Come rilevare e quantificare un flusso di bypass laterale della shell interna-utilizzando la termografia?

All'interno del guscio sigillato nero di uno scambiatore di calore in PTFE, una perdita interna invisibile sta compromettendo le prestazioni. Il fluido lato mantello- bypassa il fascio tubiero attraverso un'interfaccia del deflettore difettosa o una guarnizione danneggiata e non segue la direzione del flusso desiderata. Lo scambiatore è ancora in funzione, le pressioni sono normali e non ci sono perdite all'esterno." Tuttavia, una frazione del fluido di processo va in cortocircuito- direttamente verso l'uscita, e quindi l'efficienza termica diminuisce silenziosamente. Fortunatamente, questa deviazione nascosta lascia una traccia termica all'esterno del guscio, un modello di calore discreto che un'astuta telecamera a infrarossi può rilevare senza disturbare un singolo bullone.

La termografia è diventata nota come una delle tecniche diagnostiche non-invasive più efficaci per scoprire problemi di bypass sul lato mantello negli scambiatori di calore in PTFE in circostanze di processo in corso.

Comprensione del flusso di bypass sul lato Shell
In uno scambiatore a fascio tubiero che funziona correttamente, il fluido lato mantello- viene spinto a fluire attraverso il fascio tubiero secondo uno schema controllato stabilito da deflettori e sistemi di tenuta.

Questo movimento a flusso incrociato è importante poiché:

Massimizza la trasmissione del calore

Preferisce la turbolenza

Rimuove l'acqua stagnante

Aumenta l'efficienza termica

Garantisce che il guscio venga utilizzato in modo uniforme

Man mano che il bypass si sviluppa, una parte del fluido lato mantello bypassa completamente il canale di flusso previsto.

Il fluido non viaggia sui tubi in PTFE ma esce attraverso

Guarnizioni del deflettore danneggiate

Spazi tra i deflettori e la parete del guscio

Piastre divisorie guastate

I componenti interni sono corrosi

Le interfacce del bundle non sono posizionate correttamente

Il flusso che perde si precipita verso l'uscita con uno scambio di calore poco significativo.

Come funziona la termografia
Un flusso di bypass forma un'anomalia di temperatura locale nel mantello dello scambiatore.

Il fluido bypassato ha ancora una temperatura molto diversa da quella dell'ambiente del guscio, e quindi la parete del guscio di acciaio sopra il flusso anomalo ha una diversa distribuzione della temperatura superficiale.

La termocamera vede il fantasma della corrente anomala, dipinta dal calore sulla pelle della conchiglia.

Questa disparità di temperatura è più evidente durante uno spostamento della temperatura del processo controllato.

Creare un cambio graduale della temperatura
Il miglior modo di diagnosi è indurre, di proposito, un rapido cambiamento di temperatura all'ingresso lato guscio-.

Ecco alcuni esempi:

Acqua fredda contro acqua calda

Introduzione del fluido di processo più caldo

Regolazione a breve-termine della temperatura della fornitura di acqua di raffreddamento

Modifica dei parametri del circuito di ricircolo

Lo scopo è quello di creare un fronte termico propagante nello scambiatore di calore.

Il significato delle variazioni di temperatura controllate
La variazione di temperatura dovrebbe essere sufficiente a produrre un netto contrasto termico all'esterno del guscio.

La transizione di temperatura non deve tuttavia essere troppo aggressiva.

I sistemi di tubi in PTFE hanno una tolleranza inferiore allo shock termico rapido rispetto ai sistemi di tubi metallici. Sbalzi eccessivi di temperatura possono provocare ulteriori sollecitazioni meccaniche sul fascio scambiatore.

Pertanto, per una diagnostica sicura è preferibile avere un gradino di temperatura moderato ma distinto.

Conduzione della scansione termica
Una-fotocamera a infrarossi ad alta risoluzione scansiona costantemente la superficie dell'involucro esterno non appena inizia il cambiamento di temperatura.

Modello termico sano dello scambiatore di calore
Di norma uno scambiatore normalmente funzionante presenta:

Un gradiente di temperatura costante

Transizioni termiche lente

Dispersione uniforme del calore lungo tutta la lunghezza del guscio

Anche il declino termico dall'ingresso all'uscita

La temperatura della superficie del guscio cambia lentamente durante la tipica conduzione del calore attraverso il fascio.

Firma termica del flusso bypass
Una tangenziale sul lato del guscio racconta una storia molto diversa.

La scansione termografica mostra un'immagine diversa:

Una striscia calda continua

Un canale freddo lungo il guscio

Una zona termica confinata.

Un modello di temperatura che non è simmetrico

Rapida propagazione termica nella regione di deflusso

Questa anomalia segue il percorso del fluido di bypass mentre viene deviato attorno al fascio tubiero.

In circostanze gravi la firma termica può andare quasi direttamente dall'ingresso all'uscita.

Distinzione tra perdite localizzate e generali
Un vantaggio chiave degli approcci PTFE per il rilevamento del bypass laterale del guscio di imaging termico è la capacità di discriminare tra diversi tipi di guasto.

Perdita generalizzata attraverso il deflettore
Le perdite interne su larga scala appaiono come:

Le anomalie della temperatura sono diffuse

Spalmatura termica, ampia

Minore uniformità termica complessiva

Molti punti caldi o freddi sovrapposti

Questo andamento potrebbe essere dovuto all'età delle guarnizioni o al degrado generale dei componenti interni dello scambiatore.

Bypass localizzato del guasto
Di solito un singolo sigillo difettoso o una partizione danneggiata causeranno:

Una sottile linea termica

Un canale ben definito.

Aree di concentrazione calde e fredde

Varie firme del flusso direzionale

Questo comportamento localizzato consente al personale di manutenzione di ridurre notevolmente le dimensioni dell'area di ispezione prima dell'arresto.

4.4. Quantificazione della gravità del bypass
La termografia è molto più che semplicemente trovare un difetto. Può anche ottenere una stima della gravità in un ambiente controllato.

Valutazione qualitativa
In molti scenari industriali un’immagine qualitativa è adeguata a confermare:

Esistenza del flusso bypass

Posizione della tangenziale (circa)

Intensità relativa della perdita

Progressione del deterioramento con il tempo

Queste informazioni sono spesso sufficienti per giustificare un'attività di manutenzione pianificata.

Analisi Termica, Quantitativa
Analisi più sofisticate possono stimare:

Frazione relativa del flusso di bypass;

Entità della differenza di temperatura

Grado di deterioramento del trasferimento di calore

Velocità di propagazione termica

Per le misurazioni quantitative sono necessari diversi fattori:

Una telecamera a infrarossi calibrata

Assorbimento noto della parete del guscio

Condizioni ambientali stabili

Angoli di visione uniformi

Temperature controllate dal processo

La correzione dell'emissività è necessaria per le letture della temperatura, ma i modelli visivi sono comunque rilevanti per la diagnosi.

Vantaggi rispetto ai metodi di ispezione convenzionali
L'ispezione laterale-della shell di routine solitamente richiede:

Lo scambiatore è spento

Isolamento e drenaggio

rimozione del fascio

Smontaggio cieco

Interruzione prolungata

La termografia evita molte di queste interruzioni.

Vantaggi della diagnosi non invasiva
I principali vantaggi operativi sono:

Funzione di ispezione online

Nessuna interruzione della produzione

Rilevamento rapido dei difetti

Ridotta incertezza nei piani di manutenzione

Rilevamento precoce dei guasti

Targeting delle riparazioni migliorato

Invece di abbattere a casaccio uno scambiatore, una squadra di manutenzione può pianificare attività di riparazione specifiche per la successiva interruzione programmata.

Fattori che influenzano la qualità dell'immagine
Numerosi problemi pratici influiscono sulla chiarezza delle segnature del bypass termico.

Stato della superficie della shell
La vernice, l'ossidazione, l'umidità e lo stato di isolamento influiscono sul comportamento dell'emissività degli infrarossi.

Ambiente del flusso d'aria
Elevate portate d'aria sopra l'involucro possono causare distorsioni delle temperature della superficie esterna.

Rimozione dell'isolamento
Spesso è necessario rimuovere la schermatura temporanea in modo che la superficie nuda del guscio possa essere scansionata con precisione.

Tempo di stabilizzazione termica
Deve passare abbastanza tempo perché il fronte termico si propaghi attraverso il guscio e produca un contrasto visibile all'esterno.

Applicazioni nei sistemi di scambiatori di calore in PTFE
La diagnostica per immagini termiche è particolarmente utile per gli scambiatori in PTFE, poiché non sempre è possibile applicare procedure di ispezione invasive aggressive ai tubi polimerici.

Gli usi comuni includono:

Attrezzature per processi chimici

Circuiti di raffreddamento acidi.

Scambiatori di calore per recupero solventi

Macchine per la finitura superficiale

Raffreddamento del processo di semiconduttori

Impianti termici in farmaceutica

In particolare, in queste condizioni è necessario mantenere il tempo di attività e diagnosticare le perdite di calore nascoste.

Conclusione
La termografia fornisce un potente strumento senza-contatto e non-invasivo per rivelare i flussi di bypass nascosti sul lato del guscio-negli scambiatori di calore in PTFE. I modelli termici sull'involucro esterno possono essere utilizzati per visualizzare i percorsi del flusso di bypass in modo rapido e accurato senza la necessità di aprire l'apparecchiatura applicando una variazione graduale della temperatura controllata.

PTFE Nel campo più ampio del rilevamento del bypass laterale del guscio nell'imaging termico, questo metodo fornisce una rapida conferma visiva delle perdite interne, individua specifiche aree di guasto e consente la valutazione del livello di calo delle prestazioni termiche. Strisce chiare calde o fredde sulla superficie del guscio sono in genere una buona indicazione del punto esatto in cui il fluido sfugge al controllo efficace del flusso.

La termografia sta diventando sempre più una visione operativa a raggi X-per le apparecchiature di processo con il continuo sviluppo di tecnologie diagnostiche industriali. In molte circostanze, gli strumenti di risoluzione dei problemi più utili sono quelli in grado di diagnosticare la condizione senza dover prima interrompere il processo.