अभेद्य ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स की तापमान और दबाव सीमाएँ क्या हैं?

अभेद्य ग्रेफाइट संपीड़न में मजबूत है, तनाव में कमजोर है और प्रदर्शन सीमाएं मुख्य रूप से इसे अभेद्य बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले राल द्वारा निर्धारित होती हैं। अप्रत्याशित, भंगुर विफलता से बचने के लिए इंजीनियरों को इन सीमाओं का पालन करने की आवश्यकता है। धातुओं के विपरीत, जिनमें आमतौर पर टूटने से पहले कुछ प्लास्टिक विरूपण होता है, ग्रेफाइट बहुत कम या बिना किसी चेतावनी के टूटता है। इस प्रकार अभेद्य ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर की सीमाएं {{3}तापमान, दबाव और थर्मल शॉक {{4}एक अन्यथा बहुत संक्षारण प्रतिरोधी सामग्री के सुरक्षित संचालन आवरण को परिभाषित करती हैं।

तापमान सीमाएँ राल पर निर्भर सीमाएँ
अभेद्य ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर का उच्चतम सेवा तापमान संसेचन राल की थर्मल स्थिरता द्वारा सीमित होता है। ग्रेफाइट सब्सट्रेट स्वयं अक्रिय वायुमंडल में 2,500 डिग्री से अधिक तक स्थिर है, हालांकि छिद्रों को भरने और रिसाव की जकड़न प्रदान करने वाला राल बहुत कम तापमान पर विघटित हो जाता है।

राल प्रकार अधिकतम सतत ऑपरेटिंग तापमान टिप्पणियाँ
फेनोलिक रेज़िन 180-200 डिग्री (सामान्य) 210 डिग्री तक कुछ ग्रेड सबसे आम और सबसे सस्ता; सीमा से ऊपर गिरावट, वाष्पशील पदार्थों का उत्सर्जन, सरंध्रता
पीटीएफई (पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन) 220-230 डिग्री उच्च तापमान प्रदर्शन, महान रासायनिक प्रतिरोध लेकिन बहुत अधिक महंगा
फ्यूरान रेज़िन 180-200 डिग्री फेनोलिक -जैसा; इसका उपयोग वहां किया जाता है जहां फेनोलिक कुछ कार्बनिक सॉल्वैंट्स के लिए उपयुक्त नहीं है
400 डिग्री तक कार्बन के साथ राल मुक्त संसेचित (केवल गैर - ऑक्सीकरण वातावरण) क्षरण के लिए कोई राल नहीं, लेकिन फिर भी छिद्रपूर्ण ग्रेफाइट ऑक्सीकरण को रोकने के लिए एक निष्क्रिय या कम करने वाले वातावरण की आवश्यकता होती है
जब तापमान सीमा पार हो जाती है तो फेनोलिक रेज़िन जलने, सिकुड़ने और टूटने लगता है। ग्रेफाइट फिर से छिद्रपूर्ण हो जाता है और निम्न की ओर ले जाता है:

एक्सचेंजर के शरीर के माध्यम से संक्षारक द्रव का रिसाव।

शेल और ट्यूब पक्ष के बीच क्रॉस संदूषण।

बाहरी हिस्सों में तेजी से जंग लगना।

PTFE{{0}संसेचित ग्रेफाइट को 200 डिग्री से अधिक की सेवा के लिए निर्दिष्ट किया गया है। हालाँकि लागत में वृद्धि महत्वपूर्ण हो सकती है, आमतौर पर फेनोलिक संसेचित समकक्षों की तुलना में 50-100% अधिक। संसेचित ग्रेफाइट आम तौर पर 230 डिग्री से ऊपर पहुंच योग्य नहीं है, और सिलिकॉन कार्बाइड, टैंटलम या सिरेमिक जैसी अन्य सामग्रियों की जांच की जानी चाहिए।

दबाव की सीमा: तनाव और डिजाइन मानकों की कमजोरी
ग्रेफाइट में उच्च संपीड़न शक्ति (50-100 एमपीए) लेकिन कमजोर तन्य शक्ति (10-25 एमपीए) होती है। घेरा और अक्षीय तन्य तनाव बेलनाकार गोले और ट्यूबों में आंतरिक दबाव से उत्पन्न होते हैं। ग्रेफाइट आसानी से उच्च तनाव नहीं ले सकता है और इसलिए ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स की दबाव रेटिंग मामूली होती है।

दबाव रेटिंग - मानक
ब्लॉक - प्रकार के हीट एक्सचेंजर्स (ड्रिल किए गए चैनलों के साथ बेलनाकार या आयताकार ब्लॉक): विशिष्ट डिज़ाइन को शेल और ट्यूब किनारों पर 6 बार (87 पीएसआई) रेट किया गया है।

शैल और ट्यूब डिज़ाइन: आमतौर पर ट्यूब की तरफ 5-6 बार पर रेट किया जाता है; बड़े असमर्थित क्षेत्रों के कारण शेल साइड काफी कम हो सकती है।

कस्टम प्रबलित डिज़ाइन बाहरी स्टील के गोले, मोटे ग्रेफाइट अनुभागों या प्रीस्ट्रेस्ड डिज़ाइनों के माध्यम से 10-12 बार तक के दबाव के लिए उपलब्ध हैं। ये आइटम शेल्फ़ से बाहर नहीं हैं और इनके लिए कुशल इंजीनियरिंग की आवश्यकता है।

रेटेड दबाव एक समान स्थिर भार द्वारा निर्धारित किया जाता है। बढ़ते दबाव, पानी की तेज़ गति या तेज़ साइकिलिंग से गतिशील तन्य तनाव उत्पन्न हो सकता है जो अचानक टूटने को प्रेरित कर सकता है, भले ही स्थिर स्थिति का दबाव रेटिंग से कम हो।

डिज़ाइन कोड का अनुपालन
धात्विक दबाव वाहिकाएं एएसएमई धारा VIII, डिवीजन 1 . के अधीन हैं ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स इस कोड के अधीन नहीं हैं। ग्रेफाइट उपकरण के लिए सबसे प्रसिद्ध डिज़ाइन मानक जर्मन AD मर्कब्लैट N1 (Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter) है। अन्य निर्माता आंतरिक मानकों के गहन परीक्षण पर निर्भर हैं। क्रेता को आपूर्तिकर्ता से डिज़ाइन कोड घोषणा मांगनी चाहिए और गारंटी देनी चाहिए कि एक्सचेंजर पर सही ढंग से मुहर लगाई गई है या प्रमाणित किया गया है।

थर्मल शॉक: एक परिचालन बाधा
कामकाज में एक और महत्वपूर्ण बाधा स्थिर अवस्था तापमान और दबाव के अलावा थर्मल शॉक है। ग्रेफाइट में तापीय विस्तार का अपेक्षाकृत कम गुणांक होता है (लगभग 2-6 × 10⁻⁶ / डिग्री, कांच या सिलिकॉन के समान) लेकिन धातुओं की तुलना में खराब ताप चालकता और बहुत कम तन्यता ताकत होती है। जब एक ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर तेजी से तापमान परिवर्तन के अधीन होता है (उदाहरण के लिए, ठंडे तरल को गर्म इकाई में इंजेक्ट किया जाता है), तो हीट एक्सचेंजर में आंतरिक अंतर विस्तार तनाव उत्पन्न होता है जो ग्रेफाइट की तन्यता ताकत से अधिक होता है और इसलिए दरारें पैदा करता है।

परिवर्तन की सुझाई गई तापमान दर
निर्माता आमतौर पर सामान्य ग्रेफाइट एक्सचेंजर्स के लिए 5-10 डिग्री प्रति मिनट के स्वीकार्य तापमान परिवर्तन की अधिकतम दर निर्दिष्ट करते हैं। कुछ भारी सेक्शन ब्लॉक डिज़ाइन केवल 2-3 डिग्री/मिनट ही सहन करने में सक्षम हो सकते हैं। एक बार जब ये दरें पार हो जाती हैं, यहां तक ​​कि एक बार भी, अपूरणीय दरार पड़ सकती है।

उदाहरण विफल परिदृश्य
150 डिग्री पर काम करने वाला और रखरखाव के लिए सूखा हुआ ग्रेफाइट ब्लॉक एक्सचेंजर विशिष्ट है। फिर ब्लॉक को समान रूप से ठंडा किया जाता है और शेल की तरफ ठंडा पानी (20 डिग्री) डाला जाता है। आंतरिक सतहें जल्दी ठंडी हो जाती हैं, जबकि केंद्र गर्म रहता है। उत्पन्न होने वाले तन्य तनाव चैनल छिद्रों से ब्लॉक को बाहर की ओर तोड़ देते हैं। अगले दबाव पर एक्सचेंजर विफल हो जाएगा।

गर्मी के झटके को रोकने के लिए:

50 डिग्री से अधिक तापमान अंतर वाले तरल पदार्थ को किसी अन्य तापमान वाले एक्सचेंजर में इंजेक्ट न करें।

धीमी गति से वार्म अप या कूल डाउन तकनीक का उपयोग करें।

तापमान के बराबर होने तक प्रवाह को रोकने के लिए तापमान इंटरलॉक या नियंत्रित वाल्व।

संयुक्त तापमान और दबाव प्रभाव
कई मामलों में बढ़ते तापमान के साथ अधिकतम अनुमेय दबाव कम हो जाता है। रेज़िन सीमा के करीब उच्च तापमान पर (उदाहरण के लिए फेनोलिक के लिए . 190 डिग्री) रेज़िन कुछ हद तक नरम हो जाता है, जिससे ग्रेफाइट की प्रभावी ताकत कम हो जाती है। विशेष व्युत्पन्न वक्र निर्माता विशिष्ट हैं। एक विवेकपूर्ण दृष्टिकोण राल सीमा से 10-15 डिग्री नीचे के तापमान पर काम के दबाव को 20-30% तक कम करना होगा। सेवा के लिए, रेंगने या गैसकेट शिथिलता से बचने के लिए अंतिम राल के अधिकतम दबाव को और कम किया जाना चाहिए।

पीटीएफई विकल्पों पर सीमाओं की तुलना
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स कम तापमान पर काम करते हैं (उदाहरण के लिए ठोस पीटीएफई के लिए 110 डिग्री से कम या इसके बराबर), लेकिन उच्च दबाव (सुदृढीकरण के साथ डिजाइन के लिए 10-16 बार) का सामना कर सकते हैं और पीटीएफई के लचीलेपन के कारण थर्मल शॉक के प्रति व्यावहारिक रूप से असंवेदनशील होते हैं। अभेद्य ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर की सीमाएं इस प्रकार अधिक प्रतिबंधात्मक (तापमान: 200-230 डिग्री, दबाव: 6 बार) और परिचालन रूप से अधिक कठिन दोनों हैं। ग्रेफाइट एक अच्छा विकल्प है जहां प्रक्रिया 110 डिग्री से अधिक लेकिन 200 डिग्री से नीचे और 6 बार के दबाव पर की जानी है। 200 डिग्री से ऊपर या 6 बार से ऊपर अन्य सामग्रियों का मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

अधिक दबाव से सुरक्षा और निरीक्षण
अत्यधिक दबाव से सुरक्षा आवश्यक है, क्योंकि ग्रेफाइट प्लास्टिक विरूपण के बिना विफल हो जाता है। दबाव किसी भी मात्रा में एक्सचेंजर रेटिंग से अधिक नहीं होना चाहिए, और यह सुनिश्चित करने के लिए राहत वाल्वों का आकार और विनियमन किया जाना चाहिए। नियमित निरीक्षण शामिल होना चाहिए

हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण (थर्मल तनाव को रोकें, समान तापमान वाले पानी का उपयोग करें)।

ब्लॉक फेस और ट्यूब शीट का डाई प्रवेशक निरीक्षण।

दबाव में कमी के रुझान देखें। अचानक उछाल फ्रैक्चर या गंदगी का संकेत दे सकता है।

एक व्यापक ग़लतफ़हमी यह है कि 6 बार रेटेड एक्सचेंजर कभी-कभार 7 बार स्पाइक को संभाल सकता है। ग्रेफाइट उत्पन्न नहीं होता है, 7 बार माइक्रोक्रैक के गठन का कारण बन सकता है जो लगातार चक्रों में फैल जाएगा जिससे कुछ दिनों या हफ्तों बाद विनाशकारी विफलता हो सकती है। निर्धारित परिस्थितियों से परे कार्य न करें।

कार्यकारी का सारांश
लंबे समय तक सुरक्षित रूप से संचालित करने के लिए, अभेद्य ग्रेफाइट के तापमान, दबाव और थर्मल शॉक सीमाओं का सम्मान किया जाना चाहिए। अभेद्य ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर के पैरामीटर, आमतौर पर फेनोलिक {{3}राल इकाइयों और 6 बार मानक दबाव के लिए 180-200 डिग्री, मनमाने नहीं हैं। वे राल की थर्मल स्थिरता और ग्रेफाइट के तनाव में आंतरिक कमजोरी से तुरंत उत्पन्न होते हैं। थर्मल शॉक संवेदनशीलता एक अन्य परिचालन बाधा है जो धातु या पीटीएफई के लिए कोई कारक नहीं है। ये प्रतिबंध वास्तव में नियंत्रित करते हैं कि ग्रेफाइट का उपयोग पीटीएफई (कम तापमान, उच्च दबाव सहनशीलता) या सिलिकॉन कार्बाइड (उच्च तापमान और दबाव, लेकिन अधिक लागत) जैसी अधिक क्षमाशील सामग्रियों की तुलना में कहां किया जा सकता है। उचित चयन एक्सचेंजर की प्रमाणित सीमाओं को प्रक्रिया परिस्थितियों के साथ-साथ ग्राहकों के लिए कुछ अतिरिक्त सुरक्षा मार्जिन के साथ मिलान करके किया जाता है। जब इन सीमाओं का पालन किया जाता है, तो अभेद्य ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स दशकों की विश्वसनीय संक्षारण प्रतिरोधी सेवा प्रदान करते हैं।