ابلتے ہوئے نائٹرک ایسڈ ٹینک میں افقی سمت میں نصب پی ایف اے ہیٹر 6 ماہ کے اندر اوپر کی سطح پر دراڑیں کیوں پیدا کرتا ہے؟

ابلتے ہوئے نائٹرک ایسڈ ٹینک میں افقی طور پر نصب پی ایف اے ہیٹر (مثلاً 20–30% HNO₃ 105–110 ڈگری پر) 3-6 ماہ کے اندر اوپر کی سطح پر باقاعدگی سے کرفیرینشیل دراڑیں پیدا کرتا ہے، جبکہ اسی سروس میں عمودی طور پر نصب ہیٹر 2-3 سال تک چل سکتا ہے۔ تیز آکسیڈیٹیو بگاڑ، لوکلائزڈ وارمنگ، اور بخارات کا کم ہونا سبھی ناکامی میں حصہ ڈالتے ہیں۔ ایک مسلسل بخارات کی تہہ جو پی ایف اے کو موصل کرتی ہے اس وقت بنتی ہے جب ابلتے ہوئے بلبلے افقی ٹیوب کے اوپری حصے میں اٹھتے اور جمع ہوتے ہیں۔ جب کہ نیچے کا حصہ ابھی بھی مائع سے ٹھنڈا ہے، اوپر کی سطح کا درجہ حرارت عام 115–120 ڈگری سے بڑھ کر 180–250 ڈگری تک پہنچ جاتا ہے۔ پی ایف اے کو شدید نائٹرک ایسڈ بخارات سے آکسائڈائز کیا جاتا ہے جو کمبل کے پیچھے محدود ہوتا ہے۔ تیزی سے جھنجھٹ، کریکنگ، اور بالآخر سوراخ اس کے نتائج ہیں۔ ابلتے تیزاب کے لیے، افقی رخ بنیادی طور پر نامناسب ہے۔ عمودی تنصیب کی انتہائی سفارش کی جاتی ہے۔

افقی ہیٹر کے بخارات کو کم کرنے کا طریقہ کار
بخارات کے بلبلے نیوکلیٹ کے ابلتے وقت ہیٹر کی تمام سطح پر ظاہر ہوتے ہیں۔ بلبلے تیزی سے الگ ہوجاتے ہیں اور عمودی ہیٹر پر اٹھتے ہیں، سطح کو صاف کرتے ہیں اور مائع رابطے کو محفوظ رکھتے ہیں۔ افقی ہیٹر کے نچلے نصف حصے پر بنائے گئے بلبلے اوپر چڑھتے ہیں اور اوپری نصف کو متاثر کرتے ہیں، جہاں وہ یکجا ہو کر ایک مسلسل یا نیم-مسلسل بخارات کی تہہ بناتے ہیں۔ بخارات کے کمبل کے نیچے، حرارت کی منتقلی کا گتانک 5,000–10,000 W/m²·K (مائع ابلنے) سے 100–300 W/m²·K (وانپ فلم) تک کم ہو جاتا ہے۔ بخارات کے کمبل کے نیچے سطح کا درجہ حرارت 3 W/cm² (30,000 W/m²) کے مسلسل گرمی کے بہاؤ کے لئے T_surface=T_fluid + q/h=110 + 30,000/200=260 ڈگری تک بڑھ جاتا ہے۔ یہ PFA کے 200 ڈگری کے محفوظ مسلسل استعمال کے درجہ حرارت سے اوپر ہے اور 305 ڈگری کے پگھلنے کے مقام کے قریب پہنچ جاتا ہے۔ تھرمل تناؤ کے تحت، PFA نرم ہو جاتا ہے، نائٹرک ایسڈ بخارات میں تیزی سے آکسائڈائز ہو جاتا ہے، اور تقسیم ہو جاتا ہے۔

وقفے وقفے سے نمی اوپری سطح پر بھی چکراتی تناؤ کا سبب بنتی ہے۔ جب بخارات کا کمبل بنتا اور گرتا ہے تو درجہ حرارت 110 ڈگری اور 260 ڈگری کے درمیان ہر چند سیکنڈ میں اتار چڑھاؤ آتا ہے۔ اس تھرمل جھٹکے سے دائرہ دار دراڑیں ہزاروں چکروں (دنوں سے ہفتوں) میں پیدا ہوتی ہیں۔

108 ڈگری پر 25% HNO₃ ابلتے ہوئے افقی اور عمودی کارکردگی کا موازنہ
اورینٹیشن کریکنگ کا آغاز (مہینے) اوپر کی سطح کا درجہ حرارت (ڈگری) نیچے کی سطح کا درجہ حرارت (ڈگری) غالب ناکامی موڈ رشتہ دار زندگی افقی (25 ملی میٹر OD) 210–260 115–125 3–6 گردشی دراڑیں اوپر 1.0 میٹر کے ساتھ جبری سرکلیشن (5 میٹر 0 پر ہو)۔ 160–190 130–140 8–12 عمومی انحطاط 2.0× عمودی (ایک ہی ہیٹر) 115–125 115–125 24–366–8 سال کی یکساں عمر
وانپ شیلڈ کے ساتھ افقی (اوپر سے سوراخ شدہ دھات کا احاطہ) 130–150 120–130 18–24 شیلڈ کے کناروں پر سنکنرن 4–5× افقی، ڈیریٹڈ 1.5 ڈبلیو/سینٹی میٹر² 150–180 110–120 12–18 ایکس اسٹل ڈی سیڈ اے ایم ایس کیوں کریکس
ایک طاقتور آکسیڈائزنگ ایجنٹ نائٹرک ایسڈ ہے۔ زنجیر کو آکسائڈائز کرنے اور کاربونیل فلورائیڈ گروپس بنانے سے، HNO₃ بخارات PFA کو 200 ڈگری پر تیزی سے توڑ دیتے ہیں۔ سطح مائیکرو کریکس تیار کرتی ہے اور ٹوٹنے والی ہوجاتی ہے (سختی 66 سے بڑھ کر 78 ساحل ڈی تک پہنچ جاتی ہے)۔ دوسری طرف، غیر-آکسیڈائزنگ تیزاب یا خالص پانی زیادہ آہستہ آہستہ انحطاط پذیر ہوتے ہیں۔ جب نائٹرک ایسڈ اور بخارات کو ملایا جاتا ہے تو خود-تیز رفتار ناکامی کا چکر پیدا ہوتا ہے: بخارات کا کمبل درجہ حرارت کو بڑھاتا ہے، جو آکسیکرن کو تیز کرتا ہے، جو سطح کی کھردری کو بڑھاتا ہے، جو بلبلے کے چپکنے کی حوصلہ افزائی کرتا ہے، جو بخارات کے کمبل کو بڑھاتا ہے۔

میدان میں مثال
2,000 L کے ابلتے 25% HNO₃ ٹینک (108 ڈگری) میں، ایک کیمیکل پلانٹ 6 کلو واٹ PFA ہیٹر افقی طور پر رکھتا ہے۔ چار ماہ بعد، زمینی خرابی کی وجہ سے ہیٹر ٹرپ ہو گیا۔ معائنے پر، اوپری سطح پر 5 سینٹی میٹر طواف کی دراڑ پائی گئی جس میں کافی حد تک دھندلاہٹ اور پیلا پن تھا۔ اسی فیکٹری میں ایک ہی ٹینک میں عمودی ہیٹر تیس مہینوں سے بے عیب چل رہا تھا۔ افقی ہیٹر کو عمودی تنصیب سے تبدیل کرنے کے بعد اس سہولت میں مزید ابتدائی ناکامی نہیں ہوئی۔ کسی بھی ابلتے تیزاب کی خدمت کے لیے، افقی طور پر چڑھنا اب ممنوع ہے۔

ضروری افقی تنصیبات میں کمی
اگر افقی سمت بندی سے گریز نہیں کیا جا سکتا ہے تو تین قدم اوپر کی سطح کے ٹوٹنے کے خطرے کو کم کرتے ہیں (اتھلے ٹینک، جگہ کی رکاوٹیں):

بخارات کی شیلڈ نصب کریں: بخارات کے مسلسل کمبل سے بچنے اور بلبلے کے اتحاد کو خراب کرنے کے لیے، ہیٹر کے اوپر 5 ملی میٹر سوراخ اور 40% کھلی جگہ کے ساتھ ایک سوراخ شدہ سٹینلیس سٹیل کی پلیٹ ڈالیں۔ شیلڈ تقابلی درجہ حرارت پر کام کرتی ہے، لیکن چونکہ یہ دھاتی ہے اس لیے یہ آکسائڈائز نہیں ہو سکتی۔

کم واٹ کثافت: جزوی بخارات کی کوریج کے ساتھ بھی، 1.5 W/cm² سے کم یا اس کے برابر کام کرتے ہوئے اوپر کی سطح کے درجہ حرارت کو 150 ڈگری سے نیچے برقرار رکھیں۔

جبری گردش کو شامل کریں: بلبلوں کے اکٹھے ہونے سے پہلے، وہ 0.3 m/s سے زیادہ رفتار سے حرکت کرنے والے ایک ایگیٹیٹر یا ری سرکولیشن پمپ کے ذریعے اوپر کی سطح سے بہہ جاتے ہیں۔

ہفتہ وار 180 ڈگری ہیٹر کی گردش تھرمل بوجھ تقسیم کرتی ہے لیکن ناکامی کو ملتوی کردیتی ہے۔

آخر میں، اوپر کی سطح پر تیزی سے کریکنگ ابلتے نائٹرک ایسڈ میں افقی طور پر بڑھنے کی وجہ سے ہوتی ہے۔
تین سے چھ مہینوں کے اندر، بخارات کو کم کرنے کی وجہ سے ابلتے ہوئے نائٹرک ایسڈ ٹینک میں افقی طور پر رکھے ہوئے PFA ہیٹر کی اوپری سطح پر طواف میں دراڑیں نمودار ہوتی ہیں۔ جیسے ہی بلبلے اوپر بنتے ہیں، بخارات کی ایک موصل تہہ بنتی ہے، جو PFA درجہ حرارت کو 200 ڈگری سے اوپر بڑھاتی ہے اور تھرمل شاک کریکنگ اور آکسیڈیٹیو انحطاط کو تیز کرتی ہے۔ بخارات کے کمبل کو ہٹانے سے، عمودی واقفیت ہیٹر کی عمر دو سے تین سال تک بڑھا دیتی ہے۔ ابلتے تیزاب سے نمٹنے کے دوران افقی طور پر چڑھنے سے گریز کیا جانا چاہئے۔ جبری گردش، کم واٹ کی کثافت کا استعمال کریں، یا اگر آپ اسے روک نہیں سکتے تو بخارات کی ڈھالیں لگائیں۔ ابلتے تیزاب میں ایک افقی ہیٹر کی سب سے اوپر کی سطح تباہی کے لیے ایک نسخہ ہے۔ اسے بار بار تبدیل کریں یا اسے عمودی طور پر لگائیں۔