Com detectar un tub amb fuites mitjançant una càmera d'imatge tèrmica durant el funcionament?

Un intercanviador de calor-tub de carcassa de PTFE està funcionant i hi ha la sospita d'una petita fuita interna del tub. La manera convencional és tancar el procés, buidar la unitat i provar-la a pressió. Però una càmera d'imatge tèrmica sensible i de mà apuntada a l'exterior de la carcassa metàl·lica pot observar amb freqüència el fantasma tèrmic invisible d'una fuita mentre l'intercanviador encara funciona. El fluid fred que es filtra des d'un forat dins d'un tub genera un punt localitzat i inusualment fred a la paret externa de la closca: un punt fresc revelador en un mar de calor uniforme.

Com trobar una fuita de tub ocult mitjançant imatges tèrmiques
El principi del diagnòstic d'intercanviador de PTFE de detecció de fuites per imatge tèrmica és senzill. En un intercanviador de calor estàndard de carcassa i tub, les parets dels tubs divideixen dos fluids. Un fluid (normalment el corrent de procés més calent o més fred) passa pels tubs mentre que l'altre fluid passa pel costat de la closca. La superfície de la carcassa externa generalment té un perfil de temperatura suau i raonablement uniforme amb petits canvis a causa de la col·locació del deflector, els broquets d'entrada/sortida i la convecció natural.

Si un sol tub de PTFE té una fuita o una esquerda, el fluid del tub fluirà al costat de la carcassa. Si el fluid del costat del tub està a una pressió més alta (com és freqüent per evitar la contaminació del costat-de la closca), el fluid que s'escapa surt del forat i incideix en els tubs adjacents o directament a la paret interior de la carcassa. Aquest corrent de fluid localitzat es troba a una temperatura diferent de la del fluid lateral-de la closca a granel. El diferencial de temperatura pot ser tan baix com 2-5 graus i tan alt com 20-30 graus depenent del procés.

La paret de la carcassa metàl·lica és un molt bon conductor de la calor. L'àrea de contacte del fluid amb fuites amb la superfície interior de la carcassa arriba ràpidament a la temperatura del fluid amb fuites. Això s'observa des de l'exterior mitjançant una càmera d'imatge tèrmica sensible (de vegades anomenada càmera infraroja o infraroja) com un punt fred localitzat i persistent (o punt calent, si el fluid que s'escapa és més calent que el fluid del costat de la closca). La taca normalment és força petita (uns quants centímetres de diàmetre) i la seva ubicació precisa és el punt on el doll colpeja l'interior de la closca.

Procediment d'escaneig tèrmic: procediment de camp pas{0}}a-pas
La imatge tèrmica és un mètode ràpid i no-invasiu que es pot dur a terme mentre l'intercanviador està funcionant a plena capacitat i sense necessitat de drenar cap líquid ni de-despressuritzar el sistema. Defensem el següent procediment.

1. Netegeu la superfície de l'intercanviador
La superfície externa de la carcassa ha d'estar neta, seca i lliure d'aïllament (almenys a la regió que s'està escanejant). L'aïllament es pot eliminar temporalment en una tira o finestra petita. Els falsos reflexos tèrmics poden ser causats per restes, oli o aigua a la superfície de la closca o es pot ocultar la temperatura real. Tot el que cal és una simple neteja amb una tovallola seca.

2. Trieu la càmera tèrmica adequada
Recomanat: càmera tèrmica-d'alta resolució amb sensibilitat tèrmica (NETD) inferior o igual a 0,05 graus (50 mK). Les càmeres de -cost més baix (per exemple, la sensibilitat de . 0.10 graus) encara poden detectar fuites més grans, però es perdran variacions de temperatura més petites. El camp de visió de la càmera ha de ser adequat a la mida de l'intercanviador; una lent comuna de 24 graus és suficient per a la majoria de mides de carcassa (300–1000 mm). Estableix l'emissivitat a 0,95 per a acer al carboni pintat o lleugerament corroït, o 0,85 per a acer inoxidable brillant.

3. Escaneja tota la superfície de la closca
L'operador està allunyat del perill i lentament mou la càmera al llarg de la carcassa, preferiblement al voltant del cercle complet. Els dolls de fuites afecten habitualment a prop de talls deflectors i làmines de tubs, provocant múltiples passades per emfatitzar aquests punts. Un intercanviador típic de 3 metres de llarg hauria de trigar entre 5 i 10 minuts a escanejar-se.

4. Detecció d'anomalies tèrmiques locals
En un intercanviador normal i saludable, la temperatura de la carcassa exterior mostrarà un gradient constant - més fred a l'entrada d'un fluid de refrigeració i més calenta a la sortida.  Una fuita de tub provoca una zona freda aguda, localitzada, circular o ovalada que no s'ajusta al gradient natural. El lloc sol comptar amb:

Una temperatura 1-5C (o més) diferent de la temperatura de la closca circumdant a la mateixa ubicació axial.

Un límit ben-definit amb freqüència amb un "halo" concèntric de temperatura intermèdia.

Estat estacionari que no es mou quan canvia el flux del procés (a diferència dels efectes de turbulència transitoris).

La càmera tèrmica veu la signatura fantasmal i gelada de la fuita oculta, pintada com un hematoma fosc i fresc a la pell càlida de la carcassa d'acer.

5. Document i contrast
S'emmagatzema la imatge tèrmica. Si es detecta una sospita d'un punt fred, l'àrea es marca a la closca amb un guix o un marcador permanent. 15 i 30 minuts més tard, es torna a escanejar el lloc idèntic. El fet que el punt fred encara estigui present i al mateix lloc avala el diagnòstic. Les anomalies de temperatura transitòries (per exemple, d'una bombolla de vapor que passa o un corrent d'aire local) es dissiparan ràpidament.

6. Realitzeu una prova de pressió amb un focus
La imatge tèrmica és una eina de detecció." Això no substitueix una prova de pressió, però revela un lloc precís per a la possible fuita. Durant una parada planificada, la closca es drena, s'identifica l'àrea sospitosa i es poden provar la pressió individualment dels tubs associats (per exemple, bloquejant un extrem i pressionant amb aire mentre està submergit en aigua o amb una solució de sabó). de tubs, estalviant hores de proves a cegues.

Quan és la imatge tèrmica més precisa?
Aquest mètode no s'aplica a tots els casos. Creix millor en les condicions següents:

Large temperature difference between the tube-side and shell-side fluids. A minimum difference of 5 °C (ideally >10 graus) proporciona un contrast tèrmic distint. Si els dos fluids estan gairebé a la mateixa temperatura, la fuita no mostra una signatura tèrmica.

Fluid al costat del tub a una pressió més alta. Això garanteix que el fluid amb fuites s'expulsa amb la velocitat suficient per arribar a la paret de la closca. Si el costat de la carcassa està sota una pressió més alta, la fuita serà cap a dins (el fluid de la carcassa al tub) i la signatura tèrmica pot estar a la cara de la làmina del tub en lloc de l'exterior de la carcassa.

Superfície de la carcassa neta i sense aïllar. L'aïllament és una manta tèrmica que suavitza les fluctuacions de temperatura localitzades. Retireu l'aïllament d'una peça. Però alguns materials d'aïllament prims de baixa densitat (per exemple, llana mineral) permeten, tanmateix, prou conducció tèrmica a la superfície per detectar fuites importants.

Funcionament en-estat estacionari. L'intercanviador ha d'estar en condicions normals de treball durant almenys 30 minuts abans de l'escaneig. Els transitoris d'arrencada poden generar diverses anomalies tèrmiques que es poden confondre amb fuites.

Exemples i limitacions del-món real
Exemple 1 Refrigeració de salmorra calenta amb aigua de refrigeració
La salmorra calenta (85 graus) es refreda mitjançant aigua de refrigeració (25 graus) en un intercanviador de PTFE al costat del tub. Es desenvolupa una fuita en un tub. L'aigua de refrigeració de 25 graus filtra a la salmorra de 85 graus. Però la direcció de la fuita és cap a dins (tub a closca). Aquesta aigua de refrigeració no incideix en la paret de la closca, per tant l'exterior de la closca roman a una temperatura elevada. La imatge tèrmica de l'exterior de la carcassa no detectaria aquesta fuita, perquè el fluid que flueix no entra en contacte amb la carcassa. En lloc d'això, l'operador hauria d'escanejar la cara de la làmina del tub o la canonada vinculada al costat del tub. Això subratlla la necessitat de conèixer la direcció del flux i la diferència de pressió.

Exemple 2: condensador al costat del tub fred
Un intercanviador de PTFE condensa un vapor escalfat (120 graus) al costat de la carcassa, mentre que l'aigua de refrigeració freda (30 graus) flueix pel costat del tub a una pressió més alta. Un tub filtra i aigua freda ruixa des del forat cap a l'interior de la closca. La closca exterior té una zona freda notable que és constantment 5 graus més fresca que la closca circumdant. Aquest és l'ús adequat per a la imatge tèrmica.

Exemple 3: bescanviador gran, fuga petita
Una fuga molt petita, per exemple un forat<0.5 mm, may only produce a very little flow rate. The jet may not impinge on the shell wall, but instead become entrained in the shell-side flow and evaporate or mix prior to impingement. In these circumstances the shell does not show detectable thermal anomaly. The method has a sensitivity limit and extremely small leaks may still need a traditional pressure test for identification.

Beneficis en comparació amb els mètodes tradicionals Aspecte Proves de pressió convencionals Imatges per infrarojos
Interrupció del procés Apagat, drenatge necessari Cap (web)
Temps per diagnosticar Minuts a hores a dies
Precisió en la detecció de fuites Baixa (sovint quina fila de làmines de tubs) Alta (pot identificar la zona d'impacte)
Cost de l'equip Baix (manòmetre, bomba) Càmera tèrmica: 5-5k-30k Moderada
Nivell d'habilitat Baix Moderat (llegir imatges tèrmiques)
Seguretat Necessita manipulació de fluids a pressió Sense contacte, sense risc
Per a una fàbrica que ja té una càmera d'imatge tèrmica en ús (per a inspeccions elèctriques, sondejos refractaris o altres manteniments predictius), el cost incremental de desplegar-la per a la detecció de fuites és nul. El temps estalviat per no tenir una parada innecessària o per tenir una parada molt curta per a una reparació concreta amortitza la inversió molt ràpidament.

Bones pràctiques i errors típics
No confieu mai en una sola exploració. Les falses zones fredes poden ser causades per la brisa ambiental, les càrregues solars i les superfícies calentes veïnes. Escaneja a diferents moments del dia o des de diferents perspectives.

"Marqueu immediatament el punt sospitós; feu servir un marcador no-permanent per marcar la closca. Feu una foto de llum visible amb la imatge tèrmica per correlacionar-la.

Es considera la geometria del deflector. Els dolls de fuites solen colpejar la closca precisament davant d'un tall del deflector perquè la direcció del flux es força al voltant de la vora del deflector. Centra't en aquestes àrees.

Realitzar anàlisis de temperatura diferencial. Moltes càmeres tèrmiques poden mostrar el diferencial de temperatura entre un punt de referència i un lloc sospitós. Una diferència de 2 graus o més que sigui estable és un indicador significatiu.

Correlacionar amb el paràmetre del procés. Un augment modest de la conductivitat-del costat de la closca, una caiguda de la pressió del costat-del tub o un canvi de les temperatures de sortida poden donar suport a la troballa d'imatge tèrmica.

Conclusió: Visualització de la calor invisible
La imatge tèrmica és un instrument de diagnòstic potent, no-invasiu i predictiu que permet detectar una fuita interna en un intercanviador de PTFE des de l'exterior mentre el procés està en curs. Un operador format pot localitzar el tub o l'àrea del tub que necessita tractament observant el punt fred característic generat pel raig de fuites de fluid que colpeja la paret de la closca. Això permet una reparació focalitzada i mínima-de temps d'inactivitat durant una interrupció programada, no una cerca a cegues-que consumeix molt de temps. Els ulls de diagnòstic més potents són els que poden veure la calor invisible. Afegir imatges tèrmiques a la caixa d'eines de diagnòstic per als equips de manteniment d'intercanviadors de calor de PTFE en operacions químiques o geotèrmiques hostils converteix una misteriosa i lenta pèrdua de rendiment en un mapa tèrmic visible i accionable de l'avaria oculta.