औद्योगिक प्रक्रियाओं की भौतिक सीमाओं को आगे बढ़ाना

आज के उन्नत उपकरण निर्माण और ऊर्जा एवं रसायन क्षेत्रों में, इंजीनियरों को अभूतपूर्व चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। 3,000 मीटर तक की गहराई में समुद्र के नीचे तेल और गैस उत्पादन से लेकर 70 एमपीए तक के उच्च दबाव वाले हाइड्रोजन ईंधन पुनर्भरण स्टेशनों तक, और उससे आगे चौथी पीढ़ी की परमाणु ऊर्जा और अतिक्रिटिकल विद्युत उत्पादन प्रणालियों तक, जो सर्वोच्च तापीय दक्षता प्राप्त करने का प्रयास कर रही हैं, पारंपरिक ऊष्मा विनिमय उपकरण अब इन चरम परिचालन स्थितियों के अनुकूल नहीं रह गए हैं। पारंपरिक शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर, तकनीकी रूप से परिपक्व होने के बावजूद, उच्च दबाव वाले माध्यमों को संभालने के लिए अत्यधिक मोटी शेल दीवारों की आवश्यकता होती है। इससे उपकरणों का आकार और वजन बहुत अधिक बढ़ जाता है, जिससे अपतटीय उपकरणों की कठोर हल्के वजन की आवश्यकताओं को पूरा करना असंभव हो जाता है। दूसरी ओर, प्लेट हीट एक्सचेंजर, चाहे गैस्केटेड हों या वेल्डेड, कॉम्पैक्ट होते हैं, लेकिन उनकी प्लेटों और सीलिंग संरचनाओं की प्रकृति के कारण वे 10 एमपीए से अधिक दबाव या अत्यधिक उच्च तापमान को सहन नहीं कर सकते। इस पृष्ठभूमि में, प्रिंटेड सर्किट हीट एक्सचेंजर (पीसीएचई) एक उपयुक्त समाधान के रूप में उभरा है। सटीक इंजीनियरिंग से निर्मित थर्मल चैनल डिज़ाइन और दो प्रमुख निर्माण प्रक्रियाओं—रासायनिक नक़्क़ाशी और वैक्यूम डिफ्यूजन बॉन्डिंग—के लाभ से, PCHE तीन प्रमुख प्रदर्शन उपलब्धियाँ हासिल करता है: अति उच्च दबाव प्रतिरोध, अत्यधिक तापमान अंतर के प्रति सहनशीलता और असाधारण रूप से सघन संरचना। इंजीनियरिंग अनुप्रयोग के परिप्रेक्ष्य से, यह शोधपत्र हाइड्रोजन ऊर्जा और अपतटीय तेल एवं गैस सहित प्रमुख परिदृश्यों में शंघाई प्लेट हीट एक्सचेंज इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड (SHPHE) द्वारा विकसित PCHE के अनुप्रयोग का गहन विश्लेषण प्रस्तुत करता है।

हाइड्रोजन ऊर्जा अवसंरचना: उच्च दबाव और पूर्व-शीतलन कार्य का प्रबंधन

हाइड्रोजन ऊर्जा को सर्वोत्कृष्ट स्वच्छ ऊर्जा के रूप में मान्यता प्राप्त है। हालांकि, हाइड्रोजन के आंतरिक भौतिक गुण—संपीड़न में अत्यधिक कठिनाई और रिसाव की उच्च प्रवृत्ति—मुख्य ऊष्मा विनिमय उपकरणों पर लगभग कठोर आवश्यकताएं लागू करते हैं। अपनी अनूठी डिजाइन और निर्माण विशेषताओं के साथ, SHPHE का PCHE हाइड्रोजन ऊर्जा अनुप्रयोगों में उच्च दबाव और क्रायोजेनिक चुनौतियों से निपटने के लिए प्रमुख उपकरण बन गया है।

हाइड्रोजन रिफ्यूलिंग स्टेशन (एचआरएस) प्री-कूलिंग सिस्टम की इंजीनियरिंग संबंधी चुनौतियाँ

ईंधन-सेल वाहनों की ड्राइविंग रेंज बढ़ाने के लिए, प्रमुख अंतरराष्ट्रीय ईंधन भरने के मानकों में 70 MPa पर उच्च दबाव वाले त्वरित ईंधन भरने की आवश्यकता होती है। मुख्य तकनीकी चुनौती इसी आवश्यकता में निहित है: हीट एक्सचेंजर को अत्यधिक उच्च परिचालन दबावों (100 MPa के विशिष्ट डिज़ाइन दबाव के साथ) को सहन करना होगा और तीव्र दबाव और तापमान चक्र को झेलना होगा। SHPHE द्वारा विकसित PCHE में 100 MPa तक का अधिकतम डिज़ाइन दबाव है, जो 70 MPa ईंधन भरने के संचालन के लिए विश्वसनीय सुरक्षा सुनिश्चित करता है। डिफ्यूजन बॉन्डिंग प्रक्रिया द्वारा निर्मित इसकी निर्बाध कोर संरचना, उच्च दबाव की स्थितियों में रिसाव के जोखिम को पूरी तरह से समाप्त कर देती है।

सामग्री का चयन:SHPHE में 316L ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील या निकल-आधारित मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है। उच्च दबाव वाले हाइड्रोजन वातावरण में ये सामग्रियां हाइड्रोजन एम्ब्रिटलमेंट के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदर्शित करती हैं, जिससे हाइड्रोजन परमाणुओं को धातु के जालक में प्रवेश करने और भंगुर विखंडन उत्पन्न करने से प्रभावी रूप से रोका जा सकता है।

संरचनात्मक थकान प्रतिरोध:PCHE की बेस मेटल डिफ्यूजन बॉन्डिंग इसे असाधारण थकान प्रतिरोध क्षमता प्रदान करती है। इससे यह यूनिट हाइड्रोजन रिफ्यूलिंग स्टेशन के पूरे सेवाकाल के दौरान हजारों दबाव चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों को सहन करने में सक्षम हो जाती है।

अपतटीय तेल एवं गैस इंजीनियरिंग: बहुमूल्य डेक स्थान पर अतिक्रमण को कम करना

गहरे समुद्र में स्थित FPSO (फ्लोटिंग प्रोडक्शन, स्टोरेज एंड ऑफलोडिंग यूनिट) या ड्रिलिंग प्लेटफॉर्म पर, स्थान और पेलोड अत्यंत लागत-गहन संसाधन होते हैं। प्लेटफॉर्म में जोड़ा गया प्रत्येक अतिरिक्त टन वजन, उसकी अंतर्निहित तैरती संरचना की लागत को काफी बढ़ा देता है।

प्रक्रिया संबंधी समस्या: उच्च दबाव वाली प्राकृतिक गैस का प्रबंधन

गहरे समुद्र में खनन से प्राप्त प्राकृतिक गैस में 10 से 20 MPa तक का अत्यधिक उच्च दबाव होता है, जो आमतौर पर उच्च तापमान और उच्च आर्द्रता के साथ होता है। पाइपलाइन परिवहन या द्रवीकरण से पहले, इसे निर्जलीकरण, भारी हाइड्रोकार्बन निष्कासन और अंतर-चरण कंप्रेसर शीतलन से गुजरना पड़ता है। यदि शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है, तो 20 MPa के दबाव को सहन करने के लिए इसकी शेल दीवार की मोटाई अत्यधिक अधिक होनी चाहिए। जलभराव के भार को ध्यान में रखते हुए, उपकरण का परिचालन भार अक्सर सैकड़ों टन तक पहुँच जाता है। यह न केवल मूल्यवान डेक स्थान लेता है, बल्कि प्लेटफ़ॉर्म के गुरुत्वाकर्षण केंद्र नियंत्रण और संरचनात्मक समर्थन प्रणालियों के लिए भी भारी चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है। SHPHE के PCHE की ऊष्मा स्थानांतरण सघनता 2500 m²/m³ तक पहुँच सकती है, और इसका भार पारंपरिक शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर की तुलना में लगभग 80% कम हो जाता है।

सारांश

संक्षेप में, एसएचपीईएचई के पीसीएचई उत्पाद केवल एकल-कार्यशील हीट एक्सचेंजर नहीं हैं, बल्कि विशेष रूप से चरम औद्योगिक परिदृश्यों के लिए तैयार किए गए व्यापक थर्मल समाधान हैं।

डिजाइन दबाव और तापमान:100 एमपीए के दबाव प्रतिरोध और 850°C के तापमान सहनशीलता के साथ, एसएचपीई का पीसीएचई विशिष्ट तकनीकी नेतृत्व के लाभों का दावा करता है।

विनिर्माण प्रक्रियाएँ:एसएचपीईएचई ने 304/316एल ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से लेकर समुद्री जल प्रतिरोधी टाइटेनियम और उच्च तापमान और अत्यधिक संक्षारक माध्यमों के लिए उपयुक्त निकल-आधारित मिश्र धातुओं तक, विभिन्न प्रकार की सामग्रियों के लिए नक़्क़ाशी और वेल्डिंग प्रक्रियाओं में महारत हासिल कर ली है।

विनिर्माण पैमाना:एक इकाई 8,000 वर्ग मीटर तक का ऊष्मा विनिमय क्षेत्र प्रदान कर सकती है, जो बड़े पैमाने पर तेल और गैस तथा बिजली परियोजनाओं का समर्थन करने की एसएचपीईएचई की क्षमता को प्रदर्शित करता है।

अनुकूलन सेवाएं:केमिकल एचिंग की लचीलता का लाभ उठाते हुए, एसएचपीई ग्राहकों को दबाव में कमी और ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता के बीच इष्टतम संतुलन प्राप्त करने के लिए पूरी तरह से अनुकूलित चैनल कॉन्फ़िगरेशन प्रदान कर सकता है।