Невидимая внутренняя эрозия
Влажный пар-насыщенный пар с каплями воды-поступает в теплообменник из ПТФЭ с высокой скоростью. Капли воды, движущиеся со скоростью 20–40 м/с, ударяются о стенки труб в местах изгибов, переходах коллекторов и зонах турбулентности. При каждом ударе на поверхность ПТФЭ воздействует микроскопический механический импульс. За месяцы эксплуатации совокупный эффект от ударов миллионов капель разрушает внутреннюю поверхность трубки. Стенка трубки истончается изнутри, что в конечном итоге приводит к преждевременному выходу из строя.
Внешний осмотр не может обнаружить внутреннюю эрозию. Внешний вид трубки выглядит нормальным. Ультразвуковое измерение толщины может обнаружить истончение стенки, но только после потери значительной части материала. Необходим более чувствительный метод раннего-предупреждения.
Анализ частиц конденсата позволяет обнаружить микроскопические частицы ПТФЭ, которые отрываются от поверхности трубки при столкновении капель. Частицы выносятся из теплообменника с конденсатом. Улавливание и анализ этих частиц позволяет получить доказательства эрозии задолго до того, как истончение стенок можно будет измерить ультразвуковыми методами.
Метод обнаружения частиц
Проба конденсата отбирается из выпускного отверстия конденсатоотводчика или из специальной точки отбора проб перед конденсатоотводчиком. Образец пропускают через мембранный фильтр с размером пор 0,2 мкм, который улавливает любые взвешенные частицы. Фильтр исследуют под микроскопом при 50-200-кратном увеличении.
Частицы износа ПТФЭ имеют характерный внешний вид: они неправильной формы, часто вытянутые или волокнистые, с рваными краями. Они полупрозрачны и не обладают двойным лучепреломлением в поляризованном свете. Их морфология отличает их от других частиц, которые могут присутствовать в конденсате-сферических частиц оксида железа из трубной коррозии (темновая, магнитная), фрагментов кристаллической накипи (угловые, двулучепреломляющие) или биологических остатков (ячеистая структура).
Подсчитывается количество частиц ПТФЭ на литр конденсата. Новый неповрежденный теплообменник производит менее 10 частиц на литр-фонового фона из производственных остатков, которые вымываются во время первоначальной эксплуатации. Обменник с развивающейся эрозией дает 50-500 частиц на литр. Теплообменник с сильной эрозией производит более 1000 частиц на литр.
| Количество частиц (частиц/л) | Степень эрозии | Рекомендуемое действие |
|---|---|---|
| < 10 | Нет (нормальный фон) | Регулярный мониторинг |
| 10-50 | След (возможна ранняя эрозия) | Повторная выборка через 3 месяца; сравнивать |
| 50-200 | Легкая эрозия | Исследовать качество пара; если возможно, уменьшите скорость |
| 200-500 | Умеренная эрозия | Запланировать ультразвуковое измерение толщины; план замены трубок |
| > 500 | Сильная эрозия | Немедленное измерение толщины; скорее всего требуется замена трубки |
Подтверждение FTIR
Если визуальная идентификация частиц неопределенна, инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье обеспечивает окончательную идентификацию. Отдельную частицу размером всего 50 мкм можно проанализировать с помощью микро-FTIR. Спектр ПТФЭ показывает сильные полосы поглощения C-F при 1200 и 1150 см⁻¹-, которые можно безошибочно отличить от любого другого материала, который может присутствовать в конденсате.
Подтверждение FTIR устраняет любую двусмысленность. Частицы, соответствующие спектру ПТФЭ, поступают из теплообменника. Несовпадающие частицы происходят из другого источника и не указывают на эрозию обменника.
Корректирующие действия
Если анализ частиц конденсата обнаруживает эрозию ПТФЭ, необходимо проверить качество пара. Перед теплообменником может потребоваться установка пароотделителя для удаления унесенных капель воды. Необходимо проверить скорость пара,-если она превышает рекомендуемый максимум 25–30 м/с, следует увеличить количество трубок, чтобы уменьшить скорость на одну трубку, или снизить давление пара.
После корректирующих действий необходимо контролировать количество частиц конденсата. Тенденция к снижению подтверждает, что эрозию удалось взять под контроль. Продолжающийся рост указывает на то, что корректирующие действия были недостаточными и необходимы дальнейшие меры.
Краткое содержание
Внутренняя эрозия трубок из ПТФЭ под воздействием влажного пара обнаруживается на ранней стадии путем анализа проб конденсата на наличие частиц износа из ПТФЭ. Частицы, улавливаемые фильтром с размером пор 0,2 мкм, исследуются микроскопически и подтверждаются с помощью FTIR. Количество частиц выше 50/л указывает на развивающуюся эрозию. Корректирующие действия включают улучшение качества пара и снижение скорости пара. Этот метод обеспечивает более раннее предупреждение, чем ультразвуковое измерение толщины.
Инженерная поддержка для анализа частиц конденсата и оценки эрозии теплообменника из ПТФЭ доступна после предоставления проб конденсата, состояния пара и истории эксплуатации теплообменника.
