جیکٹ والے ری ایکٹرز اور آٹوکلیو میں الیکٹرک وسرجن ہیٹر کے ذمہ دار پروسیس انجینئرز کے لیے، بیچ کیمیکل پروسیسنگ کے تھرمل سائیکلنگ کے مطالبات تھکاوٹ کے منفرد حالات پیدا کرتے ہیں جو مسلسل سروس میں شاذ و نادر ہی نظر آتے ہیں۔ ایک ری ایکٹر 20 ڈگری سے 200 ڈگری تک چکر لگا سکتا ہے اور دن میں کئی بار پیچھے ہٹ سکتا ہے، حرارت کی شرح کیمیائی رد عمل کے تقاضوں سے کنٹرول ہوتی ہے۔ 316 سٹینلیس سٹیل شیتھ کی دیوار کی موٹائی بنیادی طور پر ان چکروں کے تناؤ کے ردعمل کو-تبدیل کرتی ہے۔ جوابی طور پر، ایک موٹی 2.5 ملی میٹر دیوار پلاسٹک کی چھلنی سے ناکام ہو سکتی ہے-ہر ایک چکر کے ساتھ ایک سمت میں تناؤ کے بڑھتے ہوئے جمع ہونے سے-جبکہ ایک پتلی 1.2 ملی میٹر دیوار لچکدار رہتی ہے اور غیر معینہ مدت تک زندہ رہتی ہے۔ یہ مضمون تھرمل سائیکل فریکوئنسی اور درجہ حرارت کے ڈیلٹا کے مخصوص امتزاج کی نشاندہی کرتا ہے جس پر جیکٹڈ ری ایکٹر ہیٹنگ سروس میں 1.2 ملی میٹر میان سے پہلے 2.5 ملی میٹر 316 میان ناکام ہو جاتی ہے۔
موٹی-دیواروں کی چادروں میں پلاسٹک کی کھدائی کا طریقہ کار
پلاسٹک ریچٹنگ اس وقت ہوتی ہے جب کسی جزو کو چکراتی تھرمل تناؤ کا سامنا ہوتا ہے جو ایک سمت میں مواد کی پیداواری طاقت سے زیادہ ہوتا ہے لیکن الٹ نہیں۔ ایک موٹی-دیوار والی 316 میان کے لیے جو تیزی سے گرم ہوتی ہے، بیرونی سطح اندرونی سطح سے زیادہ پھیلتی ہے، جس سے باہر سے دبانے والا دباؤ اور اندر سے تناؤ پیدا ہوتا ہے۔ اگر یہ تناؤ پیداوار سے زیادہ ہو تو، مواد پلاسٹک سے خراب ہو جاتا ہے۔ ٹھنڈک کے دوران، بیرونی سطح زیادہ تیزی سے سکڑتی ہے، تناؤ کی سمت کو تبدیل کرتی ہے۔ اگر ٹھنڈک کا دباؤ پیداوار سے زیادہ نہیں ہوتا ہے تو، مواد مکمل طور پر اپنی اصل حالت میں واپس نہیں آتا ہے۔ ہر حرارتی چکر کے ساتھ، اندرونی سطح پر تناؤ کا ایک چھوٹا سا اضافہ جمع ہوتا ہے۔ ہزاروں چکروں کے بعد، یہ ریچٹنگ سٹرین 5-10% تک پہنچ سکتی ہے، جس کی وجہ سے پتلا ہونا اور بالآخر ٹوٹنا شروع ہو جاتا ہے۔ 1.2 ملی میٹر پتلی دیوار کے لیے، دیوار کے پار درجہ حرارت کا میلان بہت چھوٹا ہوتا ہے، اس لیے حرارتی دباؤ حرارتی اور ٹھنڈک دونوں میں پیداوار سے کم رہتا ہے، جس کے نتیجے میں کوئی جھرجھری نہیں ہوتی۔ اہم پیرامیٹر بائیوٹ نمبر ہے-اندرونی موصل مزاحمت کا بیرونی کنیکٹیو ریزسٹنس کا تناسب۔ موٹی دیواروں کے لیے کم کنویکشن میڈیا جیسے کہ چپکنے والے ری ایکٹر سیالوں میں، بائیوٹ نمبر ریچٹنگ کے لیے حد سے زیادہ ہے۔
Ratcheting میں ناکامی کے لیے مقداری حد
قدرتی کنویکشن ہیٹ ٹرانسفر (200 W/m²·K کا گتانک) کے ساتھ جیکٹڈ ری ایکٹر سروس میں 316 میانوں کا محدود عنصر کا تجزیہ درج ذیل حدیں قائم کرتا ہے۔ 2.5 ملی میٹر دیوار کے لیے، ریچٹنگ اس وقت شروع ہوتی ہے جب درجہ حرارت ڈیلٹا فی سائیکل 120 ڈگری سے زیادہ ہو جاتا ہے اور حرارت کی شرح 5 ڈگری فی منٹ سے زیادہ ہوتی ہے۔ 150 ڈگری کے ڈیلٹا اور 10 ڈگری فی منٹ کی حرارتی شرح پر، فی سائیکل ریچٹنگ سٹرین تقریباً 0.02% ہے۔ 10,000 چکروں کے بعد، کل جمع شدہ تناؤ 2% تک پہنچ جاتا ہے، جس کی وجہ سے دیوار کی پیمائش کی جا سکتی ہے۔ 25,000 چکروں کے بعد، تناؤ 5% تک پہنچ جاتا ہے، دکھائی دینے والی کریکنگ کے ساتھ۔ یکساں حالات میں 1.2 ملی میٹر دیوار کے لیے، چوٹی کا تھرمل تناؤ صرف 120 MPa-ہے جو 150 ڈگری پر 316 کی 200 MPa کی پیداواری طاقت سے کم ہے -اس لیے کوئی جھرجھری نہیں ہوتی ہے۔ 180 ڈگری سے اوپر کے ڈیلٹا کے درجہ حرارت پر، 1.2 ملی میٹر کی دیوار میں رگڑنا شروع ہو جاتا ہے، لیکن 2.5 ملی میٹر کی دیوار 130 ڈگری کے ڈیلٹا پر ناکام ہو جاتی ہے۔ لہٰذا، ریچیٹنگ الٹنے کے لیے اہم ڈیلٹا 120–140 ڈگری ہے۔ اس رینج کے نیچے، نہ ہی دیوار کی شافٹ۔ اس رینج کے اوپر، 2.5 ملی میٹر کی دیواریں جب کہ 1.2 ملی میٹر کی دیوار بہت زیادہ ڈیلٹا تک لچکدار رہتی ہے۔
316 میان کی دیوار کی موٹائیوں کے لیے کریٹیکل ریچٹنگ تھریش ہولڈز
مندرجہ ذیل جدول اہم درجہ حرارت کے ڈیلٹا اور حرارتی شرح کے امتزاج فراہم کرتا ہے جس پر جیکٹڈ ری ایکٹر سروس میں مختلف 316 میان دیواروں کی موٹائیوں کے لیے پلاسٹک ریچٹنگ شروع ہوتی ہے۔ قدریں ایک چپچپا سیال (200 W/m²·K) اور زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت 200 ڈگری میں قدرتی نقل و حرکت کو فرض کرتی ہیں۔
| میان کی دیوار کی موٹائی | Ratcheting آغاز کے لیے کم از کم درجہ حرارت کا ڈیلٹا | 150 ڈگری ڈیلٹا پر ریچیٹنگ کے لیے کم از کم حرارتی شرح | 150 ڈگری ڈیلٹا، 10 ڈگری/منٹ پر فی سائیکل ریچٹنگ سٹرین | 2% تناؤ جمع کرنے کے چکر | ناکامی کے چکر (5% تناؤ) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.8 - 1.0 ملی میٹر | 180 ڈگری سے اوپر | 20 ڈگری / منٹ سے اوپر | 180 ڈگری سے کم نہیں۔ | قابل اطلاق نہیں۔ | قابل اطلاق نہیں۔ |
| 1.2 - 1.4 ملی میٹر | 170 ڈگری سے اوپر | 15 ڈگری / منٹ سے اوپر | 170 ڈگری سے کم نہیں۔ | قابل اطلاق نہیں۔ | قابل اطلاق نہیں۔ |
| 1.6 - 1.8 ملی میٹر | 150-160 ڈگری | 12 - 15 ڈگری / منٹ | 0.005 – 0.010% | 20,000 – 40,000 | 40,000 – 80,000 |
| 2.0 - 2.2 ملی میٹر | 130-140 ڈگری | 8 - 10 ڈگری / منٹ | 0.015 – 0.025% | 8,000 – 13,000 | 20,000 – 30,000 |
| 2.5 - 2.8 ملی میٹر | 120-130 ڈگری | 5 - 8 ڈگری / منٹ | 0.020 – 0.035% | 5,000 – 10,000 | 12,000 – 25,000 |
ایک بیچ ری ایکٹر کے لیے جو دن میں دو بار 20 ڈگری سے 200 ڈگری (180 ڈگری کا ڈیلٹا) تک چکر لگاتا ہے، سالانہ سائیکل کی گنتی تقریباً 730 سائیکل ہے۔ اس ڈیلٹا میں، ایک 2.5 ملی میٹر میان فی سائیکل 0.025–0.035٪ تناؤ جمع کرے گا، جو 5,000–8,000 چکروں، یا 7–11 سال کے بعد 2٪ تناؤ تک پہنچ جائے گا۔ ایک 1.2 ملی میٹر میان کو کوئی جھاڑو نہیں لگے گا اور یہ صرف دوسرے میکانزم جیسے سنکنرن یا کمپن تھکاوٹ سے ناکام ہوگا۔ تیز حرارتی شرحوں والے ری ایکٹروں کے لیے-جیسے گرم تیل کی گردش یا بھاپ استعمال کرنے والے-لوئر ڈیلٹا پر ریچٹنگ شروع ہوتی ہے۔ ایک ری ایکٹر جو 50 ڈگری سے 200 ڈگری تک 20 ڈگری فی منٹ پر گرم ہوتا ہے وہ 150 ڈگری کا ڈیلٹا بناتا ہے لیکن بہت زیادہ تھرمل گریڈینٹ ہوتا ہے۔ ان حالات میں، ایک 2.5 ملی میٹر میان کم از کم 2,000 چکروں میں ناکام ہو سکتی ہے (3 سال فی دن دو سائیکلوں پر)، جبکہ 1.2 ملی میٹر میان محفوظ رہتی ہے۔
Ratcheting کو روکنے کے لئے ڈیزائن میں ترمیم
جب سائکلک ری ایکٹر سروس میں پریشر کنٹینمنٹ یا سنکنرن الاؤنس کے لیے ایک موٹی دیوار والی 316 میان کی ضرورت ہوتی ہے، تو ڈیزائن میں تین تبدیلیاں پلاسٹک کے ریچٹنگ کو روک سکتی ہیں۔ سب سے پہلے حرارتی شرح کو محدود کرنا ہے۔ ریمپ کی شرح کو 10 ڈگری فی منٹ سے 3 ڈگری فی منٹ تک کم کرنے سے عارضی تھرمل گریڈینٹ تقریباً 60% کم ہو جاتا ہے، یہاں تک کہ 2.5 ملی میٹر کی دیوار کے لیے بھی دباؤ کو پیداوار سے کم رکھا جاتا ہے۔ دوسری ترمیم یہ ہے کہ ری ایکٹر کو ماحول کو ٹھنڈا کرنے کے بجائے 80 ڈگری کے کم از کم اسٹینڈ بائی درجہ حرارت پر پہلے سے گرم کیا جائے۔ ڈیلٹا کو 180 ڈگری سے 100 ڈگری تک کم کرنا دیوار کی موٹائی سے قطع نظر مکمل طور پر ریچٹنگ کو ختم کرتا ہے۔ تیسری ترمیم درجہ حرارت پر کم تھرمل توسیع اور اعلی پیداوار کی طاقت کے ساتھ مواد کی وضاحت کرنا ہے۔ Incoloy 800H میں 316 کے لیے 17 × 10⁻⁶ / ڈگری کے مقابلے میں 14 × 10⁻⁶ / ڈگری کا تھرمل توسیعی گتانک ہے، اور 200 ڈگری پر اعلی طاقت برقرار رکھتا ہے۔ یہ امتزاج اسی ڈیلٹا اور دیوار کی موٹائی کے لیے تھرمل تناؤ کو تقریباً 25 فیصد کم کرتا ہے۔ زیادہ تر بیچ ری ایکٹر ایپلی کیشنز کے لیے، 1.2–1.6 ملی میٹر کی دیوار کی موٹائی کا انتخاب کافی میکانکی طاقت فراہم کرتے ہوئے مکمل طور پر رگڑنے سے گریز کرتا ہے۔ انجینئرز جو سائیکلک سروس میں "پائیداری" کے لیے خود بخود موٹی دیواروں کی وضاحت کرتے ہیں، وہ نادانستہ طور پر ایک ایسا ڈیزائن منتخب کر سکتے ہیں جو وقت سے پہلے ہی ریچٹنگ سے ناکام ہو جائے۔ درست تصریح کے لیے متوقع سائیکل ڈیلٹا اور حرارتی شرح کا تجزیہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، پھر سب سے پتلی دیوار کا انتخاب کرنا جو دباؤ اور سنکنرن کی ضروریات کو پورا کرتی ہے۔ شک ہونے پر، مخصوص سائیکل کے حالات کے محدود عنصر کی ماڈلنگ کا استعمال کرتے ہوئے ہیٹر بنانے والے سے ریچٹنگ تجزیہ کی درخواست کریں۔ ایک سپلائر جو یہ تجزیہ فراہم نہیں کر سکتا وہ سائیکلک تھرمل سروس میں موٹی دیواروں والی میانوں کے منفرد ناکامی کے طریقہ کار کو نہیں سمجھ سکتا۔
