Kuinka tunnistaa ja mitata biofilmin paksuus PTFE-lämmönvaihdinputken sisällä?

Käytettäessä lämpimän jokiveden, kierrätetyn lauhteen tai -ravinnerikkaiden prosessivirtojen kanssa limainen biologinen kerros voi hitaasti kasvaa PTFE-lämmönvaihtimen sisäputken seinämien päälle. Tämä biokalvo on yleensä vaaraton muodostumisen alkuvaiheessa, koska paineen alenemisen muutokset ovat melko pieniä. Lämpöteho voi kuitenkin huonontua nopeasti, kun elävä kerros muodostaa eristyspeiton prosessinesteen ja putken seinämän väliin. Tämä piilotettu biologinen kerros voidaan nyt mitata suoraan lämmönvaihtimen sisällä nykyaikaisilla tarkastusinstrumenteilla, mikä muuttaa huoltosuunnittelun arvioinnista kvantitatiiviseksi analyysiksi.

Ongelmana PTFE-vaihdinputken tutkimuksessa biokalvon paksuuden arvioinnissa on havaita pehmeä, läpinäkyvä kerros, joka voi olla vain kymmeniä tai satoja mikroneja paksu, kun vaihdin on pääosin ehjä.

Miksi biofilmi on todellinen lämpöongelma?
Biofilmit ovat mikro-organismien populaatioita, jotka ovat organisoituneet polymeeristen aineiden matriisiin, joita ne itse valmistavat ja jotka on kiinnitetty pintaan.

Biofilmeillä on taipumus kerääntyä PTFE-vaihdinputkiin, kun:

Siellä on kuumaa vettä

Saatavilla olevat ravintoaineet

On alueita, joissa virtaus pysähtyy.

Pintakäsittelykalvojen kehittäminen

Biologisessa kerroksessa voi olla:

Bakteerit

SIENI

Levä.

Biologinen aine

Mineraalijyviä

Lämpötehokkuuden heikkeneminen voi olla huomattavaa jopa suhteellisen ohuilla biofilmeillä, koska biologisella materiaalilla on huono lämmönjohtavuus verrattuna liikkuvaan veteen.

Biokalvo on usein pehmeää ja huokoista, toisin kuin kova mineraalihilse. Tämä viittaa siihen, että vaihtimen painehäviö ei välttämättä kasva merkittävästi ennen kuin kasvun vakavuus on korkea.

Tämä ominaisuus vaikeuttaa lämmön alenemisen havaitsemista pelkällä tyypillisellä hydraulisella valvonnalla.

Miksi biofilmejä voi silti muodostua PTFE-letkuihin?
PTFE:llä on kemiallisesti kestävä, sileä pinta, joka estää useiden aineiden aiheuttaman likaantumisen. Mikään teollinen lämmönvaihdinpinta ei kuitenkaan ole vapaa biologisesta leviämisestä.

Lopulta orgaanisiin molekyyleihin perustuvat hoitokerrokset voivat mahdollistaa mikro-organismien kiinnittymisen putken seinämään.

Kun biofilmi on kehitetty, se saattaa jatkaa kasvuaan ravinteiden kulkeutuessa vaihtimen läpi.

Biofilmin kehitys on erityisen yleistä järjestelmissä, joissa on:

Vesi jäähdytykseen

Jätevesi

Kondensaatin talteenotto

Vesi joesta

Elintarvikkeiden jalostusvirrat

Matalavirtauksen lämpöpiirit

PTFE-pintojen luontainen sileys voi mahdollistaa sen, että varhaiset biofilmit ovat visuaalisesti huomaamattomia, mutta vaikuttavat kuitenkin voimakkaasti lämmönsiirtoon.

Miksi biokalvon paksuudella on väliä?
Hukkaan menneen lämmönvaihtimen ennenaikainen puhdistus:

Siivoojat (kotitalous)

Vesi.

Taukoaika

Työ 1.

Tuotantokapasiteetti

Jos odotat liian kauan, voit saada:

suuri lämpöhäviö

Suurempi energiankulutus

Biologinen kontaminaatio

Alempi prosessin vakaus

Suurempi likaantumisaste

Biokalvon paksuuden suora mittaus antaa objektiivisen perustan huollon ajoittamiseen.

Sen sijaan, että vain:

Taipumus paineen laskuun

Poistolämpötilan muutokset

Aukioloajat n

Vaihtimen sisällä huoltohenkilöstö pystyy arvioimaan biologisen kerroksen todellisen paksuuden.

Tämä johtaa tehokkaampiin ja{0}}dataan perustuviin puhdistuspäätöksiin.

Optisen koherenssitomografian (OCT) tarkastus
Optinen koherenssitomografia (OCT) on yksi nykyaikaisimmista tekniikoista biokalvon paksuuden mittaamiseen PTFE-vaihdinputken arvioinnissa.

Kuinka OCT tehdään
OCT on tekniikka, joka käyttää lähellä{0}}infrapunavaloa korkearesoluutioisten-poikkileikkauskuvien saamiseksi pinnoista ja puoli{2}}läpinäkyvistä materiaaleista.

Tekniikka on analoginen oftalmologiassa ja endoskooppisessa diagnostiikassa käytettyjen lääketieteellisten kuvantamistekniikoiden kanssa.

Pieni joustava OCT-anturi viedään eristettyyn ja puhdistettuun vaihdinputkeen

Anturi skannaa sisäseinää, ja heijastuneita valosignaaleja käsitellään kattavien poikkileikkauskuvien-luomiseksi.

Biofilmikerroksen näkeminen
MMA-järjestelmä voi erottaa:

Putken seinämä PTFE

Biofilmikerros

Neste virtaava käyttöliittymä

Lähestymistapa tuottaa erittäin selkeitä rakenteellisia kuvia, koska biofilmit ovat puoli{0}}läpinäkyviä.

Optinen biopsia putken sisäpuolelta voidaan tehdä poistamatta fyysisesti sakkaa.

Tämä luotu kuva mahdollistaa biofilmin paksuuden suoran ja tarkan mittauksen.

Resoluutioominaisuudet.
OCT-järjestelmillä on tyypillisesti vain muutaman mikronin aksiaalinen resoluutio.

Tämä mahdollistaa noin 50 mikronia paksumpien biofilmien helpon havaitsemisen.

Monissa teollisissa järjestelmissä voidaan havaita ohuempiakin biologisia kerroksia ennen kuin tapahtuu vakavaa lämmön heikkenemistä.

OCT:n edut
Edut sisältävät:

-Tuhoamaton mittaus

Korkea spatiaalinen resoluutio

Live-kuvaus

Paksuuden mittaus

Vaihdin, minimipurku

Tämä lähestymistapa on erityisen hyödyllinen tutkimus-, lääke-, puolijohde- ja erittäin{0}}puhtausprosessijärjestelmissä, joissa biofilmin hallinta on välttämätöntä.

Biokalvon paksuuden mittaus ultraäänellä
Ultraäänitarkastus on yksinkertaisempi ja{0}}kenttäkäyttöisempi toimenpide.

Ultraääniperiaatteet
Korkeataajuiset ultraääniaallot lähetetään PTFE-putken seinämän läpi.

Akustinen ääni osuu eri tiheyksien materiaalien välisiin rajapintoihin, jolloin osa signaalista pomppii takaisin kohti anturia.

Heijastuksia voidaan saada sopivissa olosuhteissa:

PTFE seinä

Biofilmin kerros

Biokalvo koskettaa vettä

Signaalin ajoitus ja amplitudi voidaan joskus analysoida biofilmin paksuuden arvioimiseksi.

Tutkimusjärjestelyt
Ultraäänianturi asetetaan yleensä putken ulkoseinään, ja vaihdin on kokonaan tai osittain upotettu.

PTFE:llä on selkeä akustinen käyttäytyminen metalleihin verrattuna ja se vaatii huolellisen kalibroinnin.

Paras herkkyys pehmeille biologisille kerroksille saavutetaan yleensä korkeataajuisilla upotus{0}}ultraäänimittareilla.

Rajoitukset
Ultraäänibiofilmimittauksen haasteet:

Heijastavat heikosti äänen pehmeät biofilmit

PTFE imee ultraäänienergiaa

Epäsäännölliset kerrostumat antavat meluisia signaaleja

Näistä rajoituksista huolimatta ultraäänitekniikat ovat toivottavia seuraavista syistä:

Nopeampi

Minimaaliinvasiivinen

Alennettu hinta

Enemmän mobiilia

Ultraäänimenetelmät voivat olla riittävän tarkkoja rutiinikenttäseulonnan kunnossapitopäätösten tekemiseen.

Anturin puhtauden ja steriiliyden merkitys
Kontrollianturi on puhdistettava tai steriloitava ennen kuin ne asetetaan vaihtimeen.

Tämä varotoimi auttaa estämään:

Ristikontaminaatio

Vieraiden mikro--organismien leviäminen

Prosessin saastuminen

Mikrobiologiset olosuhteet häiriintyneet

Anturin puhtaus on erityisen tärkeää lääke-, puolijohde- tai elintarvikevalmistusympäristöissä.

Väärä käsittely voi vaikuttaa prosessin eheyteen ja mittauksen luotettavuuteen.

Tietojen käyttäminen kunnossapidon suunnittelua varten
Useista putkista tehdyt mittaukset antavat realistisemman kuvan vaihtimen tilasta.

Biofilmin kasvu on harvoin johdonmukaista nipun yli.

Alueet, joilla näyttää olevan suurempi likaantumisriski, ovat usein:

Alhaisen nopeuden alueet

Kuolleet alueet

Hotspotit

Sisääntulon häiriöt

Biokalvon paksuuden kehityksen seuraaminen ajan myötä voi auttaa optimoimaan huoltoaikatauluja tehokkaammin.

Edut:

Vähemmän siivousta, jota ei tarvita

Vähentynyt kemikaalien kulutus

Parannettu lämmönsiirtokyky

Vaihtimen saatavuutta parannettu

• Pienemmät käyttökustannukset

Huollon valinta perustuu todisteisiin-, ei reaktiiviseen toimintaan.

Biokalvon paksuuden ja lämpösuorituskyvyn suhde
Biofilmit voivat toimia lämmöneristyskerroksina.

Paksuuden kasvaessa:

Lämpövastus kasvaa

Vähentää lämmönsiirtokerrointa

Vaihtimen hyötysuhde laskee

Koska biologinen materiaali johtaa huonosti lämpöä, jopa suhteellisen ohuet biologiset kalvot voivat aiheuttaa huomattavan lämpövaurion.

Siksi biokalvon paksuuden ja lämmön heikkenemisen välinen yhteys ei ole yleensä -lineaarinen.

Ongelman varhainen löytäminen auttaa estämään vaihtimen likaantumisen niin, että suorituskyky kärsii.

Likaantumisen in{0}}situ diagnoosin tulevaisuus
Tarkastusmenetelmiä kehitetään, jotka parantavat kykyä arvioida vaihtimen likaantumista ilman, että laitteisto poistetaan käytöstä.

Mahdollisia tulevaisuuden kehityskulkuja ovat mm.

Automatisoidut robottiputkiskannerit

Valvonta optisessa

Sulautetut biosensorit

Likaantumisanalyysi tekoälyn avulla

Live-vaihtimen terveyskartat

Kun kunnossapitojärjestelmät kehittyvät ennakoivammiksi, suorasta in situ biofilmin arvioinnista voi tulla yleinen osa teollisuuden lämmönvaihtimien hallintaa.

Yhteenveto
Biokalvon muodostuminen PTFE-lämmönvaihdinputkien sisällä luo piilotetun lämmönvastuksen, joka voi heikentää merkittävästi vaihtimen tehokkuutta kauan ennen kuin painehäviön muutokset tulevat havaittaviksi. Tällaisia ​​biologisia kerrostumia voidaan nyt arvioida suoraan paikan päällä käyttämällä tekniikoita, kuten optista koherenssitomografiaa ja erityistä ultraäänitutkimusta.

PTFE-vaihdinputken biokalvon paksuuden mittaustutkimus antaa kvantitatiivisen pohjan huollon ajoittamiselle, jolloin puhdistuspäätökset voidaan tehdä todellisen kerrostuman kertymisen perusteella, ei oletusten tai kiinteiden aikaväleiden perusteella. OCT-tekniikoilla voidaan kuvata biofilmiä mikroniresoluutiolla ja erottaa biofilmin eri kerrokset. Ultraäänitekniikat ovat yksinkertaisempia ja niitä voidaan käyttää kentällä jatkuvaan seurantaan.

Likaantumisen arvioinnin kvantifiointi diagnostisena toimenpiteenä mahdollistaa vaihtimen puhdistuksen optimoinnin lämpötehokkuuden ylläpitämiseksi ja tarpeettoman kemikaalien käytön ja seisokkien vähentämiseksi. Biologisen kerroksen paksuuden tunteminen käynnistää tyypillisesti biologisen kerroksen säätelyn lämmön ylläpidossa.