316 سٹینلیس سٹیل شیتھ کے اندر حرارتی عنصر کی تار قطر کی رواداری مقامی ہاٹ اسپاٹ کی تشکیل اور قبل از وقت برن آؤٹ کے ساتھ کیسے تعلق رکھتی ہے

مزاحمتی تغیر کے عمل کی وجہ سے تھرمل بھاگنا

اندرونی مزاحمتی تار (جیسے نکل-کرومیم (NiCr 80/20) یا آئرن-کرومیم-ایلومینیم (FeCrAl) ملاوٹ) 316 سٹینلیس سٹیل سے بنی ہوئی الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبوں کے لیے عام طور پر پہلے سے طے شدہ ±0 ملی میٹر قطر ہوتا ہے۔ ±0.03 ملی میٹر مینوفیکچرنگ کے معیار پر منحصر ہے۔ یہ رواداری، اگرچہ چھوٹی ہے، فوری طور پر تار کی لمبائی میں مزاحمت میں تبدیلی کی عکاسی کرتی ہے۔ برقی مزاحمت کراس سیکشنل ایریا ( R=ρ × L / A جہاں A=π × d²/4) کے الٹا متناسب ہے۔ برائے نام 0.50 ملی میٹر تار کے محض 0.02 ملی میٹر قطر میں کمی کراس سیکشنل ایریا کو تقریباً 8 فیصد کم کر دیتی ہے، جو مقامی مزاحمت میں اسی طرح اضافے کا سبب بنتی ہے۔ ایک مستقل وولٹیج کے لاگو ہونے کے ساتھ، زیادہ مزاحمت والا حصہ زیادہ طاقت ( P=V^2 / R ) کو ضائع کر دے گا اور پڑوسی حصوں سے زیادہ گرم ہو جائے گا۔ یہ لوکلائزڈ ہیٹنگ مزاحمتی تار کے تیز آکسیکرن، مزاحمت میں اضافہ اور تھرمل رن وے حالت کا سبب بنتی ہے جو جلدی جلنے کا باعث بنتی ہے۔ یہ مضمون تار کے قطر کی رواداری اور مقامی درجہ حرارت میں اضافے اور ہیٹر کی زندگی کے درمیان تعلق کی وضاحت کرتا ہے اور قابل اعتماد طویل مدتی سروس کے لیے وضاحتی حدود کا حساب لگاتا ہے۔

قطر کی تبدیلی تھرمل بھاگنے کے عمل کا باعث بنتی ہے۔

اگر آپ کے پاس مزاحمتی تار ہے، اور اس میں مقامی قطر کی تبدیلی ہے، جب کرنٹ بہتا ہے، تو زیادہ مزاحمت والا حصہ فی یونٹ لمبائی میں زیادہ حرارت پیدا کرے گا۔ تاہم، اس حصے سے گرمی کی کھپت کی شرح متناسب طور پر زیادہ نہیں ہے کیونکہ تار کی سطح کا رقبہ اسی طرح کم ہے (رقبہ ∝ d)۔ یہ 1/d^3 کے آرڈر پر کم سائز والے حصے کے درجہ حرارت میں اضافے کا خالص اثر پیدا کرتا ہے۔ قطر میں 2% کمی (مثال کے طور پر 0.50 ملی میٹر کی بجائے. 0.49 ملی میٹر) درجہ حرارت میں 6-8% اضافہ کرتا ہے۔ 5% کمی کا مطلب درجہ حرارت میں 15-20% اضافہ ہے۔ NiCr وائر کے لیے برائے نام 750-850 ڈگری بنیادی درجہ حرارت (عمومی شیتھڈ ہیٹر) پر، درجہ حرارت میں 20 فیصد اضافہ تار کو 900-1000 ڈگری تک لے جاتا ہے جہاں آکسیڈیشن کی شرح 10-50 کے عنصر سے بڑھ جاتی ہے۔ تیز رفتار آکسیکرن تار کے کراس سیکشن کو استعمال کرتا ہے اور خود کو تیز کرنے والے چکر میں مقامی مزاحمت اور درجہ حرارت میں مزید اضافے کا سبب بنتا ہے۔ اس سے ایک مقامی "ہاٹ سپاٹ" بنتا ہے جو سینکڑوں سے ہزاروں گھنٹوں میں پگھلنے والے درجہ حرارت تک پہنچ جاتا ہے (NICr کے لیے تقریباً 1400 ڈگری) اور تار پھٹنے اور ہیٹر کی خرابی کا سبب بنتا ہے۔

تار قطر کی رواداری اور گرم جگہ کے درجہ حرارت کے درمیان کوانٹیفائیڈ ارتباط

نیچے دی گئی جدول NiCr 80/20 مزاحمتی تار (برائے نام آپریٹنگ درجہ حرارت 800 ڈگری ) کے لیے شمار شدہ ہاٹ اسپاٹ درجہ حرارت میں اضافے کو ظاہر کرتی ہے کیونکہ وولٹیج کے مستقل آپریشن اور یکساں حرارت کی کھپت کے گتانک کو فرض کرتے ہوئے، برائے نام سے قطر میں کمی کے فعل کے طور پر۔ "برن آؤٹ ہونے کا وقت" کا تخمینہ کنٹرول شدہ ڈائی میٹرل تبدیلیوں کے ساتھ شیتھڈ ہیٹر کے تیز رفتار زندگی کے ٹیسٹ پر مبنی ہے۔

Nominal Diameter Reduction (%) Local Resistance Increase (%)Local Power Density Increase (%) Local Wire Temperature (°C) at Nominal 800°C Relative Oxidation Rate to Nominal Estimated Burnout Time (hours)Maximum Recommended for Standard Service 0 (nominal) 0 0 800 1× >20,000 ہاں 0.5 1.0 1.0 808 1.1× 15,000-20,000 ہاں 1.0 2.0 2.0 816 1.3× 10,000-15,000 ہاں
1.5 3.0 3.0 825 1.6× 7,000-10,000 قابل قبول *3 2.0 4.1 4.2 834 2.0× 5,000-8,000 قابل قبول معتدل ڈیوٹی *4
2.5 5.1 5.3 844 2.5x 3,500-5,500 مارجنل 3.0 6.2 6.5 854 3.2x 2,500-4,000 تجویز کردہ نہیں 4.0 8.3 8.8 876 5.0x 1,500-2,500 ناقابل قبول
5.0 10.5 11.3 898 8.0× 300-600 ناقابل قبول 7.0 14.9 16.3 947 20× 800-1,500 ناقابل قبول
10.0 21.0 23.5 1،010 80× 100-200 کی اجازت نہیں ہے۔
تار قطر اور MgO کومپیکشن کی یکسانیت کے درمیان تعلق

صرف تار کے قطر میں فرق ہمیشہ برن آؤٹ کا نتیجہ نہیں ہوتا ہے اگر ارد گرد کا MgO کمپیکشن بھی غیر-یکساں ہو۔ انتہائی کمپیکٹڈ MgO (اعلی تھرمل چالکتا) میں کچھ کم سائز کے تار اضافی گرمی کو ختم کرنے اور درجہ حرارت کو محفوظ رکھنے کے لیے کافی ہو سکتے ہیں۔ دوسری طرف، ناقص کمپیکٹڈ MgO (کم تھرمل چالکتا) میں شامل ایک برائے نام قطر کی تار کو بھی زیادہ گرم کیا جا سکتا ہے۔ بدترین صورتحال اس وقت ہوتی ہے جب قطر کا قطرہ کم MgO کثافت والے علاقے کے ساتھ ملتا ہے۔ تار کی لمبائی اور مینوفیکچرنگ ویریئنٹس کی تعداد کے ساتھ اس طرح کے وقوع پذیر ہونے کا شماریاتی امکان بڑھتا ہے۔ وہ مینوفیکچررز جو تار کے قطر (±0.01 ملی میٹر) اور MgO کثافت (±0.05 g/cm³) دونوں کو ریگولیٹ کرتے ہیں ان کی زندگی صرف ایک پیرامیٹر کو کنٹرول کرنے والوں سے کہیں زیادہ لمبی اور زیادہ متوقع زندگی ہوتی ہے۔

مختلف سروس کے تقاضوں کے لیے تار قطر کی رواداری کی وضاحت کرنا

316 شیتھڈ ہیٹر بتانے والے خریداروں کو درخواست کی اہمیت اور متوقع زندگی کے لیے ضروری تار قطر کی رواداری سے مماثل ہونا چاہیے۔ تصریح کی ہدایات درج ذیل جدول میں دی گئی ہیں۔

ہیٹر ایپلیکیشن کے لیے تار قطر کی برداشت
عام صنعتی واٹر ہیٹنگ ±0.015 ملی میٹر 0.40-0.80 10,000-15,000 مینوفیکچرر سرٹیفیکیشن
اعلی وشوسنییتا / مسلسل عمل ±0.010 ملی میٹر 0.50-1.00 15,000-25,000 پیمائش نمونے کو تباہ کر دیتی ہے
میڈیکل / فارماسیوٹیکل (اہم) ±0.005 ملی میٹر 0.60-1.20 25,000-40,000 معائنہ رپورٹ 100% کے لیے
ہوا/گیس حرارتی، اعلی درجہ حرارت ±0.010 ملی میٹر 0.70-1.50 8,000-15,000 مینوفیکچرر سے سرٹیفیکیشن
مختصر-زندگی / قابل استعمال ہیٹر ±0.025 ملی میٹر 0.30-0.60 3,000-6,000 N/A کوئی نہیں
تار کے قطر میں گرم جگہ کی ناکامی کی فیلڈ علامات

تار کے قطر میں فرق کی وجہ سے ہیٹر کی خرابی کا نتیجہ عام طور پر تار کے نیچے والے حصے کے آس پاس میں 10-30 ملی میٹر لمبائی میں ایک مقامی بلج یا چھالے کے ساتھ ناکام میان کی صورت میں نکلتا ہے۔ باقی میان میں کوئی اور نقصان نہیں دیکھا جا سکتا۔ مزاحمتی تار پر ناکام جگہ کا خوردبینی تجزیہ نمایاں آکسیکرن، گردن یا مکمل بخارات کو ظاہر کرتا ہے، جبکہ ارد گرد کا تار برقرار ہے۔ ہاٹ اسپاٹ کے علاقے میں ایم جی او کو فیوز یا رنگین کیا جا سکتا ہے (گہرے سرمئی سے سیاہ)۔ اگر ناکام ہیٹر ایک بیچ سے ہے جس میں قطر کا ناکافی کنٹرول ہے، تو ایک ہی بیچ کے کئی ہیٹر مختلف مقامات پر ناکام ہو جائیں گے لیکن ایک ہی مخصوص واحد گرم جگہ کے ساتھ۔ خریداروں کے لیے، کوالٹی اشورینس کے لیے ہیٹر بنانے والے سے تار کے قطر کی پیمائش کا سرٹیفکیٹ (فی سپول کم از کم 10 پیمائش) دستاویزی حد اور معیاری انحراف کے ساتھ جمع کرنے کی ضرورت ہے۔

نتیجہ: ایک اہم معیار کے پیرامیٹر کے طور پر تار قطر کی رواداری

316 سٹینلیس سٹیل کے بند ہیٹر کے لیے اندرونی مزاحمتی تار قطر کی رواداری ایک پوشیدہ تغیر ہے جو مقامی ہاٹ اسپاٹ جنریشن اور تھرمل رن وے کے ذریعے ہیٹر کی زندگی کو 20,000 گھنٹے سے کم کر کے 2,000 گھنٹے کر سکتا ہے۔ قطر میں محض 3% کمی مقامی تار کے درجہ حرارت کو 50-60 ڈگری تک بڑھا سکتی ہے جو آکسیکرن کی شرح کو 3-5 کے عنصر سے بڑھاتا ہے اور وقت سے پہلے جلنے کا باعث بنتا ہے۔ 5,000 گھنٹے سے زیادہ زندگی کا مطالبہ کرنے والی ایپلی کیشنز کے لیے، ہیٹر کی وضاحت کرنے والے انجینئرز کو ±0.015 ملی میٹر یا اس سے بہتر تار قطر کی رواداری کی وضاحت کرنی چاہیے۔ اہم یا اعلی درجہ حرارت کی خدمت کے لیے، ±0.010 ملی میٹر یا ±0.005 ملی میٹر کا تعین کیا جانا چاہیے۔ یہاں بیان کردہ فریم ورک تار کے قطر کے تغیر کو قابل پیمائش گرم جگہ کے درجہ حرارت میں اضافے اور برن آؤٹ ٹائم سے جوڑتا ہے۔ یہ خریداروں کو مزاحمتی تار کے ساتھ 316 شیتھڈ ہیٹر کی وضاحت کرنے کی اجازت دیتا ہے جن میں درجہ حرارت کی مستقل تقسیم ہوتی ہے، جس سے ابتدائی ناکامی کے اکثر داخلی ذریعہ کو ہٹا دیا جاتا ہے۔