Hoe de dikte van een biofilm in een PTFE-warmtewisselaarbuis detecteren en meten?

Bij gebruik met warm rivierwater, gerecycled condensaat of voedingsrijke -processtromen kan er langzaam een ​​slijmerige biologische laag over de binnenbuiswanden van een PTFE-warmtewisselaar groeien. Deze biofilm is gewoonlijk onschadelijk in de vroege stadia van de vorming, aangezien de veranderingen in de drukval vrij klein zijn. De thermische prestaties kunnen echter snel verslechteren wanneer de levende laag een isolatiedeken vormt tussen de procesvloeistof en de buiswand. Die verborgen biologische laag kan nu direct in de warmtewisselaar worden gemeten met moderne inspectie-instrumenten, waardoor de onderhoudsplanning verandert van een schatting in een kwantitatieve analyse.

Het probleem bij het onderzoek van PTFE-wisselaarsbuizen voor het beoordelen van de dikte van biofilms is het detecteren van een zachte, transparante laag die slechts tientallen of honderden microns dik kan zijn, terwijl de wisselaar grotendeels intact is.

Waarom biofilm een ​​echt thermisch probleem is
Biofilms zijn populaties micro-organismen georganiseerd in een matrix van polymere stoffen die ze zelf produceren en die aan een oppervlak zijn gehecht.

Biofilms hebben de neiging zich op te hopen in de PTFE-wisselaarbuizen, wanneer:

Er is warm water

Beschikbare voedingsstoffen

Er zijn gebieden waar de stroom stagneert.

Ontwikkeling van oppervlaktebehandelingsfilms

De biologische laag kan:

Bacteriën

SCHIMMEL

Alg.

Biologische materie

Minerale granen

De afname van de thermische prestaties kan aanzienlijk zijn, zelfs voor relatief dunne biofilms, omdat biologisch materiaal een slechte thermische geleidbaarheid heeft in vergelijking met bewegend water.

Biofilm is vaak zacht en poreus, in tegenstelling tot harde minerale aanslag. Dit suggereert dat er mogelijk geen significante toename van de drukval in de wisselaar optreedt totdat de ernst van de groei hoog wordt.

Deze functie maakt het moeilijk om warmteafschrijving te detecteren met alleen typische hydraulische monitoring.

Waarom zich nog steeds biofilms kunnen vormen op PTFE-buizen
PTFE heeft een chemisch resistent, glad oppervlak dat vervuiling door talrijke stoffen voorkomt. Geen enkel industrieel warmtewisselaaroppervlak is echter vrij van biologische proliferatie.

Uiteindelijk kunnen conditioneringslagen op basis van organische moleculen ervoor zorgen dat micro-organismen zich aan de buiswand kunnen hechten.

Eenmaal ontwikkeld, kan de biofilm blijven groeien terwijl voedingsstoffen door de wisselaar gaan.

Biofilmontwikkeling komt vooral voor in systemen met:

Water voor koeling

Riolering

Terugwinning van condensaat

Water uit de rivier

Voedselverwerkingsstromen

Thermische circuits met laag debiet

De intrinsieke gladheid van PTFE-oppervlakken kan ervoor zorgen dat vroege biofilms visueel onopvallend zijn, maar toch een ernstige invloed hebben op de warmteoverdracht.

Waarom is de dikte van biofilm belangrijk?
Voortijdige reiniging van een warmtewisselaar is zonde:

Schoonmakers (huishoudelijk)

Water.

Pauzetijd

Arbeid 1.

Productiecapaciteit

Als u te lang wacht, kunt u het volgende krijgen:

hoog warmteverlies

Hoger energieverbruik

Besmetting biologisch

Lagere processtabiliteit

Hogere vervuilingsgraad

De directe meting van de biofilmdikte biedt een objectieve basis voor het plannen van onderhoud.

In plaats van alleen:

Neigingen van drukval

Veranderingen in de uitlaattemperatuur

Bedrijfsuren ca

In de wisselaar kan het onderhoudspersoneel de werkelijke dikte van de biologische laag beoordelen.

Dit leidt tot efficiëntere en data{0}}gestuurde schoonmaakbeslissingen.

Inspectie van optische coherentietomografie (OCT).
Optische coherentietomografie (OCT) is een van de modernste technieken voor het meten van de dikte van biofilms en de evaluatie van PTFE-wisselaarbuizen.

Hoe wordt OCT gedaan
OCT is een techniek waarbij gebruik wordt gemaakt van nabij-infraroodlicht om dwarsdoorsneden-afbeeldingen met hoge resolutie te verkrijgen van oppervlakken en semi-transparante materialen.

De technologie is analoog aan medische beeldvormingstechnologieën die worden gebruikt in de oogheelkunde en endoscopische diagnostiek.

Een kleine flexibele OCT-sonde wordt in een geïsoleerde en gereinigde wisselbuis gebracht

De sonde scant de binnenwand en de gereflecteerde lichtsignalen worden verwerkt om uitgebreide dwars-afbeeldingen te maken.

De biofilmlaag zien
Het OCT-systeem kan onderscheid maken tussen:

Buiswand van PTFE

Biofilmlaag

Vloeistof stromende interface

Deze aanpak levert uiterst duidelijke structurele beelden op omdat biofilms semi-doorschijnend zijn.

Een optische biopsie van de binnenkant van de buis kan worden uitgevoerd zonder de afzetting fysiek te verwijderen.

Dit gegenereerde beeld maakt een directe en nauwkeurige meting van de biofilmdikte mogelijk.

Resolutiemogelijkheden.
OCT-systemen hebben doorgaans een axiale resolutie van slechts enkele microns.

Dit maakt een eenvoudige detectie van biofilms dikker dan ongeveer 50 micron mogelijk.

In veel industriële systemen kunnen zelfs dunnere biologische lagen worden gedetecteerd voordat ernstige thermische achteruitgang optreedt.

Voordelen van OKT
Voordelen zijn onder meer:

Niet-destructieve meting

Hoge ruimtelijke resolutie

Live beeldvorming

Dikte meten

Wisselaar, minimale demontage van

Deze aanpak is met name nuttig voor onderzoeks-, farmaceutische, halfgeleider- en hoog{0}}zuivere processystemen waarbij het beheer van biofilms essentieel is.

Echografiemeting van de dikte van de biofilm
Ultrasone inspectie is een eenvoudigere en meer veld-bruikbare procedure.

Ultrasone principes
Hoogfrequente ultrasone golven worden door de PTFE-buiswand gestuurd.

Het akoestische geluid treft raakvlakken tussen materialen met verschillende dichtheden, waarbij een deel van het signaal terugkaatst naar de sensor.

Reflecties kunnen onder geschikte omstandigheden worden verkregen:

PTFE-wand

De laag biofilm

Het biofilmcontact met water

De timing en amplitude van het signaal kunnen soms worden geanalyseerd om de dikte van de biofilm te beoordelen.

Sonde-arrangementen
De ultrasone sonde wordt doorgaans op de buitenwand van de buis aangebracht en de wisselaar is geheel of gedeeltelijk ondergedompeld.

PTFE heeft een duidelijk akoestisch gedrag vergeleken met metalen en vereist een zorgvuldige kalibratie.

De beste gevoeligheid voor zachte biologische lagen wordt doorgaans bereikt met ultrasone meters die zijn aangepast aan hoge frequentie-immersie-.

Beperkingen
Uitdagingen bij ultrasone biofilmmetingen:

Zwak reflecterende gezonde, zachte biofilms

PTFE absorbeert ultrasone energie

Onregelmatige afzettingen zorgen voor luidruchtige signalen

Ondanks deze beperkingen zijn ultrasone technologieën om de volgende redenen wenselijk:

Sneller

Minimaal invasief

Lagere kosten

Mobieler

Ultrasone benaderingen kunnen voldoende nauwkeurig zijn voor onderhoudsbeslissingen voor routinematige veldscreening.

Betekenis van de reinheid en steriliteit van de sonde
Controlesondes moeten worden gereinigd of gesteriliseerd voordat ze in de wisselaar worden geplaatst.

Deze voorzorgsmaatregel helpt het volgende te voorkomen:

Kruisbesmetting

Introductie van vreemde micro-organismen

Verontreiniging van het proces

Microbiologische omstandigheden verstoord

De reinheid van de sonde is vooral belangrijk in farmaceutische, halfgeleider- of voedselproductieomgevingen.

Onjuiste omgang kan de procesintegriteit en meetbetrouwbaarheid beïnvloeden.

Toepassen van de gegevens voor het plannen van onderhoud
Metingen over meerdere buizen geven een realistischer beeld van de toestand van de wisselaar.

De groei van biofilm is zelden consistent over de bundel.

Gebieden die een hoger risico op vervuiling lijken te hebben, zijn vaak:

Gebieden met lage snelheid

Dode zones

Hotspots

Inlaatstoringen

Door de trend van de biofilmdikte in de loop van de tijd te monitoren, kunnen onderhoudsschema’s effectiever worden geoptimaliseerd.

Voordelen:

Minder schoonmaak dat niet nodig is

Verminderd chemicaliënverbruik

Verbeterde warmteoverdrachtsprestaties

Verbeterde beschikbaarheid van wisselaars

• Lagere operationele kosten

De keuze om onderhoud uit te voeren is op bewijs-gebaseerd en niet reactief.

Relatie tussen biofilmdikte en thermische prestaties
Biofilms kunnen fungeren als thermische isolatielagen.

Bij toenemende dikte:

De thermische weerstand neemt toe

Vermindert de warmteoverdrachtscoëfficiënt

De efficiëntie van de wisselaar daalt

Omdat biologisch materiaal een slechte warmtegeleider is, kunnen zelfs relatief dunne biologische films aanzienlijke thermische schade veroorzaken.

Daarom is het verband tussen de dikte van de biofilm en de achteruitgang door hitte over het algemeen niet-lineair.

Het tijdig opsporen van het probleem helpt voorkomen dat de wisselaar zo vervuild raakt dat de prestaties eronder lijden.

Toekomst van in-Situ-diagnose van aangroei
Er worden inspectiemethoden ontwikkeld die de mogelijkheid verbeteren om vervuiling van de wisselaar te evalueren zonder de apparatuur buiten gebruik te stellen.

Mogelijke toekomstige ontwikkelingen zijn onder meer:

Geautomatiseerde robotbuisscanners

Bewaking in de optiek

Ingebouwde biosensoren

Vervuilingsanalyse met AI-assistentie

Live Exchanger-gezondheidskaarten

Naarmate onderhoudssystemen voorspellender worden, kan directe in-situ biofilmbeoordeling een gebruikelijk onderdeel worden van het beheer van industriële warmtewisselaars.

Samenvatting
biofilmvorming in de buizen van PTFE-warmtewisselaars genereert een verborgen thermische weerstand die de efficiëntie van de wisselaar drastisch kan verminderen, lang voordat veranderingen in de drukval merkbaar worden. Dergelijke biologische afzettingen kunnen nu rechtstreeks in-situ worden geëvalueerd met behulp van technieken zoals optische coherentietomografie en specifiek ultrasoon onderzoek.

Het meetonderzoek van de biofilmdikte van de PTFE-wisselaarbuis biedt een kwantitatieve basis voor de planning van onderhoud, waardoor beslissingen over reiniging kunnen worden genomen op basis van de werkelijke accumulatie van afzettingen, in plaats van op basis van aannames of vaste intervallen. OCT-technologieën kunnen biofilms met een micronresolutie in beeld brengen en de verschillende biofilmlagen scheiden. Ultrasone technieken zijn eenvoudiger en kunnen in het veld worden gebruikt voor continue monitoring.

Het kwantificeren van de vervuilingsbeoordeling als diagnostische procedure maakt het mogelijk de reiniging van de wisselaar te optimaliseren om de thermische efficiëntie te behouden en onnodig chemicaliëngebruik en uitvaltijd te verminderen. De kennis van de biologische laagdikte initieert doorgaans de regulatie van de biologische laag bij thermisch onderhoud.