Kako detektirati i izmjeriti debljinu biofilma unutar PTFE cijevi izmjenjivača topline?

Kada se koristi s toplom riječnom vodom, recikliranim kondenzatom ili procesnim tokovima -bogatim hranjivim tvarima, sluzavi biološki sloj mogao bi polako rasti preko unutarnjih stijenki cijevi PTFE izmjenjivača topline. Taj je biofilm obično bezopasan u ranim fazama stvaranja jer su promjene u padu tlaka vrlo male. Međutim, toplinske karakteristike mogu se brzo pogoršati kada živi sloj formira izolacijski pokrivač između procesne tekućine i stijenke cijevi. Taj skriveni biološki sloj sada se može mjeriti izravno unutar izmjenjivača modernim instrumentima za inspekciju, mijenjajući planiranje održavanja s procjene na kvantitativnu analizu.

Problem kod ispitivanja PTFE cijevi izmjenjivača za procjenu debljine biofilma je otkrivanje mekog, prozirnog sloja koji može biti debeo samo desetke ili stotine mikrona dok je izmjenjivač uglavnom netaknut.

Zašto je biofilm pravi toplinski problem
Biofilmovi su populacije mikroorganizama organizirane u matricu polimernih tvari koje sami proizvode i koje su pričvršćene na površinu.

Biofilmovi imaju tendenciju nakupljanja unutar PTFE cijevi izmjenjivača, kada:

Ima tople vode

Dostupne hranjive tvari

Postoje područja stagnacije protoka.

Razvijanje filmova za kondicioniranje površine

Biološki sloj može imati:

Bakterije

GLJIVA

Alga.

Biološka materija

Mineralna zrnca

Smanjenje toplinske učinkovitosti može biti značajno čak i za relativno tanke biofilmove jer biološki materijal ima lošu toplinsku vodljivost u usporedbi s vodom koja se kreće.

Biofilm je često mekan i porozan, za razliku od tvrdog mineralnog kamenca. Ovo sugerira da možda neće biti značajnih povećanja pada tlaka izmjenjivača sve dok ozbiljnost rasta ne postane velika.

Ova značajka otežava otkrivanje toplinske amortizacije samo tipičnim hidrauličkim nadzorom.

Zašto se biofilm još uvijek može formirati na PTFE cijevima
PTFE ima kemijski otpornu, glatku površinu koja sprječava prljanje brojnim tvarima. Međutim, nijedna površina industrijskog izmjenjivača topline nije slobodna od biološke proliferacije.

Na kraju bi slojevi za kondicioniranje temeljeni na organskim molekulama mogli omogućiti mikroorganizmima da se pričvrste na stijenku cijevi.

Nakon što se razvije, biofilm može nastaviti rasti dok hranjive tvari prolaze kroz izmjenjivač.

Razvoj biofilma posebno je raširen u sustavima sa:

Voda za hlađenje

Kanalizacija

Oporaba kondenzata

Voda iz rijeke

Tokovi obrade hrane

Toplinski krugovi niskog protoka

Intrinzična glatkoća PTFE površina može omogućiti da rani biofilmovi budu vizualno neprimjetni, ali unatoč tome ozbiljno utječu na prijenos topline.

Zašto je debljina biofilma važna?
Prerano čišćenje izmjenjivača topline izgubljeno:

Sredstva za čišćenje (kućanstvo)

Voda.

Vrijeme pauze

Rad 1.

Kapacitet proizvodnje

Ako predugo čekate, možete dobiti:

veliki gubitak topline

Veća potrošnja energije

Biološka kontaminacija

Niža stabilnost procesa

Veća stopa onečišćenja

Izravno mjerenje debljine biofilma daje objektivnu osnovu za planiranje održavanja.

Umjesto samo:

Tendencije pada tlaka

Promjene izlazne temperature

Radno vrijeme cca

Unutar izmjenjivača, osoblje za održavanje može procijeniti stvarnu debljinu biološkog sloja.

To dovodi do učinkovitijih odluka o čišćenju-pokrenutih podacima.

Pregled optičkom koherentnom tomografijom (OCT).
Optička koherentna tomografija (OCT) jedna je od najsuvremenijih tehnika za mjerenje debljine biofilma evaluacije PTFE izmjenjivačke cijevi.

Kako se izvodi OCT
OCT je tehnika koja koristi blisko-infracrveno svjetlo za dobivanje slika poprečnih-presjeka površina i polu-prozirnih materijala visoke rezolucije.

Tehnologija je analogna tehnologijama medicinskog snimanja koje se koriste u oftalmologiji i endoskopskoj dijagnostici.

Sićušna fleksibilna OCT sonda uvodi se u izoliranu i očišćenu cijev izmjenjivača

Sonda skenira unutarnju stijenku, a reflektirani svjetlosni signali se obrađuju kako bi se napravile sveobuhvatne slike presjeka-.

Vidjeti sloj biofilma
OCT sustav može razlikovati:

Cijevni zid od PTFE

Sloj biofilma

Tekuće sučelje

Pristup generira izuzetno jasne strukturne slike jer su biofilmovi polu{0}}prozirni.

Optička biopsija unutrašnjosti cijevi može se izvesti bez fizičkog uklanjanja naslaga.

Ova generirana slika omogućuje izravno i točno mjerenje debljine biofilma.

Mogućnosti rezolucije.
OCT sustavi obično imaju aksijalnu rezoluciju od samo nekoliko mikrona.

To omogućuje jednostavno otkrivanje biofilmova debljih od otprilike 50 mikrona.

U mnogim industrijskim sustavima čak i tanji biološki slojevi mogu se otkriti prije nego što dođe do ozbiljnog termičkog pogoršanja.

Prednosti OCT-a
Pogodnosti uključuju:

Ne{0}}destruktivno mjerenje

Visoka prostorna rezolucija

Snimanje uživo

Mjerenje debljine

Izmjenjivač, minimalna demontaža od

Ovaj je pristup posebno koristan za istraživačke, farmaceutske, poluvodičke i procesne sustave visoke-čistoće gdje je upravljanje biofilmom ključno.

Ultrazvučno mjerenje debljine biofilma
Ultrazvučni pregled je jednostavniji i terenski-upotrebljiviji postupak.

Ultrazvučni principi
Ultrazvučni valovi visoke frekvencije šalju se kroz stijenku PTFE cijevi.

Akustični zvuk pogađa sučelja između materijala različitih gustoća, pri čemu se dio signala odbija natrag prema senzoru.

Refleksije se mogu dobiti pod odgovarajućim uvjetima:

PTFE zid

Sloj biofilma

Kontakt biofilma s vodom

Vrijeme i amplituda signala ponekad se mogu analizirati kako bi se procijenila debljina biofilma.

Raspored sondi
Ultrazvučna sonda se općenito postavlja na vanjsku stijenku cijevi, a izmjenjivač je potpuno ili djelomično uronjen.

PTFE ima izrazito akustično ponašanje u usporedbi s metalima i zahtijeva pažljivu kalibraciju.

Najbolja osjetljivost za meke biološke slojeve obično se postiže ultrazvučnim mjeračima-prilagođenim visokoj frekvenciji.

Ograničenja
Izazovi u ultrazvučnom mjerenju biofilma:

Slabo reflektiraju zvuk meki biofilmovi

PTFE apsorbira ultrazvučnu energiju

Nepravilne naslage daju šumne signale

Bez obzira na ova ograničenja, ultrazvučne tehnologije su poželjne iz sljedećih razloga:

Brži

Minimalno invazivna

Smanjeni trošak

Mobilniji

Ultrazvučni pristupi mogu biti dovoljno točni za donošenje odluka o održavanju za rutinski pregled na terenu.

Značaj čistoće i sterilnosti sonde
Kontrolne sonde moraju se očistiti ili sterilizirati prije umetanja u izmjenjivač.

Ova mjera opreza pomaže spriječiti:

Unakrsna kontaminacija

Unošenje stranih mikro{0}}organizama

Kontaminacija procesa

Poremećeni mikrobiološki uvjeti

Čistoća sonde posebno je važna u farmaceutskim, poluvodičkim ili prehrambenim okruženjima.

Nepravilno rukovanje može utjecati na integritet procesa i pouzdanost mjerenja.

Primjena podataka za planiranje održavanja
Mjerenja provedena na brojnim cijevima daju realniju sliku stanja izmjenjivača.

Rast biofilma rijetko je dosljedan preko snopa.

Područja za koja se čini da imaju veći rizik od onečišćenja često su:

Područja niske brzine

Mrtve zone

Žarišne točke

Ulazne smetnje

Praćenje trenda debljine biofilma tijekom vremena može pomoći u učinkovitijoj optimizaciji rasporeda održavanja.

Prednosti:

Manje čišćenja koje nije potrebno

Smanjena potrošnja kemikalija

Poboljšana izvedba prijenosa topline

Poboljšana dostupnost izmjenjivača

• Niži operativni troškovi

Izbor da se provede održavanje temelji se-na dokazima, a ne na reakciji.

Odnos debljine biofilma i toplinske učinkovitosti
Biofilmovi mogu djelovati kao toplinski izolacijski slojevi.

S povećanjem debljine:

Povećava se toplinski otpor

Smanjuje koeficijent prijenosa topline

Učinkovitost izmjenjivača pada

Budući da je biološki materijal loš vodič topline, čak i relativno tanki biološki filmovi mogu uzrokovati značajnu toplinsku kaznu.

Stoga veza između debljine biofilma i propadanja toplinom općenito nije-linearna.

Rano pronalaženje problema pomaže u sprječavanju da se izmjenjivač toliko zaprlja da performanse pate.

Budućnost In-Situ dijagnostike obraštaja
Razvijaju se metode inspekcije koje poboljšavaju sposobnost procjene onečišćenja izmjenjivača bez isključivanja opreme iz upotrebe.

Mogući budući razvoj događaja uključuje:

Automatizirani robotski skeneri cijevi

Praćenje u optici

Ugrađeni biosenzori

Analiza obraštaja uz pomoć umjetne inteligencije

Karte zdravlja izmjenjivača uživo

Kako sustavi održavanja postaju sve predvidljiviji, izravna in{0}}procjena biofilma na licu mjesta može postati uobičajeni dio upravljanja industrijskim izmjenjivačem topline.

Sažetak
stvaranje biofilma unutar PTFE cijevi izmjenjivača topline stvara skriveni toplinski otpor koji može drastično smanjiti učinkovitost izmjenjivača mnogo prije nego što promjene u padu tlaka postanu primjetne. Takve biološke naslage sada se mogu procijeniti izravno in-situ korištenjem tehnika kao što su optička koherentna tomografija i specifično ultrazvučno ispitivanje.

Mjerno ispitivanje debljine biofilma PTFE cijevi izmjenjivača daje kvantitativnu osnovu za planiranje održavanja, što omogućuje donošenje odluka o čišćenju na temelju stvarnog nakupljanja naslaga, a ne na temelju pretpostavki ili fiksnih intervala. OCT tehnologije mogu prikazati biofilm s mikronskom rezolucijom i odvojiti različite slojeve biofilma. Ultrazvučne tehnike su jednostavnije i mogu se koristiti na terenu za kontinuirano praćenje.

Kvantificiranje procjene onečišćenja kao dijagnostički postupak omogućuje optimizaciju čišćenja izmjenjivača kako bi se održala toplinska učinkovitost i smanjila nepotrebna uporaba kemikalija i zastoj. Poznavanje debljine biološkog sloja tipično inicira regulaciju biološkog sloja u toplinskom održavanju.