چگونه با استفاده از ترانسمیتر فشار دیفرانسیل و قرائت خط پایه، سمت پوسته رسوب شده را تشخیص دهیم؟

طرف پوسته مبدل حرارتی PTFE پیچ و خم پیچیده ای از لوله ها و حفره ها است و هنگامی که با رسوب، لجن یا لجن بیولوژیکی شروع به رسوب می کند، اولین و حساس ترین نشانگر افت دمای خروجی نیست، بلکه یک افزایش متوسط ​​و مداوم در اختلاف فشار در سراسر پوسته است. یک فرستنده فشار دیفرانسیل دائمی، با روند داده ها در طول زمان، اندازه گیری مستمر، عینی و بسیار حساسی از لایه رسوب پنهان در حال توسعه در داخل می دهد.

محدودیت نشانه رسوب بر اساس دما
در بسیاری از تاسیسات فرآیند، زمانی که دمای خروجی مبدل حرارتی به زیر نقطه تنظیم قابل قبول کاهش می‌یابد، برای اولین بار مشکوک به ایجاد رسوب در سمت پوسته می‌شود. با این حال، دما یک شاخص تاخیری و غیر اختصاصی است. کاهش دمای خروجی می تواند ناشی از تعدادی از عوامل باشد:

رسوب در سمت لوله یا سمت پوسته

سرعت جریان پایین تر یک یا هر دو جریان

تغییرات دمای ورودی

تغییرات ویژگی های سیال (ویسکوزیته، گرمای ویژه)

سنسورهای دما نیز در پاسخ به تغییرات ملایم کند هستند. هنگامی که دمای خروجی بسیار کاهش یافته است، ممکن است نشانه این باشد که سمت پوسته در حال حاضر به شدت رسوب کرده است و نیاز به خاموش کردن سریع و گران قیمت است. ما باید فعال تر باشیم. ما باید کمی بیشتر عمل کنیم.

اصل: معیار تمیز افت فشار پایه
برای یک مبدل حرارتی-و{1}}و{1}}پوسته PTFE تمیز و تازه راه اندازی شده، افت فشار جانبی پوسته-در یک نرخ جریان معین، بسته به هندسه (آرایش دسته لوله، فاصله بافل، قطر نازل) و پارامترهای سیال (چگالی، ویسکوزیته) ثابت شناخته شده است. این رقم به عنوان افت فشار پایه تمیز استفاده می شود.

رسوب روی سطوح جانبی پوسته (خارج از لوله های PTFE، روی بافل ها و داخل پوسته) ایجاد می شود. منطقه جریان آزاد برای سیال سمت پوسته به تدریج کاهش می یابد. لایه رسوبی باعث افزایش زبری سطح و در نتیجه افزایش اصطکاک می شود. هر دو عامل منجر به افزایش افت فشار پوسته{3}}برای سرعت جریان حجمی یکسان می‌شوند.

پیوند واضح و قابل پیش بینی است. افزایش جزئی در ضخامت لایه رسوب منجر به افزایش قابل توجهی در افت فشار قبل از اینکه عملکرد انتقال حرارت به وضوح بدتر شود، می شود. فرستنده فشار دیفرانسیل به عنوان یک سنسور هشدار اولیه عمل می کند.

استفاده از فشار دیفرانسیل و یک خط مبنا برای تشخیص رسوب سمت پوسته
روش مبدل PTFE تفاضل فشار تشخیص رسوب طرف پوسته به سه بخش نیاز دارد: یک اندازه‌گیری پایه تمیز، یک فرستنده فشار اختلاف دائمی نصب شده و یک سیستم ثبت اطلاعات یا روند.

مرحله 1: خط پایه تمیز را ایجاد کنید
در اولین راه‌اندازی- مبدل PTFE جدید، یا بلافاصله پس از تمیز کردن مواد شیمیایی و کشش باندل، سمت پوسته با دبی اسمی و معمولی خود کار می‌کند. سیال باید تمیز و در دمای عملیاتی و ترکیب معمولی باشد. پوسته{3}}فشار دیفرانسیل جانبی (ΔP clean ) از طریق یک فرستنده کالیبره شده یا یک گیج دقیق خوانده می شود. معیارهای زیر نیز به عنوان بخشی از خط مبنا ثبت می شوند

سرعت جریان حجمی جانبی پوسته (m³/h یا gpm)

دمای سیال (ویسکوزیته)

چگالی و ویسکوزیته سیال (تحلیل آزمایشگاهی یا جداول استاندارد)

سرعت جریان و دما سمت لوله (ثانویه، اما برای کامل بودن ذکر شده است)

خواندن پایه در یک دفترچه گزارش یا بهتر، در تاریخچه سیستم کنترل کارخانه ثبت می شود. جریان آشفته برای تفاوت های کوچک در نرخ جریان، خط پایه را می توان با استفاده از یک فرمول ساده نرمال کرد. ΔP ∝ (سرعت جریان)2 . بنابراین، مقادیر اخیر را می توان با نرخ جریان پایه تنظیم کرد:

ΔP_corrected=ΔP_measured * (Q_baseline / Q_measured) ^ 2

مرحله 2: نصب و راه اندازی با کیفیت ترانسمیتر فشار دیفرانسیل
یک فرستنده فشار دیفرانسیل دائمی (DP) در سرتاسر نازل های ورودی و خروجی سمت پوسته نصب شده است. از هر نازل، خطوط ضربه ای (لوله سوراخ کوچک) به اتصالات فشار بالا (HP) و فشار پایین (LP) فرستنده منتهی می شود. برای سیالات جانبی پوسته{2}}خورنده، فرستنده باید دارای مهر و موم دیافراگم PTFE باشد یا برای جلوگیری از خوردگی سنسور از خطوط ضربه ای پر شده با مایع پرکننده سازگار استفاده کند.

ویژگی های کلیدی برای فرستنده DP عبارتند از:

محدوده: برای داشتن ΔP تمیز در 30-60٪ از کل مقیاس انتخاب شده است، که فضای سر را برای افزایش 100٪ به دلیل رسوب ایجاد می کند.

دقت: ± 0.1٪ از دهانه یا بهتر برای تشخیص تغییرات کوچک.

خروجی: سیگنال آنالوگ 4-20 میلی آمپر یا دیجیتال (HART، Foundation Fieldbus) برای کنترل سیستم.

کالیبراسیون: فرستنده با استفاده از یک ارتباط دستی یا با جداسازی و تخلیه هر دو پا، صفر شده و در جای خود کالیبره می شود.

سیستم کنترل توزیع شده کارخانه (DCS) یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) به طور مداوم خروجی فرستنده را می خواند. سیستم کنترل همچنین نرخ جریان سمت پوسته (از یک جریان سنج جداگانه) را اندازه گیری می کند و ΔP تنظیم شده را برای روند محاسبه می کند.

مرحله 3: فشار دیفرانسیل در طول زمان - روند اصلاح شد
سیستم کنترل مقدار ΔP تصحیح شده را در فواصل زمانی منظم (مثلاً ساعتی یا هر شیفت) ثبت می کند و آن را در نمودار روند نشان می دهد. خط مرجع افقی خط مبنا تمیز است. اپراتور یا مهندس تعمیر و نگهداری در طول روزها، هفته ها یا ماه ها به دنبال افزایش متوسط ​​و ثابتی است.

سوزن گیج فشار دیفرانسیل که به آرامی بالا می رود، داستان آرام و صادقانه ای از رشد لایه رسوب در داخل پوسته را بیان می کند. یک الگوی معمولی ممکن است به صورت زیر باشد:

3 ماه اول: ΔP در 5±% از خط پایه (عملیات تمیز).

ماه 3-6: ΔP به 10-15٪ بیش از سطح پایه افزایش می یابد (خسنگ اولیه، در این مرحله نیازی به مداخله نیست).

ماه 6-9: ΔP به 25-30٪ بالاتر از سطح پایه افزایش می یابد (خسنگ متوسط؛ تمیز کردن را ظرف 1-2 ماه آینده برنامه ریزی کنید).

ماه 10: ΔP 50% بالاتر از سطح پایه است (رسوب شدید؛ عملکرد ممکن است به خطر بیفتد؛ بلافاصله تمیز کنید).

مرحله 4: تشخیص شدت رسوب با استفاده از نرخ افزایش
اطلاعات تشخیصی نه تنها با مقدار ΔP مطلق بلکه با نرخ تغییر (مشتق اول) ارائه می شود:

سرعت ثابت و آهسته (مثلا . +2٪ در ماه) رسوب آهسته توسط سیلت ریز یا توسعه بیولوژیکی. یک برنامه تمیز کردن قابل پیش بینی می تواند ابداع شود (مثلا هر 12 ماه).

سرعت تسریع (به عنوان مثال، نرخ هر ماه افزایش می یابد) رسوب سریع توسط یک رسوب جدید (به عنوان مثال، تبلور گچ یا محصول یک واکنش شیمیایی) بررسی فوری و تمیز کردن ضروری است.

پرش ناگهانی (مثلاً. +20٪ در طول شب): یک قطعه بزرگ زباله یا واشر شل تا حدی مانع یک بافل یا دسته لوله شده است. رسوب کردن؟ خیر خرابی مکانیکی مبدل را برای بازرسی از سرویس خارج کنید.

نرخ فزاینده افزایش نشان دهنده افزایش مشکل رسوب است. این روند مبتنی بر داده{1}}برهانی عینی را برای برنامه‌ریزی یک تمیز کردن شیمیایی یا یک بسته مکانیکی، بهینه‌سازی زمان‌بندی و جلوگیری از خاموش شدن ناگهانی و برنامه‌ریزی نشده ارائه می‌کند.

دقت فنی: مفروضات و محدودیت های کلیدی
رویکرد روند فشار دیفرانسیل یک ابزار قوی است، اما بر اساس تعدادی از مفروضات است. وقتی این مفروضات معتبر نیستند، تفسیر روندها نادرست است.

نرخ جریان ثابت و خواص فیزیکی سیال
مهمترین شرط برای مقایسه با خط پایه ثابت نگه داشتن پارامترهای سرعت جریان پوسته و سیال (ویسکوزیته، چگالی) است. اگر سرعت جریان متفاوت باشد ΔP به عنوان تابعی از مجذور سرعت جریان متفاوت خواهد بود. فرمول تصحیح (ΔP ∝ flow²) برای جریان آشفته (عدد رینولدز > 10000) معتبر است که برای آب پوسته-یا هیدروکربن های سبک معمول است. برای جریان آرام یا انتقالی این رابطه پیچیده تر است.

به همین ترتیب تغییر دمای سیال باعث تغییر ویسکوزیته می شود که پیامد مستقیمی بر افت فشار دارد. ویسکوزیته آب با کاهش 10 درجه ای دما (مثلاً از 50 درجه به 40 درجه) حدود 30٪ افزایش می یابد و این امر حتی در صورت عدم وجود رسوب، ΔP را به میزان مشابهی افزایش می دهد. بنابراین، ΔP خط پایه باید در دمای معینی ثبت شود، یا اثر دما باید با رابطه ویسکوزیته{8}}شناخته دما جبران شود.

صفر کردن فرستنده و کالیبراسیون
اگر فرستنده DP از صفر خارج شود، روند نادرست را نشان می دهد. در فواصل منظم (معمولا ماهانه) و پس از هر گونه تعمیر و نگهداری در مبدل، فرستنده باید صفر شود (با مسدود کردن هر دو خط ضربه و تخلیه به اتمسفر). کالیبراسیون به دستگاه تست وزن مرده یا منبع فشار دقیق باید سالانه یا همانطور که توسط روش های کارخانه مشخص شده است انجام شود.

مسدود کردن خط ضربه
خطوط ضربه‌ای به فرستنده DP ممکن است برای سیالات جانبی پوسته‌ای که حاوی ذرات هستند یا می‌توانند جامد شوند (مانند تارها، هیدروکربن‌های مومی) مسدود شوند. یک خط مسدود شده یک قرائت ثابت و بدون پاسخ را نشان می دهد. خطوط ضربه ای باید شسته یا گرم شوند (برای سیالات چسبناک) تا مسیرها باز بماند. یا، یک فرستنده مهر و موم از راه دور با دیافراگم‌های هم سطح{6} نصب شده، خطوط ضربه را به طور کلی حذف می‌کند.

پیاده سازی عملی: تبدیل داده های خام به تصمیمات عملی
در اینجا روشی برای ادغام روند DP در یک برنامه تعمیر و نگهداری پیش بینی وجود دارد:

ΔP (تصحیح شده) افزایش تفسیر اقدام پیشنهادی
0-10% بالاتر از سطح پایه، رسوب نور تا تمیز نظارت هفتگی، بدون اقدام
10 تا 25 درصد بیش از سطح پایه آلودگی نور نظارت بر برنامه ریزی روزانه تمیز کردن 3 تا 6 ماه
رسوب متوسط ​​25 تا 50 درصد بالاتر از سطح پایه، برنامه ریزی برای تمیز کردن ظرف 1 تا 3 ماه، مواد شیمیایی تمیزکننده آماده یا طرح کشش بسته
50-100٪ بیش از سطح پایه رسوب سنگین برنامه تمیز کردن را در 2-4 هفته برنامه ریزی کنید. انتظار کاهش عملکرد 100٪ بیش از سطح پایه وجود گرفتگی شدید یا گرفتگی اکسچنجر باید در اسرع وقت از سرویس خارج شود. خرابی یا خرابی مکانیکی را بررسی کنید
اگر ΔP از آستانه هشدار از پیش تعریف شده (مثلاً. 40٪ بالاتر از خط پایه) فراتر رود، سیستم کنترل می‌تواند هشدار تعمیر و نگهداری را راه‌اندازی کند. اخطار نمودار روند و همچنین فوریت تمیز کردن محاسبه شده را نشان می دهد. سپس تیم تعمیر و نگهداری می تواند به جای توقف تولید، نظافت را در زمان توقف برنامه ریزی شده برنامه ریزی کند.

نتیجه گیری: مفیدترین سنسور تعمیر و نگهداری
قوی‌ترین، کمی و عینی‌ترین راه برای تشخیص و برنامه‌ریزی تمیز کردن مبدل حرارتی PTFE رسوب‌شده، ترسیم فشار تفاضل سمت پوسته در برابر یک خط پایه تمیز از پیش تعیین‌شده است. فرستنده فشار دیفرانسیل افزایش مقاومت رسوب را در زمان واقعی و با حساسیت بالا اندازه گیری می کند، مدت ها قبل از اینکه بتوان کاهش دمای خروجی را تشخیص داد. اپراتور نیروگاه می تواند رسوب و همچنین شدت و سرعت پیشرفت آن را با مقایسه ΔP اصلاح شده فعلی با خط پایه تمیز تشخیص دهد. این استراتژی مبتنی بر داده{3}}به شما کمک می‌کند تا تعمیر و نگهداری را برای بهترین زمان برنامه‌ریزی کنید، زمان خرابی را کاهش دهید و از خرابی‌های ناگهانی و برنامه‌ریزی نشده جلوگیری کنید.

ضروری ترین حسگر تعمیر و نگهداری، حسگر است که نامرئی، افزایش مقاومت را حس می کند. سنسور فرستنده فشار دیفرانسیل در سمت پوسته مبدل حرارتی PTFE است. خط روند صعودی ملایم آن داستان کامل رسوب پنهان را قبل از اینکه انتقال گرما را بدزدد یا روند را متوقف کند، بازگو می کند.