आधुनिक उद्योग में उपयोग किए जाने वाले ताप हस्तांतरण उपकरणों की विविध श्रृंखला के बीच, शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर रासायनिक प्रसंस्करण और अल्कोहल उत्पादन में सबसे व्यापक रूप से अपनाया जाने वाला समाधान है। इसकी स्थायी लोकप्रियता एक मजबूत लेकिन अनुकूलनीय डिज़ाइन से उत्पन्न होती है जो उच्च दबाव, अत्यधिक तापमान और आक्रामक प्रक्रिया तरल पदार्थ को समायोजित करती है - जबकि निर्माण, सफाई और रखरखाव के लिए अपेक्षाकृत सरल रहती है।
एक शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर में पांच प्रमुख घटक शामिल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक थर्मल ट्रांसफर प्रक्रिया के भीतर एक अलग कार्य करता है:
| अवयव | विवरण |
|---|---|
| शंख | बाहरी बेलनाकार बर्तन जो ट्यूब बंडल को घेरता है और शेल-साइड द्रव प्रवाह को निर्देशित करता है। सेवा शर्तों के आधार पर आमतौर पर कार्बन स्टील, तांबा या स्टेनलेस स्टील से निर्मित किया जाता है। |
| ट्यूब शीट | एक मोटी छिद्रित प्लेट जिसमें ताप स्थानांतरण ट्यूबों को यांत्रिक रूप से विस्तारित या वेल्ड किया जाता है। ट्यूब शीट शेल-साइड और ट्यूब-साइड तरल पदार्थों को अलग करती है, जिससे दो प्रक्रिया धाराओं के बीच एक रिसाव-तंग अवरोध बनता है। |
| हीट ट्रांसफर ट्यूब | प्राथमिक ताप विनिमय सतह जहां तापीय ऊर्जा ट्यूब की दीवारों के माध्यम से गर्म तरल पदार्थ से ठंडे तरल पदार्थ में गुजरती है। ट्यूब व्यास, दीवार की मोटाई और पिच व्यवस्था को दबाव ड्रॉप बाधाओं के साथ गर्मी हस्तांतरण दक्षता को संतुलित करने के लिए इंजीनियर किया गया है। |
| हेड (चैनल कवर) | एक्सचेंजर के प्रत्येक छोर पर स्थापित, हेड ट्यूब-साइड तरल पदार्थ को अलग-अलग ट्यूबों में वितरित करता है और बाहर निकलने पर इसे एकत्र करता है। मल्टी-पास डिज़ाइन अनुक्रमिक ट्यूब समूहों के माध्यम से तरल पदार्थ को निर्देशित करने के लिए सिर के भीतर विभाजन प्लेटों का उपयोग करते हैं। |
| बाफ़ल प्लेटें | कंपन और शिथिलता के खिलाफ ट्यूबों का समर्थन करने के लिए ट्यूब बंडल लंबाई के साथ खंडित प्लेटें तैनात की जाती हैं, साथ ही एक क्रॉस-फ्लो पैटर्न में शेल-साइड तरल पदार्थ को निर्देशित किया जाता है जो संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक को बढ़ाता है। |
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर का परिचालन तर्क दो अलग-अलग प्रवाह पथों के इर्द-गिर्द घूमता है जो ट्यूब की दीवारों से भौतिक रूप से अलग रहते हैं:
दो धाराओं के बीच काउंटर-करंट या क्रॉस-फ्लो व्यवस्था लॉगरिदमिक माध्य तापमान अंतर (एलएमटीडी) को अधिकतम करती है, जो सीधे एक्सचेंजर की थर्मल दक्षता और आवश्यक गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र को नियंत्रित करती है।
सबसे महत्वपूर्ण डिज़ाइन निर्णयों में से एक यह निर्धारित करना है कि कौन सा तरल पदार्थ ट्यूब की तरफ से गुजरना चाहिए और कौन सा शेल की तरफ से। प्रदर्शन, सुरक्षा और रखरखाव को अनुकूलित करने के लिए इंजीनियर सात सुस्थापित चयन सिद्धांतों का पालन करते हैं:
तरल पदार्थ जो हैंअशुद्ध या गंदगी और परत जमने का खतराट्यूब साइड के माध्यम से रूट किया जाना चाहिए। ट्यूबों का सीधा बोर ब्रश, स्क्रेपर्स, या उच्च दबाव वाले पानी के जेट के साथ यांत्रिक सफाई की अनुमति देता है - एक ऐसा ऑपरेशन जो जटिल बाफ़ल और ट्यूब बंडल ज्यामिति के कारण शेल पक्ष पर प्रदर्शन करना कहीं अधिक कठिन है।
संक्षारक तरल पदार्थहमेशा ट्यूब की तरफ से यात्रा करनी चाहिए। यह सुरक्षात्मक रणनीति जंग को ट्यूबों और चैनल घटकों तक सीमित रखती है, जिन्हें चुनिंदा रूप से संक्षारण प्रतिरोधी मिश्र धातुओं में अपग्रेड किया जा सकता है, जबकि शेल बॉडी को मानक कार्बन स्टील से निर्मित किया जा सकता है - ट्यूब बंडल और दबाव लिफाफे दोनों के एक साथ क्षरण से बचा जा सकता है।
तरल पदार्थ पर काम कर रहे हैंबढ़ा हुआ दबावट्यूब पक्ष को सौंपा जाना चाहिए। छोटे-व्यास वाले ट्यूब बड़े-व्यास वाले शेल की तुलना में कहीं अधिक कुशलता से उच्च आंतरिक दबाव का सामना करते हैं, जिससे आवश्यक दीवार की मोटाई और समग्र उपकरण वजन नाटकीय रूप से कम हो जाता है। यह सिद्धांत घेरा तनाव समीकरण का प्रत्यक्ष परिणाम है, जहां तनाव पोत के व्यास के साथ आनुपातिक होता है।
संतृप्त भाप और अन्य स्वच्छ संघनक वाष्पशेल की तरफ सबसे अच्छा संभाला जाता है। संतृप्त भाप स्वाभाविक रूप से साफ होती है और गर्मी हस्तांतरण सतहों को खराब नहीं करती है। इसके अलावा, संघनक वाष्प के लिए शेल-साइड संवहन ताप अंतरण गुणांक काफी हद तक प्रवाह वेग से स्वतंत्र है, जिसका अर्थ है कि जटिल बाफ़ल व्यवस्था अनावश्यक है। बड़ी शैल मात्रा गुरुत्वाकर्षण के तहत कुशल घनीभूत जल निकासी की सुविधा भी देती है।
वह तरल पदार्थशीतलन या ऊष्मा अपव्यय की आवश्यकता होती हैशेल की तरफ रखे जाने से लाभ होता है, जहां शेल बॉडी का बड़ा बाहरी सतह क्षेत्र स्वाभाविक रूप से आसपास के वातावरण में गर्मी विकीर्ण करता है, जो प्राथमिक ताप विनिमय प्रक्रिया का पूरक है।
जबदोनों तरल पदार्थों के बीच तापमान का अंतर पर्याप्त हैऔर एक्सचेंजर एक कठोर (स्थिर ट्यूब शीट) निर्माण को नियोजित करता है, उच्च संवहन ताप हस्तांतरण गुणांक वाले तरल पदार्थ को शेल पक्ष के माध्यम से निर्देशित किया जाना चाहिए। यह व्यवस्था ट्यूब की दीवार पर थर्मल ग्रेडिएंट को कम करती है और अंतर थर्मल विस्तार तनाव को कम करती है जो अन्यथा ट्यूब-टू-ट्यूब शीट संयुक्त विफलता का कारण बन सकती है।
तरल पदार्थ की विशेषताकम वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर और उच्च चिपचिपाहटअधिमानतः शैल पक्ष के माध्यम से रूट किया जाता है। शेल-साइड प्रवाह मार्ग एक बड़ा क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप द्रव का वेग कम होता है और दबाव कम होता है। यह चिपचिपे तेल, पॉलिमर और संकेंद्रित प्रक्रिया वाली शराब के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां पंपिंग लागत अन्यथा निषेधात्मक हो जाएगी।
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स को विभिन्न प्रक्रिया वातावरणों के अनुरूप विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से निर्मित किया जा सकता है।कार्बन स्टीलगैर-संक्षारक, मध्यम-तापमान अनुप्रयोगों के लिए एक किफायती समाधान प्रदान करता है।तांबा और तांबा मिश्र धातुउत्कृष्ट तापीय चालकता और प्राकृतिक जैव-ईंधन प्रतिरोध प्रदान करते हैं, जो उन्हें स्वच्छ पानी और कम तापमान वाली सेवाओं के लिए आदर्श बनाते हैं।स्टेनलेस स्टीलग्रेड (304, 316, डुप्लेक्स) पेट्रोकेमिकल, फार्मास्युटिकल और अल्कोहल आसवन उद्योगों में आक्रामक रासायनिक वातावरण, उच्च शुद्धता प्रक्रियाओं और उच्च तापमान कर्तव्यों के लिए बेहतर संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करते हैं।
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स रासायनिक, पेट्रोकेमिकल, शराब उत्पादन, बिजली उत्पादन और एचवीएसी क्षेत्रों में थर्मल प्रसंस्करण की रीढ़ बने हुए हैं। कुछ किलोवाट से सैकड़ों मेगावाट तक की क्षमता को संभालने की उनकी क्षमता, सीधे विनिर्माण, सिद्ध विश्वसनीयता और अच्छी तरह से संहिताबद्ध डिजाइन मानकों (टीईएमए, एएसएमई, एपीआई 660) के साथ मिलकर, उद्योग के पसंदीदा ताप हस्तांतरण समाधान के रूप में उनके निरंतर प्रभुत्व को सुनिश्चित करती है।
