Кожухотрубный теплообменник из ПТФЭ работает, и есть подозрение на небольшую внутреннюю утечку в трубке. Традиционный подход заключается в остановке процесса, опорожнении установки и проведении испытания под давлением. Но чувствительная портативная тепловизионная камера, направленная на внешнюю сторону металлического корпуса, часто может увидеть невидимый тепловой призрак утечки, пока теплообменник еще работает. Холодная жидкость, вырывающаяся из точечного отверстия внутри трубки, создает локальное, аномально холодное пятно на внешней стенке раковины, характерное прохладное пятно в море, в остальном однородном теплом.
Как тепловидение выявляет скрытую утечку в трубке
Принцип, лежащий в основетепловизионный течеискатель теплообменник из ПТФЭдиагноз простой. В типичном кожухотрубном теплообменнике две жидкости разделены стенками труб. Сторона трубы несет одну жидкость (часто более горячий или холодный технологический поток), а сторона корпуса несет другую жидкость. Внешняя поверхность корпуса обычно имеет гладкий, относительно однородный температурный профиль с небольшими изменениями, вызванными расположением перегородок, входными/выходными патрубками и естественной конвекцией.
Когда в одной трубке из ПТФЭ возникает точечная утечка или трещина, жидкость внутри этой трубки выходит в сторону корпуса. Если жидкость со стороны трубки находится под более высоким давлением (что обычно предотвращает загрязнение со стороны корпуса), вытекающая жидкость выбрасывается из отверстия и попадает на соседние трубки или непосредственно на внутреннюю стенку корпуса. Этот локализованный поток жидкости имеет температуру, отличную от температуры основной жидкости со стороны оболочки. Разница температур может составлять от 2–5 градусов до 20–30 градусов, в зависимости от процесса.
Металлическая стенка корпуса очень эффективно проводит тепло. Область, где вытекающая жидкость касается внутренней поверхности оболочки, быстро принимает температуру, близкую к температуре вытекающей жидкости. Снаружи чувствительная тепловизионная камера (также называемая инфракрасной или ИК-камерой) обнаруживает это каклокализованное, постоянное холодное пятно(или горячая точка, если вытекающая жидкость горячее, чем жидкость со стороны корпуса). Пятно обычно небольшое-всего несколько сантиметров в диаметре-и его точное местоположение соответствует точке, где струя попадает внутрь оболочки.
Выполнение теплового сканирования: пошаговая полевая процедура
Тепловидение — это неинвазивный и быстрый метод, который можно выполнять, пока теплообменник работает на полную мощность, без слива жидкости или сброса давления в системе. Рекомендуется следующая процедура:
1. Подготовьте поверхность теплообменника.
Внешняя поверхность корпуса должна быть чистой, сухой и свободной от изоляции (по крайней мере, в области сканирования). Утеплитель можно временно снять с полосы или небольшого окна. Любая грязь, масло или вода на поверхности корпуса могут создать ложные тепловые отражения или скрыть истинную температуру. Достаточно быстрого протирания сухой тканью.
2. Выберите подходящую тепловизионную камеру.
Рекомендуется использовать тепловизионную камеру высокого разрешения с тепловой чувствительностью (NETD) менее или равной 0,05 градуса (50 мК). Более дешевые камеры (например, с чувствительностью 0,10 градуса) по-прежнему могут обнаруживать более крупные утечки, но не пропускают незначительные различия температур. Камера должна иметь поле зрения, соответствующее размеру теплообменника; стандартная линза с углом обзора 24 градуса подходит для большинства диаметров корпуса (300–1000 мм). Коэффициент излучения следует установить на уровне 0,95 для окрашенной или слегка ржавой углеродистой стали или на уровне 0,85 для блестящей нержавеющей стали.
3. Сканируйте всю внешнюю поверхность корпуса.
Оператор стоит на безопасном расстоянии и медленно поворачивает камеру по длине корпуса, по возможности охватывая всю окружность. Выполняется несколько проходов, уделяя особое внимание участкам рядом с вырезами перегородок и трубными решетками, поскольку струи утечек часто попадают в эти места. Сканирование должно занять 5–10 минут для типичного теплообменника длиной 3 метра.
4. Определите локализованные тепловые аномалии.
В нормально работающем, исправном теплообменнике температура внешнего корпуса выглядит как постепенный градиент: -охлаждение вблизи входа охлаждающей жидкости и повышение температуры возле выхода. Утечка в трубке создаетострое, локализованное, круглое или овальное холодное пятноэто не соответствует естественному градиенту. Обычно в этом месте есть:
Температура, которая на 1–5 градусов (или более) отличается от температуры окружающей оболочки в том же осевом положении.
Четко очерченная граница, часто с концентрическим «ореолом» промежуточной температуры.
Фиксированное положение, которое не перемещается при изменении технологических потоков (в отличие от временных эффектов турбулентности).
Тепловизионная камера видит призрачный, холодный след скрытой утечки, окрашенный в виде темного прохладного синяка на теплой оболочке стального корпуса.
5. Документируйте и сравнивайте
Тепловое изображение сохранено. При обнаружении подозрительного холодного места его местоположение отмечают на скорлупе мелом или перманентным маркером. То же место сканируется повторно через 15–30 минут. Если холодная точка сохраняется и остается в том же месте, диагноз усиливается. Временные тепловые аномалии (например, из-за проходящего пузырька пара или местного сквозняка) быстро исчезнут.
6. Подтвердите целевым испытанием под давлением.
Тепловидение – этоскринингинструмент. Оно не заменяет испытание под давлением. Тем не менее, он обеспечивает точное место предполагаемой утечки. Во время планового отключения корпус опорожняется, подозрительная зона отмечается, и соответствующая(ые) трубка(и) может быть подвергнута индивидуальному испытанию под давлением (например, закупориванием одного конца и подачей воздуха под давлением при погружении в воду или с использованием мыльного раствора). Тепловое изображение направляет техника непосредственно к протекающей трубке или, по крайней мере, к небольшой группе трубок, что экономит часы слепого тестирования.
Когда тепловидение работает лучше всего?
Методика не является универсальной. Лучше всего он работает при следующих условиях:
Значительная разница температур между жидкостями на стороне трубки и на стороне корпуса. A difference of at least 5°C (preferably >10 градусов) создает четкий тепловой контраст. Если обе жидкости имеют почти одинаковую температуру, тепловая сигнатура утечки невидима.
Жидкость со стороны трубки под более высоким давлением.Это гарантирует, что вытекающая жидкость выбрасывается с достаточной скоростью, чтобы достичь стенки корпуса. Если сторона корпуса находится под более высоким давлением, утечка будет внутрь (жидкость корпуса попадает в трубку), и тепловая сигнатура может находиться на поверхности трубной решетки, а не на внешней стороне корпуса.
Чистая, неизолированная поверхность корпуса.Изоляция действует как тепловое одеяло, сглаживая локальные перепады температур. С полосы необходимо снять изоляцию. Однако некоторые тонкие изоляционные материалы низкой плотности (например, минеральная вата) по-прежнему обеспечивают достаточную теплопроводность к поверхности для обнаружения крупных утечек.
Стационарный режим работы.Перед сканированием обменник должен находиться в нормальных рабочих условиях не менее 30 минут. Переходные процессы при запуске вызывают множество тепловых аномалий, которые можно принять за утечки.
Практические примеры и ограничения
Пример 1: Охлаждение горячего рассола охлаждающей водой
Теплообменник из ПТФЭ охлаждает горячий рассол (85 градусов) со стороны трубы охлаждающей водой (25 градусов) со стороны корпуса. В трубке возникает утечка. Охлаждающая вода с температурой 25 градусов просачивается в рассол с температурой 85 градусов, но направление утечки внутрь (от кожуха к трубке). Внешняя поверхность оболочки остается при повышенной температуре, поскольку охлаждающая вода не попадает на стенки оболочки. Тепловизионное изображение внешней оболочки корпусанетобнаружить эту утечку, поскольку вытекающая жидкость не касается корпуса. Вместо этого оператору придется сканировать поверхность трубной решетки или трубопровод, соединенный со стороной трубы. Это подчеркивает важность понимания направления потока и перепада давления.
Пример 2: Конденсатор со стороной холодной трубы
Теплообменник из ПТФЭ конденсирует горячий пар (120 градусов) на стороне корпуса, а холодную охлаждающую воду (30 градусов) на стороне трубки под более высоким давлением. Трубка протекает, и из отверстия вырывается струя холодной воды, попадая внутрь корпуса. На внешней поверхности скорлупы имеется отчетливое устойчивое холодное пятно, температура которого на 5 градусов ниже температуры окружающей скорлупы. Это идеальное приложение для тепловидения.
Пример 3: Небольшая утечка, большой теплообменник
Очень небольшая утечка (например, точечное отверстие < 0,5 мм) может обеспечить лишь небольшую скорость потока. Струя может не достигать стенки оболочки; вместо этого он может быть унесен потоком со стороны оболочки и испариться или перемешаться перед столкновением. В таких случаях на оболочке не возникает обнаруживаемой тепловой аномалии. Методика имеет предел чувствительности; для обнаружения очень небольших утечек может потребоваться обычное испытание под давлением.
Преимущества перед традиционными методами
| Аспект | Традиционное испытание давлением | Тепловизионное изображение |
|---|---|---|
| Прерывание процесса | Требуется (отключение, слив) | Нет (онлайн) |
| Время ставить диагноз | Часы в дни | Минуты |
| Точность определения места утечки | Низкий (часто только какой ряд трубной решетки) | Высокий (можно определить зону поражения) |
| Стоимость оборудования | Низкий (манометр, насос) | Умеренный (тепловизионная камера: 5–5–30 тыс.) |
| Уровень навыков | Низкий | Умеренный (интерпретация тепловых изображений) |
| Безопасность | Требуется работа с жидкостями под давлением. | Нет контакта – нет опасности |
Для заводов, которые уже имеют тепловизионную камеру (используемую для электрических проверок, обследований огнеупоров или другого профилактического обслуживания), дополнительные затраты на ее использование для обнаружения утечек равны нулю. Время, сэкономленное за счет предотвращения ненужного отключения-или значительного сокращения продолжительности простоя для целевого ремонта-, быстро оправдывает вложения.
Лучшие практики и распространенные ошибки
Не полагайтесь на одно сканирование.Окружающий ветер, солнечная нагрузка и близлежащие горячие поверхности могут создавать ложные прохладные места. Сканируйте в разное время дня или под разными углами.
Немедленно отметьте подозрительное место.Используйте непостоянный маркер на ракушке. Сделайте фотографию в видимом свете вместе с тепловым изображением, чтобы сопоставить их.
Учитывайте геометрию перегородки.Струи утечек часто попадают в корпус прямо напротив выреза перегородки, поскольку путь потока проходит вокруг края перегородки. Уделите этим местам особое внимание.
Используйте дифференциальный температурный анализ.Многие тепловизионные камеры могут отображать разницу температур между контрольной точкой и подозрительным местом. Разница в 2 градуса или более, стабильная во времени, является сильным индикатором.
Коррелируйте с данными процесса.Медленный рост проводимости на стороне корпуса, падение давления на стороне трубки или изменение температуры на выходе могут подтвердить выводы тепловидения.
Заключение: увидеть невидимое тепло
Тепловидение — это мощный, неинвазивный и прогнозирующий диагностический инструмент, который может обнаружить внутреннюю утечку в теплообменнике из ПТФЭ снаружи, пока процесс еще продолжается. Обнаружив характерное холодное пятно, вызванное попаданием струи вытекающей жидкости на стенку корпуса, квалифицированный оператор может определить местонахождение приблизительной трубки или участка трубки, требующего внимания. Эта информация поможет провести целенаправленный ремонт с минимальными простоями во время планового отключения, а не слепой и трудоемкий поиск. Самые мощные диагностические глаза — это те, которые могут видеть невидимое тепло. Для групп по техническому обслуживанию, ответственных за теплообменники из ПТФЭ, эксплуатируемые в агрессивных химических или геотермальных условиях, добавление тепловидения в набор инструментов для устранения неполадок превращает таинственную постепенную потерю производительности в видимую и полезную тепловую карту скрытого отказа.
