आकार मुद्रित सर्किट हीट एक्सचेंजर: एक व्यापक गाइड

प्रिंट सर्किट हीट एक्सचेंजर अनुप्रयोग

• तेल एवं गैसतरलीकृत प्राकृतिक गैस संयंत्रों और रीगेसिफिकेशन इकाइयों में, पीसीएचई प्रीकोल्ड मीथेन चक्रों, एंड-फ्लैश गैस वसूली, उबाल-ऑफ गैस हैंडलिंग और वाष्पकरण कर्तव्यों में सेवा करते हैं।क्रायोजेनिक प्रदर्शन ( -196 °C तक) और उच्च दबाव क्षमता पीसीएचई को ईंधन गैस हीटर और तैरते रेगेसिफायर में गर्मी वसूली के लिए आदर्श बनाती है।

• हाइड्रोजन ईंधन और प्रोसेसिंग: तेजी से हाइड्रोजन ईंधन स्टेशन भरने की दरों को अधिकतम करने के लिए उच्च दबाव H2 के तेजी से प्रीकूलिंग पर निर्भर करते हैं।पीसीएचई (विशेष रूप से विशेष 3 डी-टेच किए गए चैनलों के साथ) का उपयोग 700 बार से भंडारण स्थितियों तक हाइड्रोजन को प्री-कूल करने के लिए किया जाता है, पंप शक्ति को कम करता है और प्रतीक्षा करता है।अधिक व्यापक रूप से, हाइड्रोजन तरल पदार्थ और प्रसंस्करण पीसीएचई के उच्च दबाव लचीलापन का लाभ उठा सकता है।
• रासायनिक और पेट्रोकेमिकल प्लांटपीसीएचई उच्च दबाव हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण, परिष्करण और पेट्रोकेमिक कर्तव्यों में समय परीक्षण किया जाता है।वे गैस dew-point नियंत्रण, रिएक्टर इंटरस्टेज शीतलन, एसिड गैस शीतलन, और कड़े स्वच्छता की आवश्यकता वाली प्रक्रियाओं में घनत्व जैसे कर्तव्यों को संभालते हैं।उनकी छोटी तरल पदार्थ इन्वेंट्री और उच्च थर्मल प्रभावशीलता उन्हें साफ, महत्वपूर्ण सेवाओं के लिए उपयुक्त है।(उदाहरण के लिए, निकेल-अली पीसीएचई को कठोर तरल पदार्थों और उच्च तापमान का विरोध करने के लिए रासायनिक प्रसंस्करण में व्यापक रूप से अपनाया जाता है)।
• विद्युत उत्पादनउन्नत बिजली चक्रों में, पीसीएचई का उपयोग रिकवरी और जनरेटर में किया जाता है।सुपरक्रिटिकल CO2 चक्रों के लिए, जहां सभी धाराएं 200-300 बार या उससे अधिक पर हैं, पीसीएचई ~ 600 °C तापमान ग्लाइड और भारी दबाव अंतर का सामना कर सकते हैं।उनका उपयोग परमाणु ऊर्जा (बाप जनरेटर प्रतिस्थापन) और गैस टरबाइन ईंधन गैस हीटिंग में भी किया जाता है।उनकी अल्ट्राहाइ दबाव रेटिंग (कुछ डिजाइनों पर ~ 1250 बार तक) उन्हें उपन्यास चक्रों के लिए आकर्षक बनाता है।

• नवीकरणीय ऊर्जाऔर स्टोरेज: पीसीएचई केंद्रित सौर ऊर्जा, लंबे समय तक थर्मल भंडारण (घलते नमक, आदि) के लिए ध्यान प्राप्त कर रहे हैं,और कार्बन कैप्चर सिस्टम, जहां उच्च चक्र दक्षता और कॉम्पैक्ट गर्मी विनिमय महत्वपूर्ण हैं।

पीसीएचई आकार में महत्वपूर्ण विचार

• थर्मल ड्यूटी (Heat Transfer Requirement): पहले, आवश्यक गर्मी कर्तव्य की गणना करें क्यू प्रक्रिया डेटा (जन प्रवाह दर, विशिष्ट गर्मी, और गर्म और ठंडे तरल पदार्थों के तापमान परिवर्तन) से।Log-mean temperature difference (LMTD) या आवश्यक आउटलेट तापमान भी निर्धारित करें।गर्मी ड्यूटी और LMTD संबंध के माध्यम से आवश्यक समग्र गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र निर्धारित करता है
  
  कहाँ यू समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक है।
• द्रव प्रवाह की दर और गतिः प्रत्येक तरल पदार्थ (गर्म और ठंडे पक्ष) की द्रव्यमान प्रवाह दरों को देखते हुए, वेग की गणना करने के लिए प्रारंभिक चैनल आयाम चुनें।उदाहरण के लिए, यदि प्रत्येक चैनल क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है तो , तरल पदार्थ गति .गति प्रवाह शासन निर्धारित करता है (Reynolds संख्या) ) और इस प्रकार गर्मी हस्तांतरण और दबाव ड्रॉप।पीसीएचई माइक्रोचैनल आम तौर पर 0.4-4 मिमी हाइड्रोलिक व्यास के आदेश पर होते हैं, इसलिए प्रवाह दर और तरल पदार्थ के आधार पर लैमिनार से लेकर अशांत तक हो सकता है।
• चैनल ज्यामितीय और कॉन्फ़िगरेशन: चैनल आकार, चौड़ाई पर निर्णय लें (), और लंबाई।पीसीएचई निर्माता अक्सर चैनल पैटर्न (सरे, ज़िगज़ैग, लहर, 3 डी, आदि) की सूची प्रदान करते हैं।प्लेट और corrugation प्रोफ़ाइल।संकीर्ण चैनल सतह क्षेत्र को बढ़ाते हैं (गर्म हस्तांतरण बढ़ाते हैं), लेकिन दबाव में गिरावट भी बढ़ जाती है।चयनित ज्यामितीय को आवश्यक गर्मी हस्तांतरण को वितरित करते हुए दबाव ड्रॉप सीमाओं को पूरा करना चाहिए।चूंकि रासायनिक उत्कीर्णन बहुत लचीला है, इसलिए पीसीएचई सरल पंख प्लेटों में जटिल सांप या वितरक पैटर्न को लागू कर सकते हैं जो असंभव हैं।उत्पाद पैरामीटर प्रारंभिक विकल्पों का मार्गदर्शन कर सकते हैं - उदाहरण के लिए, SHPHE 0.4 से 4 मिमी और प्लेट मोटाई 0.5-2 मिमी तक विशिष्ट चैनल अंतराल सूचीबद्ध करता है।
• Heat Transfer Coefficient की गणनाः संवर्तनशील गर्मी हस्तांतरण गुणांक का अनुमान लगाने के लिए सहसंबंधों का उपयोग करें h हर तरफ।कई पीसीएचई डिजाइनों (कुछ मिलीमीटर के अर्धसिरक चैनल) के लिए, Nu और घर्षण कारक सहसंबंध साहित्य या सीएफडी डेटा से उपलब्ध हैं।उदाहरण के लिए, एक अध्ययन 2 मिमी अर्धसिरक चैनल के लिए देता है:

• क्षेत्र और चैनल गिनतीः एक बार यू अनुमानित है, हल करें कुल गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र के लिए आवश्यक है।एक पीसीएचई में, क्षेत्र सभी चैनल की दीवारों के योग से आता है।अगर हर चैनल के पास चौड़ाई के समानांतर चैनल लंबाई और लंबाई , और वहाँ हैं कुल क्षेत्रफल लगभग है (जहां यदि कोई भी असमानता के लिए खाते)जरूरतों के लिए एक समाधान हो सकता है और व्यावहारिक प्लेट आयाम दिया।उदाहरण के लिए, यदि 0.5 एम 2 प्रभावी क्षेत्र की आवश्यकता है और प्रत्येक चैनल 0.01 एम 2 का योगदान देता है, तो लगभग 50 चैनल-प्लेट्स को ढेर किया जाना चाहिए।
• दबाव गिरावट अनुमान: प्रत्येक पक्ष पर दबाव की गिरावट की गणना करें।दीदी के हाथों से, दीदी के हाथों से .यहां चैनल में गति का औसत है और उपरोक्त संबंध से घर्षण कारक।चूंकि चैनल छोटे हैं, दबाव गिरावट महत्वपूर्ण हो सकती है - इंजीनियरों को सुनिश्चित करना चाहिए अनुमत सीमा के भीतर रहें।यदि ड्रॉप बहुत अधिक है, तो कोई चैनल के आकार को बढ़ा सकता है, चैनल की लंबाई को कम कर सकता है (अधिक समानांतर चैनल / प्लेट जोड़कर), या एक अलग प्रवाह पथ ज्यामितीय चुन सकता है।
• सामग्री और यांत्रिक बाधाएं: दबाव और जंग आवश्यकताओं के आधार पर प्लेट सामग्री और मोटाई का चयन करें।ए एऔद्योगिक पीसीईप्लेट की मोटाई को पूर्ण डिजाइन दबाव का सामना करना चाहिए; उदाहरण के लिए, SHPHE 1000 बार तक दबाव के लिए 0.5-2 मिमी से प्लेट की मोटाई निर्दिष्ट करता है।SS316L, Inconel 625, titanium, या Hastelloy जैसी सामग्री उच्च तापमान या संक्षारक तरल पदार्थों का विरोध करने के लिए आम हैं।बहुत उच्च दबावों को मोटी प्लेटों या उच्च शक्ति वाले मिश्र धातुओं की आवश्यकता हो सकती है, जो चैनल के आकार या क्षेत्र को कम करते हैं, इसलिए इस व्यापार को दोहराया जाना चाहिए।
• पुनरावृत्ति और अनुकूलन: चूंकि ऊपर दिए गए कारक परस्पर निर्भर हैं, इसलिए आकार आमतौर पर पुनरावर्ती होता है।एक आम तौर पर चैनल अंतराल या गिनती और पुनर्गठन को समायोजित करता है यू और जब तक थर्मल ड्यूटी और हाइड्रोलिक दोनों बाधाओं को पूरा नहीं किया जाता है।कम्प्यूटेशनल टूल या निर्माता सॉफ्टवेयर अक्सर इसमें मदद करते हैं।महत्वपूर्ण मामलों में (उदाहरण के लिए, एससीओ 2 चक्र), ज्यामितीय को अंतिम रूप देने के लिए एक विस्तृत सिमुलेशन का उपयोग किया जा सकता है।

1. आवश्यकताओं को परिभाषित करें: गर्म / ठंडे इनलेट / आउटलेट तापमान, द्रव्यमान प्रवाह दरों, अनुमत दबाव बूंदों, और आवश्यक कर्तव्य इकट्ठा करें .

2. पहले चैनल आयामों का चयन करें: एक चैनल चौड़ाई (उदाहरण के लिए 1-3 मिमी) और प्लेट तरंग फॉर्म चुनें।

3. गति और रेनॉल्ड्स संख्या की गणना करें: , .

4. ताप हस्तांतरण गुणांक का अनुमान: Nusselt सहसंबंधों का उपयोग करें (Nu vs. Re) और प्रत्येक पक्ष के लिए।

5. कुल गणना करें : संयोजन करें , और दीवार ड्राइविंग।

6. आवश्यक क्षेत्र की गणना करें: .

7. चैनल की संख्या / लंबाई निर्धारित करें: ढूँढने के लिए क्षेत्र सूत्र का उपयोग करें और यह प्लेट के आकार से मेल खाता है।

8. दबाव बूंदों की जांच करें: गणना करें प्रत्येक पक्ष के लिए।

9. ज्यामितीय समायोजन करेंः अगर बहुत ऊँचा है या यू बहुत कम, चैनल की चौड़ाई, प्लेट गिनती, या प्रवाह पथ को संशोधित करें (बेंड जोड़ें, पैटर्न बदलें) और दोहराएं।

10. यांत्रिक रूप से मान्य करेंः सुनिश्चित करें कि दीवार की मोटाई और सामग्री डिजाइन दबाव और तापमान के लिए ASME / PED कोड को पूरा करती है।

इस प्रक्रिया में, विनिर्माण बाधाओं का सम्मान करना महत्वपूर्ण है।उदाहरण के लिए, रासायनिक उत्कीर्णन बहुत जटिल चैनलों (सरपेन्टिन, मल्टी-पास सर्किट) बना सकता है, लेकिन अत्यधिक पतली दीवारें (<0.2 मिमी) उत्कीर्णन और बंधन के लिए व्यावहारिक नहीं हैं।SHPHE के दिशानिर्देश अधिकांश PCHEs के लिए 0.5-2 मिमी रेंज में प्लेट मोटाई का सुझाव देते हैं।

शेल-एंड-ट्यूब और अन्य प्रकार के एक्सचेंजर के लिए तुलना

एक अंतिम नोट में