سب کولنگ جو حرارت کی منتقلی کے نظام کو تبدیل کرتی ہے۔
PTFE ہیٹ ایکسچینجر کو 6 بار (سیر شدہ درجہ حرارت 165 ڈگری) پر بھاپ کے ساتھ چلانے والی کیمیکل پروسیسنگ کی سہولت بتاتی ہے کہ گرمی کی پیداوار ڈیزائن کی قیمت سے کم ہے اور بھاپ کی کھپت توقع سے زیادہ ہے۔ کنڈینسیٹ 163 ڈگری پر خارج ہوتا ہے، جو 2 ڈگری سب کولنگ کی نشاندہی کرتا ہے۔
ہیٹ ایکسچینجر کو 5,000 W/m²·K کے کنڈینسنگ سٹیم فلم کے قابلیت کے ساتھ 80 کلو واٹ کے ہیٹ لوڈ کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ اصل حرارت کی پیداوار 68 کلو واٹ ہے، جو کہ ڈیزائن ویلیو سے 15% کم ہے۔ بھاپ کی کھپت توقع سے 15% زیادہ ہے۔
مسئلہ کنڈینسیٹ سب کولنگ کا ہے۔ کم ذیلی کولنگ کا مطلب ہے کہ کنڈینسیٹ تقریباً سنترپتی درجہ حرارت پر خارج ہوتا ہے، اور ٹیوب کی سطح پر کنڈینسیٹ فلم موٹی ہوتی ہے۔ موٹی فلم تھرمل مزاحمت کا اضافہ کرتی ہے جو گرمی کی منتقلی کے گتانک اور گرمی کی پیداوار کو کم کرتی ہے۔
ذیلی کولنگ کو 8-12 ڈگری تک بڑھانے سے کنڈینسیٹ فلم پتلی ہو جائے گی، حرارت کی منتقلی کے گتانک میں اضافہ ہو گا، اور ہیٹ آؤٹ پٹ کو ڈیزائن ویلیو پر بحال کر دیا جائے گا۔ زیادہ ذیلی کولنگ بھاپ کی کھپت کو بھی کم کرے گی کیونکہ اسی گرمی کے بوجھ کے لیے کم بھاپ کی ضرورت ہوتی ہے۔
سب کولنگ کنڈینسیٹ فلم کو کیوں پتلا کرتی ہے۔
ٹیوب کی سطح پر کنڈینسیٹ فلم مائع کی تہہ ہے جو بھاپ کے گاڑھا ہونے پر بنتی ہے۔ فلم کی موٹائی گاڑھا ہونے کی شرح، کنڈینسیٹ واسکاسیٹی، اور نکاسی کی شرح پر منحصر ہے۔
جب کنڈینسیٹ کو سب ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو ٹیوب کی سطح پر مائع کی تہہ سیر شدہ بھاپ سے کم درجہ حرارت پر ہوتی ہے۔ کم درجہ حرارت کنڈینسیٹ کی viscosity اور سطح کے تناؤ کو بڑھاتا ہے، جو نکاسی کو فروغ دیتا ہے اور فلم کی موٹائی کو کم کرتا ہے۔ پتلی فلم میں تھرمل مزاحمت کم ہوتی ہے اور گرمی کی منتقلی کا گتانک زیادہ ہوتا ہے۔
فلم کی موٹائی پر سب کولنگ کا اثر کم سب کولنگ پر معمولی ہوتا ہے لیکن زیادہ سب کولنگ پر اہم ہو جاتا ہے۔ 10 ڈگری سب کولنگ کے لیے، فلم کی موٹائی صفر سب کولنگ کے مقابلے میں 20-30% پتلی ہو سکتی ہے، اور حرارت کی منتقلی کا گتانک 15-25% زیادہ ہو سکتا ہے۔
بہترین ذیلی کولنگ رینج
بھاپ سروس میں PTFE ہیٹ ایکسچینجر کے لیے سب سے بہترین ذیلی کولنگ رینج کا تعین گرمی کی منتقلی کے فائدہ اور کنڈینسیٹ میں حساس حرارت کے نقصان کے درمیان تجارت-سے کیا جاتا ہے۔
گرمی کی منتقلی کا فائدہ ذیلی کولنگ کے ساتھ بڑھتا ہے کیونکہ کنڈینسیٹ فلم پتلی ہوتی ہے اور حرارت کی منتقلی کا گتانک بڑھ جاتا ہے۔ سب کولنگ کے ساتھ گرمی کا سمجھدار نقصان بڑھتا ہے کیونکہ کنڈینسیٹ زیادہ گرمی لے جاتا ہے جو عمل کے سیال کو گرم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا تھا۔
5,000 W/m²·K کے کنڈینسنگ سٹیم فلم کے گتانک اور 1,000 W/m²·K کے پراسیس-سائیڈ فلم کوفیسٹینٹ کے ساتھ PTFE ہیٹ ایکسچینجر کے لیے، بہترین ذیلی کولنگ عام طور پر 8–12 ڈگری ہوتی ہے۔ 8 ڈگری سے نیچے، فلم موٹی ہے اور گرمی کی منتقلی کا گتانک کم ہے۔ 12 ڈگری سے اوپر، سمجھدار گرمی کا نقصان ہیٹ ٹرانسفر فائدے سے زیادہ ہے۔
بہترین ذیلی کولنگ ہائی کنڈینسنگ گتانک والے ہیٹ ایکسچینجرز کے لیے زیادہ اور کم کنڈینسنگ گتانک والے ہیٹ ایکسچینجرز کے لیے کم ہے۔ زیادہ سے زیادہ قیمت بھاپ کے دباؤ اور عمل کے درجہ حرارت پر بھی منحصر ہے۔
بھاپ کی کھپت پر ذیلی کولنگ کا اثر
بھاپ کی کھپت کا تعین گرمی کے بوجھ اور بھاپ کی اویکت گرمی سے ہوتا ہے۔ اویکت حرارت جاری ہوتی ہے جب بھاپ سنترپتی درجہ حرارت پر گاڑھا ہوجاتی ہے۔ جب سنترپتی درجہ حرارت سے کم کنڈینسیٹ ٹھنڈا ہوتا ہے تو سمجھدار حرارت جاری ہوتی ہے۔
2,085 kJ/kg کی اویکت حرارت اور 4.2 kJ/kg·K کی مخصوص حرارت کے ساتھ 6 بار پر بھاپ کے لیے، 10 ڈگری سب کولنگ کے ذریعے جاری ہونے والی حساس حرارت 42 kJ/kg ہے، جو کہ اویکت حرارت کا تقریباً 2% ہے۔ فی کلو گرام بھاپ میں جاری ہونے والی کل حرارت 2,127 kJ/kg ہے، جو صرف اویکت حرارت سے 2% زیادہ ہے۔
اضافی ہیٹ ریلیز 10 ڈگری سب کولنگ کے لیے بھاپ کی کھپت کو تقریباً 2% کم کر دیتی ہے۔ یہ کمی قطعی طور پر چھوٹی ہے لیکن مسلسل آپریشن کے ایک سال کے دوران اہم ہو جاتی ہے۔
بھاپ کی کھپت میں کمی زیادہ ہوتی ہے اگر سب کولنگ زیادہ گرمی کی منتقلی کے قابلیت اور کم بھاپ کے درجہ حرارت کی اجازت دیتا ہے۔ بھاپ کا کم درجہ حرارت بھاپ پائپنگ اور ہیٹ ایکسچینجر شیل سے گرمی کے نقصان کو کم کرتا ہے۔
ٹیوب وال کے درجہ حرارت پر ذیلی کولنگ کا اثر
سب کولنگ کنڈینسیٹ فلم کی موٹائی کے ذریعے ٹیوب کی دیوار کے درجہ حرارت کو متاثر کرتی ہے۔ ایک پتلی فلم میں تھرمل مزاحمت کم ہوتی ہے، جو دی گئی حرارت کے بہاؤ کے لیے بھاپ اور ٹیوب کی دیوار کے درمیان درجہ حرارت کے فرق کو کم کرتی ہے۔
نچلے ٹیوب کی دیوار کا درجہ حرارت PTFE کی تنزلی کی شرح کو کم کرتا ہے اور ہیٹ ایکسچینجر کی سروس لائف کو بڑھاتا ہے۔ کم سب کولنگ پر اثر چھوٹا ہوتا ہے لیکن زیادہ سب کولنگ پر اہم ہو جاتا ہے۔
2.0 W/cm² کے ہیٹ فلوکس اور 5,000 W/m²·K کے کنڈینسنگ گتانک کے لیے، کنڈینسیٹ فلم میں درجہ حرارت کا فرق صفر سب کولنگ کے ساتھ 4 ڈگری اور 10 ڈگری سب کولنگ کے ساتھ 3 ڈگری ہے۔ درجہ حرارت کے فرق میں 1 ڈگری کی کمی ٹیوب کی دیوار کے درجہ حرارت کو 1 ڈگری تک کم کرتی ہے، جو سروس کی زندگی کو تقریباً 5% تک بڑھا دیتی ہے۔
ذیلی کولنگ اثر کی مقدار درست کرنا
مندرجہ ذیل جدول PTFE ہیٹ ایکسچینجر میں 6 بار پر بھاپ اور 80 ڈگری کے عمل کے درجہ حرارت کے ساتھ حرارت کی منتقلی کے قابلیت، حرارت کی پیداوار، اور مختلف ذیلی کولنگ لیولز کے لیے بھاپ کی کھپت کا خلاصہ کرتا ہے۔
| سب کولنگ | کنڈینسیٹ فلم کی موٹائی | کنڈینسنگ گتانک | مجموعی قابلیت | ہیٹ آؤٹ پٹ | بھاپ کی کھپت | ٹیوب وال کا درجہ حرارت |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 ڈگری | 100% | 5,000 W/m²·K | 200 W/m²·K | 68 کلو واٹ | 100% | 168 ڈگری |
| 2 ڈگری | 97% | 5,150 W/m²·K | 204 W/m²·K | 70 کلو واٹ | 99% | 167 ڈگری |
| 5 ڈگری | 90% | 5,500 W/m²·K | 213 W/m²·K | 73 کلو واٹ | 97% | 166 ڈگری |
| 8 ڈگری | 82% | 5,900 W/m²·K | 222 W/m²·K | 76 کلو واٹ | 95% | 165 ڈگری |
| 10 ڈگری | 76% | 6,200 W/m²·K | 228 W/m²·K | 78 کلو واٹ | 94% | 164 ڈگری |
| 12 ڈگری | 71% | 6,500 W/m²·K | 234 W/m²·K | 80 کلو واٹ | 93% | 163 ڈگری |
| 15 ڈگری | 65% | 6,900 W/m²·K | 241 W/m²·K | 82 کلو واٹ | 92% | 162 ڈگری |
| 20 ڈگری | 56% | 7,500 W/m²·K | 250 W/m²·K | 85 کلو واٹ | 90% | 161 ڈگری |
گرمی کی پیداوار اور بھاپ کی کھپت کی قدروں کو صفر سب کولنگ کیس میں معمول بنایا جاتا ہے۔ ٹیوب کی دیوار کا درجہ حرارت بھاپ کے ساتھ رابطے میں ٹیوب کی سطح کا درجہ حرارت ہے۔
ذیلی کولنگ کی عملی حدود
سب کولنگ کی عملی حدود کا تعین ہیٹ ایکسچینجر کے ڈیزائن اور سٹیم ٹریپ کی کارکردگی سے ہوتا ہے۔
ہیٹ ایکسچینجر کا علاقہ۔ایک بڑا ہیٹ ایکسچینجر ایریا زیادہ ذیلی کولنگ کی اجازت دیتا ہے کیونکہ کنڈینسیٹ کو ٹھنڈا ہونے میں زیادہ وقت ہوتا ہے۔ ایک چھوٹا سا علاقہ سب کولنگ کو محدود کرتا ہے۔
کنڈینسیٹ نکاسی آب۔کنڈینسیٹ کو ہیٹ ایکسچینجر سے آزادانہ طور پر نکالنا چاہیے تاکہ ذیلی کولنگ تیار ہو سکے۔ ناقص نکاسی والے ہیٹ ایکسچینجر میں سب کولنگ کم ہوتی ہے۔
بھاپ کا جال۔بھاپ کا جال لازمی طور پر سب کولڈ کنڈینسیٹ کو خارج کرنے کے قابل ہونا چاہئے۔ ایک ٹریپ جس کا سائز سیر شدہ کنڈینسیٹ کے لیے ہوتا ہے ہو سکتا ہے سب کولڈ کنڈینسیٹ کو ٹھیک طرح سے خارج نہ کرے۔
عمل کا درجہ حرارت۔ذیلی کولنگ عمل کے درجہ حرارت سے محدود ہے۔ کنڈینسیٹ کو عمل کے درجہ حرارت سے نیچے ٹھنڈا نہیں کیا جا سکتا۔
بھاپ کا دباؤ۔سب کولنگ بھاپ کے دباؤ سے محدود ہے۔ ایک اعلی بھاپ کا دباؤ زیادہ ذیلی کولنگ کی صلاحیت فراہم کرتا ہے کیونکہ سنترپتی درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے۔
ڈیزائن کی خصوصیات جو سب کولنگ کو فروغ دیتی ہیں۔
کئی ڈیزائن خصوصیات PTFE ہیٹ ایکسچینجر میں سب کولنگ کو فروغ دیتی ہیں۔
کنڈینسیٹ سب کولنگ سیکشن۔کنڈینسیٹ آؤٹ لیٹ پر ایک علیحدہ ذیلی کولنگ سیکشن کنڈینسیٹ کو سنترپتی درجہ حرارت سے نیچے ٹھنڈا ہونے دیتا ہے۔ سب کولنگ سیکشن گرمی کی منتقلی کا ایک چھوٹا سا علاقہ ہے جو عمل کے سیال کے سامنے آتا ہے۔
کشش ثقل کی نکاسی۔ایک ہیٹ ایکسچینجر جو مسلسل نیچے کی طرف ڈھلوان کے ساتھ نصب ہوتا ہے کنڈینسیٹ کو آزادانہ طور پر نکالنے اور ٹھنڈا ہونے دیتا ہے کیونکہ یہ آؤٹ لیٹ کی طرف بہتا ہے۔
کم بھاپ کی رفتار۔بھاپ کی کم رفتار کنڈینسیٹ کے داخلے کو کم کرتی ہے اور کنڈینسیٹ کو نکاسی اور ٹھنڈا ہونے دیتی ہے۔
مناسب بھاپ ٹریپ سائزنگ.ایک بھاپ کا جال جس کا سائز ذیلی کولڈ کنڈینسیٹ کے بہاؤ کے لیے ہے، کنڈینسیٹ کو چمکتے ہوئے بغیر خارج ہونے دیتا ہے۔
موصلیت.بھاپ کی پائپنگ اور ہیٹ ایکسچینجر شیل کی موصلیت گرمی کے نقصان کو کم کرتی ہے اور کنڈینسیٹ کو آہستہ آہستہ ٹھنڈا ہونے دیتی ہے۔
مختلف ایپلی کیشنز کے لیے ذیلی کولنگ اہداف کا موازنہ کرنا
مندرجہ ذیل جدول PTFE ہیٹ ایکسچینجر کے ساتھ مختلف بھاپ حرارتی ایپلی کیشنز کے لیے تجویز کردہ ذیلی کولنگ ہدف کا خلاصہ کرتا ہے۔
| درخواست | بھاپ کا دباؤ | عمل کا درجہ حرارت | تجویز کردہ ذیلی کولنگ | ہیٹ آؤٹ پٹ میں بہتری | بھاپ کی کھپت میں کمی |
|---|---|---|---|---|---|
| چڑھانا غسل حرارتی | 4 بار | 60 ڈگری | 8-10 ڈگری | 10–12% | 4–5% |
| کیمیائی ری ایکٹر ہیٹنگ | 6 بار | 80 ڈگری | 10-12 ڈگری | 12–15% | 5–7% |
| رنگنے والی مشین ہیٹنگ | 8 بار | 130 ڈگری | 6-8 ڈگری | 8–10% | 3–4% |
| انوڈائزنگ باتھ ہیٹنگ | 4 بار | 20 ڈگری | 12-15 ڈگری | 15–18% | 6–8% |
| ایواپوریٹر ہیٹنگ | 10 بار | 150 ڈگری | 5–7 ڈگری | 6–8% | 2–3% |
| نس بندی کی خدمت | 3 بار | 121 ڈگری | 10-12 ڈگری | 12–15% | 5–7% |
گرمی کی پیداوار میں بہتری اور بھاپ کی کھپت میں کمی صفر سب کولنگ کیس سے متعلق ہے۔ ذیلی کولنگ کے تجویز کردہ اہداف گرمی کی منتقلی کے فائدہ اور گرمی کے سمجھدار نقصان کے درمیان بہترین توازن پر مبنی ہیں۔
ذیلی کولنگ کنٹرول کے لیے تفصیلات کے پیرامیٹرز
سٹیم ہیٹنگ سروس کے لیے PTFE ہیٹ ایکسچینجر کی وضاحت کرنے والے آلات کے انجینئرز کو فراہم کنندہ کے ساتھ درج ذیل پیرامیٹرز کی تصدیق کرنی چاہیے۔
بھاپ کا دباؤ۔بھاپ کی فراہمی کے دباؤ اور سنترپتی درجہ حرارت کی وضاحت کریں۔
عمل کا درجہ حرارت۔عمل کے سیال درجہ حرارت اور نقطہ نظر کے درجہ حرارت کی وضاحت کریں۔
گرمی کا بوجھ۔گرمی کا بوجھ اور متوقع حد کی وضاحت کریں۔
سب کولنگ ہدف۔بھاپ کے دباؤ اور عمل کے درجہ حرارت کی بنیاد پر تجویز کردہ ذیلی کولنگ ہدف کی وضاحت کریں۔
کنڈینسیٹ نکاسی آب۔ہیٹ ایکسچینجر کی سمت اور نکاسی کے راستے کی وضاحت کریں۔
بھاپ کا جال۔سٹیم ٹریپ کی قسم اور ذیلی کولڈ کنڈینسیٹ کے سائز کے معیار کی وضاحت کریں۔
کنڈینسیٹ سب کولنگ سیکشن۔واضح کریں کہ آیا علیحدہ ذیلی کولنگ سیکشن فراہم کیا گیا ہے۔
درجہ حرارت کی نگرانی۔ذیلی کولنگ کو ٹریک کرنے کے لیے درجہ حرارت کے سینسر اور نگرانی کا طریقہ بتائیں۔
بھاپ حرارتی حالات سے مماثل ذیلی کولنگ
کنڈینسیٹ ذیلی کولنگ بھاپ حرارتی خدمت کے لیے PTFE ہیٹ ایکسچینجر میں حرارت کی منتقلی کے گتانک، حرارت کی پیداوار، اور بھاپ کی کھپت کو متاثر کرتی ہے۔ زیادہ تر ایپلی کیشنز کے لیے 8-12 ڈگری کا سب کولنگ بہترین ہے۔ زیادہ ذیلی کولنگ کنڈینسیٹ فلم کو پتلا کرتی ہے، حرارت کی منتقلی کے قابلیت کو بڑھاتی ہے، اور بھاپ کی کھپت کو کم کرتی ہے۔
سب کولنگ کو ہیٹ ایکسچینجر ڈیزائن اور سٹیم ٹریپ سلیکشن کے ذریعے کنٹرول کیا جانا چاہیے۔ ایک علیحدہ ذیلی کولنگ سیکشن اور ایک مناسب سائز کا بھاپ کا جال کنڈینسیٹ ڈرینیج پر سمجھوتہ کیے بغیر سب کولنگ کو تیار ہونے دیتا ہے۔
PTFE ہیٹ ایکسچینجر کے اختیارات کا جائزہ لینے والی بھاپ حرارتی سہولیات کے لیے، سب کولنگ ٹارگٹ کو پروکیورمنٹ دستاویزات میں بیان کیا جانا چاہیے اور کمیشننگ کے وقت اس کی تصدیق کی جانی چاہیے۔ مینوفیکچرر کی طرف سے فراہم کردہ ڈیفالٹ کنفیگریشن میں ذیلی کولنگ کے لیے انتظامات شامل نہیں ہو سکتے ہیں، اور اس کے نتیجے میں گرمی کی پیداوار توقع سے کم ہو سکتی ہے۔
سٹیم ہیٹنگ یا دیگر کنڈینسنگ سروس کے لیے PTFE ہیٹ ایکسچینجر کی خصوصیات کا جائزہ لینے والے آلات کے انجینئرز اور پروکیورمنٹ ماہرین سٹیم پریشر، پروسیس ٹمپریچر، ہیٹ لوڈ، سب کولنگ ٹارگٹ، کنڈینسیٹ ڈرینج، اور سٹیم ٹریپ سلیکشن کا جائزہ لینے کی درخواست کر سکتے ہیں تاکہ اس بات کی تصدیق کی جا سکے کہ یونٹ بھاپ کی اصل حالتوں اور آپریٹنگ لاگت کے ڈھانچے سے مطابقت رکھتا ہے۔
