल में वापस आ सकता है, जिसे बहु-ट्यूब पास कहा जाता है।

इसी प्रकार, ट्यूब के बाहर प्रवाह दर बढ़ाने के लिए, लोंगीटुडिनाल बैफल्स को खोल में स्थापित किया जा सकता है ताकि द्रव को खोल की जगह से कई बार गुजरने की अनुमति मिल सके,जिसे मल्टी-शेल पास कहा जाता है.

शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर में, ट्यूब के अंदर और बाहर द्रव के अलग-अलग तापमान के कारण, शेल और ट्यूब बंडल के तापमान भी अलग-अलग होते हैं।यदि दोनों के बीच तापमान का अंतर बड़ा है, हीट एक्सचेंजर के अंदर एक बड़ा थर्मल तनाव होगा, जिससे ट्यूबों को ट्यूब शीट से झुकने, टूटने या ढीले होने का कारण बन सकता है।

इसलिए जब ट्यूब बंडल और खोल के बीच तापमान का अंतर 50°C से अधिक हो,थर्मल तनाव को समाप्त करने या कम करने के लिए उपयुक्त तापमान अंतर प्रतिपूर्ति उपाय किए जाने चाहिए.

मुआवजे की विधि:

खोल पर एक विस्तार अंगूठी संलग्न करें या यू के आकार के ट्यूब हीट एक्सचेंजर और फ्लोटिंग हेड हीट एक्सचेंजर का उपयोग करें।

स्थिर ट्यूब प्लेट हीट एक्सचेंजर

जब गर्म और ठंडे तरल पदार्थों के बीच तापमान का अंतर बड़ा न हो, तो एक स्थिर ट्यूब प्लेट हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जा सकता है।

इसकी संरचना सरल है और इसकी लागत कम है, लेकिन इसे साफ करना मुश्किल है और यह ऐसे तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त नहीं है जो स्केलिंग और बड़े तापमान अंतर वाले तरल पदार्थों के लिए उपयुक्त हैं।

यदि तापमान अंतर बहुत बड़ा नहीं है, तो एक प्रतिपूर्ति अंगूठी के साथ एक स्थिर ट्यूब प्लेट हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जा सकता है।

e) प्लेट हीट एक्सचेंजर

प्लेट हीट एक्सचेंजर में आयताकार पतली धातु हीट ट्रांसफर प्लेटों का एक सेट होता है, जिन्हें एक फ्रेम के साथ ब्रैकेट पर क्लैंप और इकट्ठा किया जाता है।

दो आसन्न प्लेटों के किनारों को संपीड़न के लिए गास्केट (विभिन्न रबर या संपीड़ित एस्बेस्टोस आदि से बने) से लपेटा जाता है।प्लेटों के चारों कोनों में गोल छेद होते हैं जिससे द्रव नहरें बनती हैं.

प्लेट हीट एक्सचेंजर और शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर के बीच अंतरः

a.उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक

चूंकि विभिन्न लहरदार प्लेटों एक जटिल प्रवाह चैनल बनाने के लिए एक दूसरे के साथ उल्टा कर रहे हैं, तरल पदार्थ लहरदार प्लेटों के बीच प्रवाह चैनल में एक घूर्णन त्रि-आयामी तरीके से बहता है,जो कम रेनॉल्ड्स संख्या (आमतौर पर Re=50~200) पर अशांत प्रवाह पैदा कर सकता है, इसलिए गर्मी हस्तांतरण है गुणांक उच्च है, आम तौर पर खोल और ट्यूब प्रकार की तुलना में 3 से 5 गुना माना जाता है।

b. लघुगणकीय औसत तापमान अंतर बड़ा है और टर्मिनल तापमान अंतर छोटा है.

शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर में, दो तरल पदार्थ क्रमशः ट्यूब पक्ष और शेल पक्ष में बहते हैं। आम तौर पर बोलते हुए, प्रवाह क्रॉस-फ्लो है,और लघुगणकीय औसत तापमान अंतर सुधार गुणांक छोटा हैहालांकि, प्लेट हीट एक्सचेंजर में अधिकतर एक सह-वर्तमान या प्रति-वर्तमान प्रवाह मोड होता है। , और इसका सुधार गुणांक आमतौर पर 0 के आसपास होता है।95इसके अतिरिक्त प्लेट हीट एक्सचेंजर में ठंडे और गर्म तरल पदार्थों का प्रवाह हीट एक्सचेंज सतह के समानांतर है और कोई साइड प्रवाह नहीं है। इसलिए,प्लेट हीट एक्सचेंजर के अंत में तापमान का अंतर छोटा है, और पानी के साथ हीट एक्सचेंज 1°C से नीचे हो सकता है, जबकि शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स आम तौर पर 5°C होते हैं।

c. छोटा पदचिह्न

प्लेट हीट एक्सचेंजर की संरचना कॉम्पैक्ट होती है, और प्रति इकाई आयतन हीट एक्सचेंज क्षेत्र शेल और ट्यूब प्रकार की तुलना में 2 से 5 गुना होता है।जिसमें ट्यूब बंडल निकालने के लिए एक आरक्षित रखरखाव स्थान की आवश्यकता होती है, प्लेट हीट एक्सचेंजर एक ही गर्मी हस्तांतरण प्राप्त कर सकते हैं। हीट एक्सचेंजर द्वारा कब्जा कर लिया गया क्षेत्र लगभग 1/5 ~ 1/8 शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर है।

d. गर्मी विनिमय क्षेत्र या प्रक्रिया संयोजन को बदलना आसान है

जब तक कुछ प्लेटों को जोड़ा या हटाया जाता है, तब तक हीट एक्सचेंज क्षेत्र को बढ़ाया या कम किया जा सकता है; प्लेट व्यवस्था को बदलकर या कुछ प्लेटों को बदलकर,आवश्यक प्रक्रिया संयोजन प्राप्त किया जा सकता है और नई गर्मी विनिमय स्थितियों के अनुकूल किया जा सकता हैशेल हीट एक्सचेंजर्स के हीट ट्रांसफर क्षेत्र को बढ़ाना लगभग असंभव है।

e.हल्का वजन

प्लेट हीट एक्सचेंजर की प्लेटों की मोटाई केवल 0.4 ~ 0.8 मिमी है, जबकि खोल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर के हीट एक्सचेंजर ट्यूबों की मोटाई 2.0 ~ 2.5 मिमी है।खोल और ट्यूब प्रकार के खोल प्लेट हीट एक्सचेंजर के फ्रेम की तुलना में बहुत भारी है. प्लेट हीट एक्सचेंजर्स का वजन आमतौर पर शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स के वजन का केवल 1/5 होता है।

f. कम कीमत

एक ही सामग्री और एक ही हीट एक्सचेंज क्षेत्र का उपयोग करते हुए, प्लेट हीट एक्सचेंजर्स की कीमत शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स की तुलना में लगभग 40% से 60% कम है।

बनाने में आसान

प्लेट हीट एक्सचेंजर्स की हीट ट्रांसफर प्लेटों को उच्च स्तर के मानकीकरण के साथ स्टैम्प और प्रसंस्करण किया जाता है और बड़ी मात्रा में निर्मित किया जा सकता है।शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर आमतौर पर हाथ से बनाए जाते हैं.

साफ करने में आसान

जब तक फ्रेम-टाइप प्लेट हीट एक्सचेंजर के संपीड़न बोल्ट ढीले होते हैं, तब तक प्लेट बंडल ढीले हो सकते हैं और प्लेटों को यांत्रिक सफाई के लिए हटाया जा सकता है।यह गर्मी विनिमय प्रक्रिया है कि उपकरण की लगातार सफाई की आवश्यकता के लिए बहुत सुविधाजनक है.

i. कम ताप हानि

प्लेट हीट एक्सचेंजर्स में, केवल हीट ट्रांसफर प्लेट की खोल प्लेट को वायुमंडल के संपर्क में लाया जाता है, इसलिए हीट डिस्पैशन हानि नगण्य है और किसी भी इन्सुलेशन उपायों की आवश्यकता नहीं है।शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स में बड़ी गर्मी की हानि होती है और थर्मल इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है.

छोटी क्षमता

यह शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर का 10%~20% है।चूंकि गर्मी हस्तांतरण सतहों के बीच अंतर छोटा है और गर्मी हस्तांतरण सतहों उत्तल और उत्तल हैं, दबाव का नुकसान पारंपरिक चिकनी ट्यूबों की तुलना में अधिक है।

स्केल करना आसान नहीं है

पर्याप्त आंतरिक उथल-पुथल के कारण, इसे स्केल करना आसान नहीं है, और इसका स्केलिंग गुणांक केवल एक शेल-एंड-ट्यूब हीट एक्सचेंजर के 1/3 ~ 1/10.k है। कार्य दबाव बहुत बड़ा नहीं होना चाहिए,और मध्यम तापमान बहुत अधिक नहीं होना चाहिए, क्योंकि यह प्लेट प्रकार के हीट एक्सचेंजर को लीक कर सकता है। हीट एक्सचेंजर को एक गास्केट के साथ सील किया जाता है, कार्य दबाव आम तौर पर 2.5MPa से अधिक नहीं होना चाहिए,और मध्यम तापमान 250°C से कम होना चाहिए, अन्यथा रिसाव हो सकता है।

I.आसान से अवरुद्ध

चूंकि प्लेटों के बीच के चैनल बहुत संकीर्ण हैं, आम तौर पर केवल 2 ~ 5 मिमी, जब गर्मी विनिमय माध्यम में बड़े कण या फाइबर पदार्थ होते हैं,प्लेटों के बीच के चैनलों को अवरुद्ध करना आसान है.