Как да открием и измерим дебелината на биофилм в PTFE топлообменна тръба?

Когато се използва с топла речна вода, рециклиран кондензат или богати на-хранителни вещества процесни потоци, мазен биологичен слой може бавно да нарасне върху стените на вътрешната тръба на PTFE топлообменник. Този биофилм обикновено е безвреден в ранните етапи на образуване, тъй като промените в спада на налягането са съвсем незначителни. Въпреки това, топлинните характеристики могат да се влошат бързо, когато живият слой образува изолиращо покритие между технологичния флуид и стената на тръбата. Този скрит биологичен слой вече може да бъде измерен директно вътре в обменника с модерни инструменти за проверка, променяйки планирането на поддръжката от оценка към количествен анализ.

Проблемът при изследването на PTFE обменната тръба за оценка на дебелината на биофилма е да се открие мек, прозрачен слой, който може да е с дебелина само десетки или стотици микрони, докато топлообменникът е почти непокътнат.

Защо биофилмът е истински топлинен проблем
Биофилмите са популации от микроорганизми, организирани в матрица от полимерни вещества, които те самите произвеждат и които са прикрепени към повърхността.

Биофилмите са склонни да се натрупват в PTFE обменните тръби, когато:

Има топла вода

Налични хранителни вещества

Има зони на стагнация на потока.

Разработване на филми за кондициониране на повърхността

Биологичният слой може да има:

Бактерии

ГЪБИЧКИ

водорасли.

Биологична материя

Минерални зърна

Намаляването на топлинните характеристики може да бъде значително дори за относително тънки биофилми, тъй като биологичният материал има лоша топлопроводимост в сравнение с движещата се вода.

Биофилмът често е мек и порест, за разлика от твърдия минерален котлен камък. Това предполага, че може да няма значителни увеличения на спада на налягането в обменника, докато тежестта на растежа не стане висока.

Тази функция затруднява откриването на топлинна амортизация само с типичен хидравличен мониторинг.

Защо биофилмите все още могат да се образуват върху PTFE тръби
PTFE има химически устойчива, гладка повърхност, която предотвратява замърсяването от множество вещества. Въпреки това нито една промишлена повърхност на топлообменник не е свободна от биологично разпространение.

В крайна сметка кондициониращите слоеве на базата на органични молекули могат да позволят на микроорганизмите да се прикрепят към стената на тръбата.

Веднъж развит, биофилмът може да продължи да расте, докато хранителните вещества преминават през обменника.

Развитието на биофилм е особено разпространено в системи с:

Вода за охлаждане

Канализация

Възстановяване на кондензат

Вода от реката

Потоци за обработка на храни

Термични вериги с нисък дебит

Вътрешната гладкост на PTFE повърхностите може да позволи на ранните биофилми да бъдат визуално незабележими, но въпреки това силно въздейства върху преноса на топлина.

Защо дебелината на биофилма има значение?
Преждевременното почистване на топлообменника се губи:

Почистващи препарати (домакински)

вода.

Време за почивка

Труд 1.

Производствен капацитет

Ако чакате твърде дълго, можете да получите:

висока загуба на топлина

По-високо потребление на енергия

Биологично замърсяване

По-ниска стабилност на процеса

По-висок процент на замърсяване

Директното измерване на дебелината на биофилма дава обективна основа за планиране на поддръжка.

Вместо просто:

Тенденции за спад на налягането

Промени в температурата на изхода

Работно време прибл

Вътре в обменника персоналът по поддръжката може да оцени реалната дебелина на биологичния слой.

Това води до по-ефективни и базирани на данни{0}}решения за почистване.

Инспекция с оптична кохерентна томография (OCT).
Оптичната кохерентна томография (OCT) е една от най-модерните техники за измерване на дебелината на биофилм, оценка на PTFE обменна тръба.

Как се прави OCT
OCT е техника, която използва близка-инфрачервена светлина за получаване на напречни-снимки с висока разделителна способност на повърхности и полу-прозрачни материали.

Технологията е аналогична на технологиите за медицински изображения, използвани в офталмологията и ендоскопската диагностика.

Малка гъвкава OCT сонда се вкарва в изолирана и почистена топлообменна тръба

Сондата сканира вътрешната стена и отразените светлинни сигнали се обработват, за да се изградят изчерпателни изображения на напречно-сечение.

Виждане на слоя биофилм
OCT системата може да разграничи:

Тръбна стена от PTFE

Слой биофилм

Течен интерфейс

Подходът генерира изключително ясни структурни изображения, тъй като биофилмите са полу{0}}прозрачни.

Оптична биопсия на вътрешността на тръбата може да се извърши без физическо отстраняване на отлаганията.

Това генерирано изображение позволява директно и точно измерване на дебелината на биофилма.

Възможности за разделителна способност.
OCT системите обикновено имат аксиална разделителна способност от само няколко микрона.

Това позволява лесно откриване на биофилми, по-дебели от приблизително 50 микрона.

В много промишлени системи дори по-тънки биологични слоеве могат да бъдат открити, преди да настъпи сериозно термично влошаване.

Ползи от OCT
Предимствата включват:

Не{0}}разрушително измерване

Висока пространствена разделителна способност

Живо изображение

Измерване на дебелина

Топлообменник, минимален демонтаж на

Този подход е особено полезен за изследователски, фармацевтични, полупроводникови и високо{0}}чисти процесни системи, където управлението на биофилма е от съществено значение.

Ултразвуково измерване на дебелината на биофилма
Ултразвуковата инспекция е по-проста и поле{0}}използваема процедура.

Ултразвукови принципи
Високочестотните ултразвукови вълни се изпращат през стената на PTFE тръбата.

Акустичният звук удря интерфейсите между материали с различна плътност, като част от сигнала отскача обратно към сензора.

Отражения могат да бъдат получени при подходящи условия:

PTFE стена

Слоят от биофилм

Контактът на биофилма с вода

Времето и амплитудата на сигнала понякога могат да бъдат анализирани, за да се оцени дебелината на биофилма.

Устройство на сондата
Ултразвуковата сонда обикновено се прилага към външната стена на тръбата, а топлообменникът е изцяло или частично потопен.

PTFE има различно акустично поведение в сравнение с металите и изисква внимателно калибриране.

Най-добрата чувствителност за меки биологични слоеве обикновено се постига с високочестотни потапящи-ултразвукови измервателни уреди.

Ограничения
Предизвикателства при ултразвуковото измерване на биофилм:

Слабо отразяващи звука меки биофилми

PTFE абсорбира ултразвукова енергия

Нередовните отлагания осигуряват шумни сигнали

Независимо от тези ограничения, ултразвуковите технологии са желателни поради следните причини:

По-бързо

Минимално инвазивен

Намален разход

По-мобилен

Ултразвуковите подходи могат да бъдат достатъчно точни за вземане на решения за поддръжка за рутинен полеви скрининг.

Значение на чистотата и стерилността на сондата
Контролните сонди трябва да бъдат почистени или стерилизирани преди поставяне в обменника.

Тази предпазна мярка помага за предотвратяване на:

Кръстосано замърсяване

Въвеждане на чужди микро{0}}организми

Замърсяване на процеса

Нарушени микробиологични условия

Чистотата на сондата е особено важна във фармацевтични, полупроводникови или хранителни среди.

Неправилното боравене може да повлияе на целостта на процеса и надеждността на измерването.

Прилагане на данните за планиране на поддръжката
Измерванията, направени в множество тръби, дават по-реалистична картина на състоянието на топлообменника.

Растежът на биофилма рядко е последователен върху снопа.

Зоните, които изглежда имат по-висок риск от замърсяване, често са:

Зони с ниска скорост

Мъртви зони

Горещи точки

Смущения на входа

Наблюдението на тенденцията на дебелината на биофилма във времето може да помогне за по-ефективното оптимизиране на графиците за поддръжка.

Предимства:

По-малко почистване, което не е необходимо

Намалена консумация на химикали

Подобрена производителност на топлопренос

Подобрена наличност на обменници

• По-ниски оперативни разходи

Изборът за извършване на поддръжка се основава-на доказателства, а не на реакция.

Връзка между дебелината на биофилма и топлинните характеристики
Биофилмите могат да действат като топлоизолационни слоеве.

С увеличаване на дебелината:

Термичното съпротивление се увеличава

Намалява коефициента на топлопреминаване

Ефективността на обменника пада

Тъй като биологичният материал е лош проводник на топлина, дори относително тънки биологични филми могат да предизвикат значително топлинно наказание.

Следователно връзката между дебелината на биофилма и влошаването на топлината обикновено не е-линейна.

Ранното откриване на проблема помага да се предотврати замърсяването на обменника до такава степен, че производителността да пострада.

Бъдещето на in{0}}диагностиката на замърсяване на място
Разработват се методи за проверка, които подобряват способността за оценка на замърсяването на топлообменника, без да се извежда оборудването от експлоатация.

Възможните бъдещи развития включват:

Автоматизирани роботизирани тръбни скенери

Мониторинг в оптиката

Вградени биосензори

Анализ на замърсяването с AI Assistance

Здравни карти на обменника на живо

Тъй като системите за поддръжка стават все по-предсказуеми, директната-оценка на биофилма на място може да се превърне в обичайна част от управлението на индустриалния топлообменник.

Резюме
образуването на биофилм вътре в PTFE топлообменните тръби генерира скрито термично съпротивление, което може драстично да влоши ефективността на обменника много преди промените в спада на налягането да станат забележими. Такива биологични отлагания сега могат да бъдат оценени директно in-situ с помощта на техники като оптична кохерентна томография и специфично ултразвуково изследване.

Изследването на измерването на дебелината на биофилма на PTFE обменната тръба осигурява количествена основа за планиране на поддръжката, което позволява решенията за почистване да се вземат на базата на реално натрупване на отлагания, а не на предположения или фиксирани интервали. OCT технологиите могат да изобразяват биофилм с микронна резолюция и да разделят различните слоеве на биофилма. Ултразвуковите техники са по-прости и могат да се използват на място за непрекъснат мониторинг.

Количествената оценка на замърсяването като диагностична процедура позволява оптимизиране на почистването на топлообменника, за да се поддържа топлинна ефективност и да се намали ненужното използване на химикали и времето на престой. Познаването на дебелината на биологичния слой обикновено инициира регулирането на биологичния слой при термична поддръжка.