Hvordan opdager og måler man tykkelsen af ​​en biofilm inde i et PTFE varmevekslerrør?

Når det bruges sammen med varmt flodvand, genbrugskondensat eller-næringsrige processtrømme, kan et slimet biologisk lag langsomt vokse over de indre rørvægge i en PTFE-varmeveksler. Denne biofilm er normalt uskadelig i de tidlige stadier af dannelsen, da ændringerne i trykfaldet er ganske små. Den termiske ydeevne kan dog hurtigt forringes, når det levende lag danner et isoleringstæppe mellem procesvæsken og rørvæggen. Det skjulte biologiske lag kan nu måles direkte inde i veksleren med moderne inspektionsinstrumenter, hvilket ændrer vedligeholdelsesplanlægningen fra en estimering til en kvantitativ analyse.

Problemet ved undersøgelse af PTFE-vekslerrør til vurdering af biofilmtykkelse er at detektere et blødt, gennemsigtigt lag, der kun kan være ti eller hundredevis af mikrometer tykt, mens veksleren for det meste er intakt.

Hvorfor biofilm er et reelt termisk problem
Biofilm er populationer af mikroorganismer organiseret i en matrix af polymere stoffer, som de selv fremstiller, og som er knyttet til en overflade.

Biofilm har en tendens til at akkumulere i PTFE-vekslerrør, når:

Der er varmt vand

Tilgængelige næringsstoffer

Der er områder med flowstagnation.

Udvikling af overfladebehandlingsfilm

Det biologiske lag kan have:

Bakterie

SVAMP

Alga.

Biologisk stof

Mineralske korn

Faldet i termisk ydeevne kan være betydeligt selv for relativt tynde biofilm, da biologisk materiale har dårlig varmeledningsevne sammenlignet med vand i bevægelse.

Biofilm er ofte blød og porøs, i modsætning til hård mineralskala. Dette tyder på, at der muligvis ikke vil være signifikante stigninger i vekslerens trykfald, før sværhedsgraden af ​​væksten bliver høj.

Denne funktion gør det vanskeligt at detektere varmetab med typisk hydraulisk overvågning alene.

Hvorfor der stadig kan dannes biofilm på PTFE-rør
PTFE har en kemisk resistent, glat overflade, som forhindrer tilsmudsning med talrige stoffer. Imidlertid er ingen industriel varmeveksleroverflade fri for biologisk spredning.

Til sidst kunne konditioneringslag baseret på organiske molekyler tillade mikroorganismer at binde sig til rørvæggen.

Når først den er udviklet, kan biofilmen fortsætte med at vokse, efterhånden som næringsstoffer passerer gennem veksleren.

Biofilmudvikling er især udbredt i systemer med:

Vand til afkøling

Spildevand

Genvinding af kondensat

Vand fra floden

Fødevareforarbejdningsstrømme

Termiske kredsløb med lavt flow

Den iboende glathed af PTFE-overflader kan tillade tidlige biofilm at være visuelt upåfaldende, men ikke desto mindre alvorligt påvirke varmeoverførslen.

Hvorfor har biofilmtykkelsen betydning?
For tidlig rengøring af en varmeveksler spildt:

Rengøringsmidler (husholdning)

Vand.

Pause tid

Arbejde 1.

Produktionskapacitet

Hvis du venter for længe kan du få:

højt varmetab

Højere energiforbrug

Forurening biologisk

Lavere processtabilitet

Højere rate af begroning

Den direkte måling af biofilmtykkelse giver et objektivt grundlag for planlægning af vedligeholdelse.

I stedet for bare:

Tendenser til tryktab

Ændringer i udgangstemperaturen

Driftstimer ca

Inde i veksleren er vedligeholdelsespersonalet i stand til at vurdere den reelle tykkelse af det biologiske lag.

Dette fører til mere effektive og datadrevne-rengøringsbeslutninger.

Optisk kohærenstomografi (OCT) Inspektion
Optisk kohærenstomografi (OCT) er en af ​​de mest moderne teknikker til biofilmtykkelsesmåling af PTFE-vekslerrørevaluering.

Hvordan foregår OKT
OCT er en teknik, der bruger nær-infrarødt lys til at opnå tværsnitsbilleder i høj opløsning- af overflader og semi-gennemsigtige materialer.

Teknologien er analog med medicinsk billeddannelsesteknologier, der anvendes i oftalmologi og endoskopisk diagnostik.

En lille, fleksibel OCT-sonde indføres i et isoleret og renset vekslerrør

Sonden scanner den indre væg, og de reflekterede lyssignaler behandles for at opbygge omfattende tværsnitsbilleder.

At se biofilmlaget
OLT-systemet kan differentiere:

Rørvæg af PTFE

Biofilm lag

Væskestrømmende grænseflade

Fremgangsmåden genererer ekstremt klare strukturelle billeder, fordi biofilm er semi-gennemskinnelige.

En optisk biopsi af indersiden af ​​røret kan udføres uden fysisk at fjerne aflejringen.

Dette genererede billede tillader direkte og nøjagtig måling af biofilmtykkelse.

Opløsningsevner.
OCT-systemer har typisk en aksial opløsning på kun nogle få mikron.

Dette muliggør let påvisning af biofilm, der er tykkere end ca. 50 mikron.

I mange industrielle systemer kan endnu tyndere biologiske lag detekteres, før der opstår alvorlig termisk forringelse.

Fordele ved OCT
Fordelene omfatter:

Ikke-destruktiv måling

Høj rumlig opløsning

Live billeddannelse

Måling af tykkelse

Veksler, minimum afmontering af

Denne tilgang er især nyttig til forsknings-, farmaceutiske, halvleder- og processystemer med høj-renhed, hvor biofilmhåndtering er afgørende.

Ultralydsmåling af biofilmtykkelse
Ultralydsinspektion er en enklere og mere- brugbar procedure.

Ultralydsprincipper
Højfrekvente ultralydsbølger sendes gennem PTFE-rørvæggen.

Den akustiske lyd rammer grænseflader mellem materialer med forskellige tætheder, hvor en del af signalet hopper tilbage mod sensoren.

Refleksioner kan opnås under passende forhold:

PTFE væg

Laget af biofilm

Biofilmens kontakt med vand

Timingen og amplituden af ​​signalet kan nogle gange analyseres for at vurdere tykkelsen af ​​biofilm.

Sondearrangementer
Ultralydssonden påføres generelt på rørets ydre væg, og veksleren er helt eller delvist nedsænket.

PTFE har en distinkt akustisk adfærd sammenlignet med metaller og kræver omhyggelig kalibrering.

Den bedste følsomhed for bløde biologiske lag opnås normalt med højfrekvente nedsænknings-tilpassede ultralydsmålere.

Begrænsninger
Udfordringer i ultralyds biofilmmåling:

Afspejler svagt lydbløde biofilm

PTFE absorberer ultralydsenergi

Uregelmæssige aflejringer giver støjende signaler

På trods af disse begrænsninger er ultralydsteknologier ønskelige af følgende årsager:

Hurtigere

Minimalt invasiv

Reducerede omkostninger

Mere mobil

Ultralydstilgange kan være tilstrækkeligt nøjagtige til at træffe beslutninger om vedligeholdelse til rutinemæssig feltscreening.

Betydningen af ​​sonderens renhed og sterilitet
Kontrolprober skal renses eller steriliseres før indsættelse i veksleren.

Denne forholdsregel hjælper med at forhindre:

Krydskontaminering

Introduktion af fremmede mikro-organismer

Forurening af processen

Mikrobiologiske forhold forstyrret

Probens renlighed er især vigtig i farmaceutiske miljøer, halvledere eller fødevarefremstillingsmiljøer.

Forkert håndtering kan påvirke procesintegritet og målepålidelighed.

Anvendelse af data til planlægning af vedligeholdelse
Målinger taget på tværs af adskillige rør giver et mere realistisk billede af vekslerens tilstand.

Biofilmvækst er sjældent konsistent over bundtet.

Områder, der ser ud til at have en højere begroningsrisiko er ofte:

Områder med lav hastighed

Døde zoner

Hotspots

Indløbsforstyrrelser

Overvågning af tendensen i biofilmtykkelsen over tid kan hjælpe med at optimere vedligeholdelsesplaner mere effektivt.

Fordele:

Mindre rengøring, der ikke er nødvendig

Reduceret kemikalieforbrug

Forbedret varmeoverførselsydelse

Forbedret tilgængelighed af vekslere

• Lavere driftsomkostninger

Valget om at udføre vedligeholdelse er bevis-baseret, ikke reaktivt.

Forholdet mellem biofilmtykkelse og termisk ydeevne
Biofilm kan fungere som varmeisoleringslag.

Med stigende tykkelse:

Termisk modstand øges

Reducerer varmeoverførselskoefficienten

Vekslereffektiviteten falder

Da biologisk materiale er en dårlig varmeleder, kan selv relativt tynde biologiske film inducere betydelig termisk straf.

Derfor er sammenhængen mellem biofilmtykkelse og varmeforringelse generelt ikke-lineær.

At finde problemet tidligt hjælper med at forhindre, at veksleren bliver så tilsmudset, at ydeevnen lider.

Future of In{0}}Situ-diagnose af begroning
Inspektionsmetoder er ved at blive udviklet, der forbedrer muligheden for at vurdere vekslertilsmudsning uden at tage udstyr ud af drift.

Mulige fremtidige udviklinger inkluderer:

Automatiserede robotrørscannere

Overvågning i det optiske

Indlejrede biosensorer

Begroningsanalyse med AI-assistance

Live exchanger sundhedskort

Efterhånden som vedligeholdelsessystemer bliver mere forudsigelige, kan direkte in{0}}biofilmvurdering blive en almindelig del af industriel varmevekslerstyring.

Oversigt
biofilmdannelse inde i PTFE-varmevekslerrør genererer en skjult termisk modstand, der drastisk kan forringe vekslerens effektivitet længe før ændringer i trykfald bliver mærkbare. Sådanne biologiske aflejringer kan nu evalueres direkte in-situ ved hjælp af teknikker såsom optisk kohærenstomografi og specifik ultralydsundersøgelse.

Måleundersøgelsen af ​​PTFE-vekslerrørets biofilmtykkelse giver et kvantitativt grundlag for planlægningen af ​​vedligeholdelse, hvilket gør det muligt at træffe beslutninger om rengøring på grundlag af reel akkumulering af aflejringer, snarere end på antagelser eller faste intervaller. OCT-teknologier kan afbilde biofilm med mikronopløsning og adskille de forskellige lag af biofilm. Ultralydsteknikker er enklere og kan bruges i felten til kontinuerlig overvågning.

Kvantificering af tilsmudsningsvurdering som en diagnostisk procedure giver mulighed for optimering af vekslerens rengøring for at opretholde termisk effektivitet og reducere unødvendig brug af kemikalier og nedetid. Kendskabet til den biologiske lagtykkelse igangsætter typisk reguleringen af ​​det biologiske lag i termisk vedligeholdelse.