सतह संघनित्र

ट्यूब बैंकों को प्रकट करने के लिए विस्तारित अंत प्लेट के साथ सतह संघनित्र

सतह संघनित्र ठंडा-जल शैल और ट्यूब ऊष्मा विनिमयक है जो ताप विद्युत केंद्र में भाप टरबाइन से निकास भाप को संघनित करने के लिए स्थापित किया जाता है।^[1]^[2]^[3] ये संघनित्र (ऊष्मा ट्रांसफर) ऊष्मा विनिमयक हैं जो वायुमंडलीय दबाव से कम दबाव पर भाप को गैसीय से तरल अवस्था में परिवर्तित करते हैं। जहां ठंडा पानी कम आपूर्ति में है, वहां अधिकांशतः एयर-कूल्ड संघनित्र का उपयोग किया जाता है। चूँकि, एयर-कूल्ड संघनित्र अत्यधिक बहुमूल्य होता है और पानी-ठंडा सतह संघनित्र जितना कम भाप टरबाइन निकास दबाव (और तापमान) प्राप्त नहीं कर सकता है।

सतही संघनित्र का उपयोग विद्युत संयंत्रों में भाप टरबाइन निकास के संघनन के अतिरिक्त अन्य अनुप्रयोगों और उद्योगों में भी किया जाता है।

उद्देश्य

थर्मल पावर प्लांट में, सतह संघनित्र का उद्देश्य अधिकतम थर्मल दक्षता प्राप्त करने के लिए भाप टरबाइन से निकास भाप को संघनित करना है, और टरबाइन निकास भाप को शुद्ध पानी में परिवर्तित करना है (जिसे भाप वाष्पीकरण कहा जाता है) जिससे इसे जनरेटर या बॉयलर में बॉयलर फ़ीड पानी के रूप में पुन: उपयोग किया जाता है।

भाप टरबाइन स्वयं भाप में ऊष्मा को यांत्रिक शक्ति (भौतिकी) में परिवर्तित करने का उपकरण है। टरबाइन के प्रवेश द्वार पर प्रति इकाई द्रव्यमान वाली भाप की ऊष्मा और टरबाइन से निकलने वाले स्थान पर प्रति इकाई द्रव्यमान वाली भाप की ऊष्मा के बीच का अंतर उस ऊष्मा को दर्शाता है जो यांत्रिक शक्ति में परिवर्तित हो जाती है। इसलिए, टरबाइन में प्रति पाउंड (द्रव्यमान) या किलोग्राम भाप की ऊष्मा का यांत्रिक शक्ति में रूपांतरण जितना अधिक होगा, जिससे इसकी दक्षता उतनी ही श्रेष्ठ होती है। वायुमंडलीय दबाव से कम दबाव पर टरबाइन की निकास भाप को संघनित करने से, टरबाइन के इनलेट और निकास के बीच भाप दबाव में गिरावट बढ़ जाती है, जिससे यांत्रिक शक्ति में रूपांतरण के लिए उपलब्ध गर्मी की मात्रा बढ़ जाती है। निकास भाप के संघनन के कारण निकलने वाली अधिकांश गर्मी सतह संघनित्र द्वारा उपयोग किए जाने वाले शीतलन माध्यम (पानी या हवा) द्वारा दूर ले जाती है।

ठंडा-जल सतह संघनित्र का आरेख

एक विशिष्ट ठंडा-जल सतह संघनित्र का आरेख

आसन्न आरेख विशिष्ट ठंडा-जल सतह संघनित्र को दर्शाता है, जिसका उपयोग विद्युत स्टेशनों में विद्युत जनरेटर चलाने वाले भाप टरबाइन से निकास भाप को संघनित करने के साथ-साथ अन्य अनुप्रयोगों में भी किया जाता है।^[2]^[3]^[4]^[5] निर्माता, भाप टरबाइन के आकार और अन्य साइट-विशिष्ट स्थितियों के आधार पर कई निर्माण डिज़ाइन भिन्नताएं हैं।

शैल

शैल संघनित्र का सबसे बाहरी भाग है और इसमें ऊष्मा विनिमयक ट्यूब होते हैं। शैल को कार्बन स्टील प्लेटों से निर्मित किया गया है और शैल को कठोरता प्रदान करने के लिए आवश्यकतानुसार इसे सख्त किया गया है। जब चयनित डिज़ाइन की आवश्यकता होती है, तो मध्यवर्ती प्लेटों को बाफ़ल प्लेटों के रूप में स्थापित किया जाता है जो संघनक भाप के वांछित प्रवाह पथ प्रदान करते हैं। प्लेटें समर्थन भी प्रदान करती हैं जो लंबी ट्यूब लंबाई की शिथिलता को रोकने में सहायता करती हैं।

शैल के निचले भाग में, जहां कंडेनसेट एकत्र होता है, इस प्रकार आउटलेट स्थापित किया जाता है। कुछ डिज़ाइनों में, संप (जिसे अधिकांशतः हॉटवेल कहा जाता है) प्रदान किया जाता है। बॉयलर पानी देने के रूप में पुन: उपयोग के लिए कंडेनसेट को आउटलेट या हॉटवेल से पंप किया जाता है।

अधिकांश ठंडा-जल सतह संघनित्र के लिए, सामान्य परिचालन स्थितियों के समय शैल (आंशिक) निर्वात के अनुसार होता है।

निर्वात प्रणाली

एक विशिष्ट आधुनिक INJECTOR या इजेक्टर का आरेख। इंजेक्टर के लिए, प्रेरक द्रव भाप है।

ठंडा-जल सतह संघनित्र के लिए, शैल के आंतरिक निर्वात को सामान्यतः बाहरी इंजेक्टर प्रणाली द्वारा आपूर्ति और व्यवस्थित किया जाता है। ऐसी इजेक्टर प्रणाली सतह संघनित्र में उपस्थित किसी भी गैर-संघनित गैसों को हटाने के लिए प्रेरक द्रव के रूप में भाप का उपयोग करती है।

वेंचुरी प्रभाव, जो बर्नौली के सिद्धांत की विशेष स्थिति है, स्टीम जेट इजेक्टर के संचालन पर प्रयुक्त होता है।

मोटर चालित यांत्रिक निर्वात पंप, जैसे तरल रिंग प्रकार, भी इस सेवा के लिए लोकप्रिय हैं।

ट्यूब शीट

खोल के प्रत्येक सिरे पर, सामान्यतः स्टेनलेस स्टील से बनी पर्याप्त मोटाई की शीट प्रदान की जाती है, जिसमें ट्यूब डालने और रोल करने के लिए छेद होते हैं। पानी के सुव्यवस्थित प्रवेश के लिए प्रत्येक ट्यूब के इनलेट सिरे को भी बेलमाउथ किया गया है। यह प्रत्येक ट्यूब के इनलेट पर कटाव को बढ़ावा देने वाले भंवरों से बचने और प्रवाह घर्षण को कम करने के लिए है। जो क्षरण को उत्पन्न करता है। कुछ निर्माता ट्यूबों के प्रवेश द्वार पर प्लास्टिक डालने की भी अनुग्रह करते हैं जिससे इनलेट सिरे को भँवरों से नष्ट होने से बचाया जा सकता है। छोटी इकाइयों में कुछ निर्माता रोलिंग के अतिरिक्त ट्यूब के सिरों को सील करने के लिए फेरूल का उपयोग करते हैं। लंबाई के अनुसार ट्यूबों के थर्मल विस्तार का ध्यान रखने के लिए कुछ डिज़ाइनों में शैल और ट्यूब शीट के बीच विस्तार जोड़ होता है जो ट्यूब शीट को अनुदैर्ध्य रूप से चलने की अनुमति देता है। छोटी इकाइयों में ट्यूब के विस्तार का ध्यान रखने के लिए ट्यूबों में कुछ शिथिलता दी जाती है और दोनों सिरों पर पानी के बक्सों को खोल से जटिलता से जोड़ा जाता है।

ट्यूब

सामान्यतः ट्यूब कई चयन मानदंडों के आधार पर स्टेनलेस स्टील, तांबा मिश्र धातु जैसे पीतल या कांस्य, कप्रो निकल या टाइटेनियम से बने होते हैं। विषैली तांबा मिश्र धातुओं की पर्यावरणीय सहनशीलता के कारण, नए पौधों में पीतल या कप्रो निकल जैसी तांबा युक्त मिश्र धातुओं का उपयोग दुर्लभ है। इसके अतिरिक्त बॉयलर के लिए भाप चक्र जल उपचार के आधार पर, तांबे युक्त ट्यूब सामग्री से बचना वांछनीय हो सकता है। टाइटेनियम संघनित्र ट्यूब सामान्यतः सबसे अच्छी विधि विकल्प हैं, चूँकि इस सामग्री की लागत में तेज वृद्धि से टाइटेनियम संघनित्र ट्यूब का उपयोग लगभग समाप्त हो गया है। संघनित्र के आकार के आधार पर, आधुनिक विद्युत संयंत्रों के लिए ट्यूब की लंबाई लगभग 85 फीट (26 मीटर) तक होती है। चुना गया आकार निर्माताओं की साइट से परिवहन क्षमता और स्थापना स्थल पर निर्माण की सरलता पर आधारित है। संघनित्र ट्यूबों का बाहरी व्यास सामान्यतः 3/4 इंच से 1-1/4 इंच तक होता है, जो संघनित्र ठंडा पानी के घर्षण विचार और समग्र संघनित्र आकार पर आधारित होता है।

वाटरबॉक्स

प्रत्येक छोर पर ट्यूब शीट को ट्यूब के सिरों के साथ रोल किया जाता है, क्योंकि संघनित्र के प्रत्येक छोर को संदिग्ध बॉक्स कवर द्वारा बंद किया जाता है जिसे वॉटरबॉक्स के रूप में जाना जाता है, ट्यूब शीट या संघनित्र शैल से निकला हुआ कनेक्शन होता है। वॉटरबॉक्स में सामान्यतः निरीक्षण और सफाई की अनुमति देने के लिए टिके हुए कवर पर मैन होल प्रदान किया जाता है।

इनलेट साइड पर इन वॉटरबॉक्स में ठंडा पानी इनलेट बटरफ्लाई वाल्व के लिए फ्लैंग्ड कनेक्शन, उच्च स्तर पर एयर वेंटिंग के लिए हैण्ड वाल्व के साथ छोटे वेंट पाइप और व्यवस्थित के लिए वॉटरबॉक्स को निकालने के लिए नीचे हाथ से संचालित ड्रेन वाल्व भी होता है। इसी तरह आउटलेट वॉटरबॉक्स पर कूलिंग वॉटर कनेक्शन में बड़े फ्लैंज, बटरफ्लाई वाल्व , वेंट कनेक्शन भी उच्च स्तर पर और ड्रेन कनेक्शन निचले स्तर पर होते है। इसी प्रकार ठंडे पानी के तापमान के स्थानीय माप के लिए इनलेट और आउटलेट पाइप पर थर्मामीटर पॉकेट स्थित होते हैं।

छोटी इकाइयों में, कुछ निर्माता कच्चा लोहा के संघनित्र शैल के साथ-साथ वॉटरबॉक्स भी बनाते हैं।

संक्षारण

संघनित्र के ठंडे पानी की ओर:

ट्यूब, ट्यूब शीट और पानी के डिब्बे अलग-अलग संरचना वाली सामग्रियों से बने हो सकते हैं और सदैव परिसंचारी पानी के संपर्क में रहते हैं। यह पानी, अपनी रासायनिक संरचना के आधार पर, ट्यूबों और पानी के बक्सों की धातु संरचना के बीच इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करता है। यह इलेक्ट्रोलाइटिक संक्षारण को उत्पन्न करता है जो पहले अधिक एनोडिक सामग्रियों से प्रारंभ होता है।

समुद्री जल आधारित संघनित्र, विशेष रूप से जब समुद्र के पानी में रासायनिक प्रदूषक मिलाए जाते हैं, तो उनमें सबसे खराब संक्षारण विशेषताएं होती हैं। संघनित्र शीतलन जल के लिए प्रदूषकों वाली नदी का जल भी अवांछनीय है।

समुद्र या नदी के पानी के संक्षारक प्रभाव को सहन करना होगा और उपचारात्मक विधि अपनानी होती है। विधि सोडियम हाइपोक्लोराइट या क्लोरीन का उपयोग है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि पाइप या ट्यूब पर कोई समुद्री वृद्धि नही हो सकती है। यह सुनिश्चित करने के लिए इस प्रथा को सख्ती से विनियमित किया जाना चाहिए कि समुद्र या नदी स्रोत में लौटने वाला पानी प्रभावित न हो सके।

संघनित्र के भाप (खोल) पक्ष पर:

वायु क्षेत्र ट्यूबों पर अघुलनशील गैसों की सांद्रता अधिक होती है। इसलिए, ये ट्यूब उच्च संक्षारण दर के संपर्क में हैं। कभी-कभी ये ट्यूबें दबाव संक्षारण दरार से प्रभावित होती हैं, यदि निर्माण के समय मूल दबाव पूरी तरह से दूर नहीं होता है। संक्षारण के इन प्रभावों को दूर करने के लिए कुछ निर्माता इस क्षेत्र में उच्च संक्षारण प्रतिरोधी ट्यूब प्रदान करते हैं।

संक्षारण के प्रभाव

जैसे ही ट्यूब के सिरे नष्ट हो जाते हैं, तो भाप की ओर ठंडा पानी लीक होने की संभावना होती है, जिससे संघनित भाप या संघनन दूषित हो जाता है, जो भाप जनरेटर (बॉयलर) के लिए हानिकारक है। पानी के बक्सों के अन्य हिस्से भी लंबे समय में प्रभावित हो सकते हैं, जिसके लिए पुनर्निर्माण या प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, जिसमें लंबी अवधि के शट-डाउन सम्मिलित होते हैं।

संक्षारण से सुरक्षा

इस कठिनाई को दूर करने के लिए सामान्यतः कैथोडिक सुरक्षा का उपयोग किया जाता है। जिंक के बलि एनोड (सबसे सस्ते होने के कारण) प्लेटों को पानी के बक्सों के अंदर उपयुक्त स्थानों पर लगाया जाता है। ये जिंक प्लेटें एनोड की सबसे निचली श्रेणी में होने के कारण सबसे पहले संक्षारित होती है। इसलिए इन जिंक एनोड को समय-समय पर निरीक्षण और प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है। इसमें तुलनात्मक रूप से कम समय लगता है। स्टील प्लेटों से बने पानी के बक्सों को अंदर से एपॉक्सी पेंट से भी सुरक्षित रखा जाता है।

ट्यूब साइड फाउलिंग के प्रभाव

जैसा कि कोई अपेक्षा कर सकता है, समुद्री जल या ताजे पानी से संघनित्र ट्यूबिंग के माध्यम से बहने वाले लाखों गैलन पानी के साथ, ट्यूबों के माध्यम से बहने वाले पानी के अंदर उपस्थित कुछ भी अंततः संघनित्र ट्यूबशीट (पहले चर्चा की गई) या टयूबिंग के अंदर समाप्त हो सकता है। सतह संघनित्र के लिए ट्यूब-साइड फाउलिंग पांच मुख्य श्रेणियों में आती है; गाद और तलछट जैसे कणीय दूषण, कीचड़ और बायोफिल्म जैसे जैव दूषण, कैल्शियम कार्बोनेट जैसे स्केलिंग और क्रिस्टलीकरण, मैक्रोफ्लिंग जिसमें ज़ेबरा मसल्स से कुछ भी सम्मिलित हो सकता है जो ट्यूबशीट पर बढ़ सकते हैं, लकड़ी या अन्य मलबे जो टयूबिंग और अंत में, संक्षारण उत्पाद (पहले चर्चा की गई) को अवरुद्ध करते हैं।

प्रदूषण की सीमा के आधार पर, टरबाइन से आने वाली निकास भाप को संघनित करने की संघनित्र की क्षमता पर प्रभाव अत्यधिक गंभीर हो सकता है। जैसे-जैसे ट्यूबिंग के अंदर गंदगी बढ़ती है, इन्सुलेशन प्रभाव उत्पन्न होता है और ट्यूबों की गर्मी-स्थानांतरण विशेषताएं कम हो जाती हैं, अधिकांशतः टरबाइन को उस बिंदु तक धीमा करने की आवश्यकता होती है जहां संघनित्र उत्पादित निकास भाप को संभाल सकता है। सामान्यतः, यह विद्युत संयंत्रों के लिए कम उत्पादन, ईंधन की खपत में वृद्धि और बढ़ी हुई CO₂ उत्सर्जन के रूप में अत्यधिक बहुमूल्य हो सकता है। संघनित्र की खराब या अवरुद्ध टयूबिंग को समायोजित करने के लिए टरबाइन का यह विचलन संकेत है कि टरबाइन की नेमप्लेट क्षमता पर वापस लौटने के लिए संयंत्र को टयूबिंग को साफ करने की आवश्यकता है। संयंत्र की साइट-विशिष्ट स्थितियों के आधार पर, सफाई के लिए ऑनलाइन और ऑफलाइन विकल्पों सहित कई प्रकार की विधियां उपलब्ध हैं।