Com detectar i quantificar una carcassa interna-stream de derivació lateral mitjançant imatges tèrmiques?

Dins de la carcassa negra segellada d'un intercanviador de calor de PTFE, una fuita interna invisible està robant el rendiment. El fluid del costat-de la carcassa està passant per alt el feix de tubs a través d'una interfície deflectora fallida o un segell danyat i no segueix la direcció de flux desitjada. L'intercanviador segueix funcionant, les pressions són normals i no hi ha fuites a l'exterior." No obstant això, una fracció del fluid del procés curt-directament a la sortida i, per tant, l'eficiència tèrmica disminueix silenciosament. Afortunadament, aquest desviament encobert deixa un rastre tèrmic a l'exterior de la carcassa, un patró de calor discret que una sola càmera infraroja pot detectar sense molestar una sola càmera.

La imatge tèrmica s'ha conegut com una de les tècniques de diagnòstic no{0}}invasives més efectives per descobrir problemes de derivació del costat de la carcassa als intercanviadors de calor de PTFE en circumstàncies de procés en directe.

Entendre el flux de derivació al costat de la carcassa
En un intercanviador de tubs i carcassa que funcionen correctament, el fluid-del costat de la carcassa s'empeny per fluir a través del feix de tubs en un patró controlat establert per deflectors i sistemes de segellat.

Aquest moviment de flux creuat és important ja que:

Maximitza la transmissió de calor

Prefereix les turbulències

Elimina l'aigua estancada

Augmenta l'eficiència tèrmica

Assegura que la closca s'utilitza de manera uniforme

A mesura que es desenvolupa la derivació, una part del fluid del costat de la closca està passant completament pel canal de flux previst.

El fluid no viatja sobre els tubs de PTFE sinó que surt per través

Segells deflectors danyats

Buits entre els deflectors i la paret de la closca

Plaques de partició fallides

Els components interns estan corroïts

Les interfícies del paquet no estan col·locades correctament

El corrent amb fuites corre cap a la sortida amb poca transferència de calor significativa.

Com funciona la imatge tèrmica
Un corrent de derivació forma una anomalia local de temperatura a la carcassa de l'intercanviador.

El fluid anul·lat encara es troba a una temperatura molt diferent de l'entorn de la closca i, per tant, la paret de la carcassa d'acer per sobre del corrent canalla té una distribució de temperatura superficial diferent.

La càmera tèrmica veu el fantasma del corrent canalla, pintat en calor a la pell de la closca.

Aquesta disparitat de temperatura és més evident durant un canvi en la temperatura controlada del procés.

Creeu un canvi de pas de temperatura
La millor manera de diagnòstic és induir, a propòsit, un canvi ràpid de temperatura a l'entrada-lateral de la closca.

Aquí hi ha diversos exemples:

Aigua freda versus aigua tèbia

S'ha introduït un fluid de procés més calent

Ajust-de temperatura a curt termini del subministrament d'aigua de refrigeració

Canvi dels paràmetres del bucle de recirculació

L'objectiu és crear un front tèrmic que es propagui a l'intercanviador de calor.

La importància de les variacions controlades de temperatura
El canvi de temperatura ha de ser suficient per produir un contrast tèrmic diferent a l'exterior de la closca.

Tanmateix, la transició de temperatura no ha de ser massa agressiva.

Els sistemes de tubs de PTFE tenen una menor tolerància al xoc tèrmic ràpid que els sistemes de tubs metàl·lics. Els canvis excessius de temperatura poden provocar tensions mecàniques addicionals al paquet de l'intercanviador.

Per tant, per a un diagnòstic segur, és preferible tenir un pas de temperatura moderat però diferent.

Realització de l'escaneig tèrmic
Una càmera d'infrarojos d'alta -resolució explora constantment la superfície de la carcassa exterior un cop comença el canvi de temperatura.

Patró tèrmic d'intercanviador de calor saludable
Com a regla general, un intercanviador que funciona normalment mostra:

Un gradient de temperatura constant

Transicions tèrmiques lentes

Dispersió uniforme de la calor al llarg de la carcassa

Fins i tot la disminució tèrmica de l'entrada a la sortida

La temperatura de la superfície de la closca canvia lentament durant la conducció de calor típica a través del paquet.

Signatura tèrmica de Bypass Stream
Un bypass al costat de la closca explica una història molt diferent.

L'exploració termogràfica mostra una imatge diferent:

Una tira calenta contínua

Un canal fred per la closca

Un pegat tèrmic confinat.

Un patró de temperatura no simètric

Ràpida propagació tèrmica a la regió de sortida

Aquesta anomalia segueix la ruta del fluid de derivació a mesura que es desvia al voltant del feix de tubs.

En circumstàncies greus, la signatura tèrmica pot anar gairebé directament des de l'entrada fins a la sortida.

Distinció entre fuga localitzada i general
Un avantatge clau dels enfocaments de PTFE de detecció de derivació lateral de la carcassa d'imatge tèrmica és la capacitat de discriminar entre diferents tipus de fallada.

Fuga generalitzada a través del deflector
Les fuites internes a gran escala apareixen com:

Les anomalies de temperatura són generalitzades

Untació tèrmica, ampla

Menor uniformitat tèrmica en general

Molts punts calents o freds superposats

Aquest patró pot ser degut a l'edat dels segells o a la degradació general dels components interns de l'intercanviador.

Bypass localitzat de fallada
Normalment, un únic segell que falla o una partició danyada provocarà:

Una línia tèrmica fina

Un canal ben definit.

Zones fredes i calentes de concentració

Diverses signatures de flux direccional

Aquest comportament localitzat permet que el personal de manteniment redueixi molt la mida de l'àrea d'inspecció abans de l'aturada.

4.4. Quantificació de la gravetat del bypass
La imatge tèrmica és més que simplement trobar un defecte. També pot obtenir una estimació de gravetat estimada en un entorn controlat.

Avaluació qualitativa
En molts escenaris industrials una imatge qualitativa és adequada per confirmar:

Existència de flux de derivació

Ubicació de la derivació (aprox.)

Intensitat relativa de fuites

Progressió del deteriorament amb el temps

Aquesta informació sovint és suficient per justificar una activitat de manteniment planificada.

Anàlisi tèrmica, quantitativa
Una anàlisi més sofisticada pot estimar:

Fracció de flux de derivació relativa;

Diferència de magnitud de temperatura

Grau de deteriorament de la transferència de calor

Velocitat tèrmica de propagació

Es requereixen diversos factors per a les mesures quantitatives:

Una càmera infraroja calibrada

Absorpcions conegudes de la paret de la closca

Condicions ambientals estables

Angles de visió uniformes

Temperatures controlades del procés

La correcció de l'emissivitat és necessària per a les lectures de temperatura, però els patrons visuals encara són rellevants per al diagnòstic.

Avantatges respecte als mètodes d'inspecció convencionals
La inspecció rutinària-lateral de la carcassa normalment necessita:

L'intercanviador està apagat

Aïllament i drenatge

eliminació del paquet

Desmuntatge cec

Apagada prolongada

La imatge tèrmica evita moltes d'aquestes interrupcions.

Avantatges del diagnòstic no invasiu
Els principals avantatges operatius són:

Funció d'inspecció en línia

Cap aturada de producció

Detecció ràpida de defectes

Reducció de la incertesa en els plans de manteniment

Detecció precoç de fallades

Segmentació de reparació millorada

En lloc de tirar cap avall un intercanviador a l'atzar, un equip de manteniment pot planificar activitats de reparació específiques per a la propera interrupció programada.

Factors que influeixen en la qualitat de la imatge
Diversos problemes pràctics afecten la claredat de les signatures de bypass tèrmic.

Estat de la superfície de la carcassa
La pintura, l'oxidació, la humitat i l'estat d'aïllament afecten el comportament de l'emissivitat infraroja.

Flux d'aire ambiental
Els alts cabals d'aire sobre la carcassa poden provocar una distorsió de les temperatures de la superfície externa.

Eliminació d'aïllament
Sovint és necessari eliminar el blindatge temporal perquè la superfície de la closca nua es pugui escanejar amb precisió.

Temps d'estabilització tèrmica
Ha de passar el temps suficient perquè el front de temperatura es propagui per la closca i produeixi un contrast visible a l'exterior.

Aplicacions en sistemes d'intercanviador de calor de PTFE
Els diagnòstics d'imatge tèrmica són especialment útils per als intercanviadors de PTFE, ja que els procediments d'inspecció invasius agressius no sempre es poden aplicar als tubs de polímer.

Els usos comuns inclouen:

Equips de procés químic

Circuits de refrigeració àcid.

Bescanviadors de calor amb recuperació de dissolvents

Màquines d'acabat superficial

Refrigeració del procés de semiconductors

Sistemes tèrmics en farmacèutica

En particular, en aquestes condicions s'ha de mantenir el temps de funcionament i s'han de diagnosticar les pèrdues de calor ocultes.

Conclusió
La imatge tèrmica proporciona una potent eina no-de contacte i no-invasiva per revelar corrents de derivació lateral de la closca oculta-en els intercanviadors de calor de PTFE. Els patrons tèrmics a l'exterior de la carcassa es poden utilitzar per veure les vies de flux de derivació de manera ràpida i precisa sense necessitat d'obrir l'equip aplicant un canvi de temperatura controlat.

PTFE En el camp més ampli de la detecció de derivació lateral de la carcassa en imatges tèrmiques, aquest mètode proporciona una confirmació visual ràpida de les fuites internes, identifica regions específiques de fallada i permet avaluar el nivell de disminució del rendiment tèrmic. Les ratlles calentes o fredes clares a la superfície de la closca solen indicar exactament on s'escapa el fluid d'un control efectiu del flux.

La imatge tèrmica s'està convertint cada cop més en una visió operativa de raigs X-per a equips de procés amb el desenvolupament constant de tecnologies de diagnòstic industrial. En moltes circumstàncies, les eines de resolució de problemes més útils són aquelles que poden diagnosticar la condició sense haver d'aturar primer el procés.