Скрытая нестабильность
Вертикальный теплообменник из ПТФЭ работает без видимых проблем. Давление пара стабильное. Тепловая мощность соответствует технологическим требованиям. Никаких посторонних шумов не слышно. Однако внутри трубок развивается нестабильная граница раздела пар-конденсат. Интерфейс колеблется с частотой 2–5 Гц, создавая импульсы давления, которые утомляют стенку трубы в зоне колебаний. Повреждения незаметно накапливаются в течение нескольких месяцев, пока в трубе не образуется трещина по окружности по ватерлинии.
Нестабильность двухфазного потока в вертикальных трубах трудно обнаружить обычными способами. Внешнее измерение температуры показывает лишь незначительную размытость резкого температурного перехода на уровне конденсата. Датчики вибрации на коллекторах ничего не обнаруживают-импульсы слишком малы и слишком локализованы. К тому моменту, когда нестабильность приводит к слышимому гидравлическому удару или измеримому снижению производительности, повреждение трубки уже произошло.
Мониторинг акустической эмиссии обнаруживает нестабильность в самом начале, отслеживая высокочастотные волны напряжения,-генерируемые, когда колеблющаяся граница раздела конденсата ударяется о стенку трубы. Этот метод не-неинвазивный, может применяться во время нормальной работы и обеспечивает раннее предупреждение о развитии нестабильности.
Принцип акустической эмиссии
Когда граница раздела движущейся жидкости ударяется о стенку трубы, в результате удара генерируется волна напряжения, которая распространяется через материал трубы. Волна содержит широкий спектр частот: от слышимых (ниже 20 кГц) до ультразвуковых (выше 100 кГц). Ультразвуковые компоненты особенно полезны для диагностики, поскольку они не загрязняются шумом окружающей среды.
Датчик акустической эмиссии-пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с внешней поверхностью трубки-обнаруживает эти волны напряжения. Сигнал датчика усиливается, фильтруется и анализируется на наличие характерных признаков нестабильности границы раздела: узкая полоса частот, соответствующая частоте колебаний, амплитудная модуляция при движении границы раздела вверх и вниз, корреляция с расходом пара и уровнем конденсата.
Датчик крепится к трубке в приблизительном месте границы раздела конденсата, которое определяется с помощью тепловизионного или ультразвукового определения уровня. Несколько датчиков по длине трубки могут отслеживать положение интерфейса и диапазон его движения.
| Параметр акустической эмиссии | Стабильный поток | Развитие нестабильности | Серьезная нестабильность |
|---|---|---|---|
| Частотный контент | Широкополосный, низкая амплитуда | Узкий пик в диапазоне 2–8 Гц | Сильный пик; присутствуют гармоники |
| Среднеквадратическая амплитуда сигнала (относительная) | 1,0 (базовый уровень) | 3-10× базовый уровень | 10-50× базовый уровень |
| Амплитудная модуляция | Никто | Периодический; коррелирует с потоком | Сильная периодическая модуляция |
| Стабильность положения интерфейса | ±5 мм | ±15-30 мм | ±50+ мм |
| Риск усталостного повреждения трубки | Незначительный | Низкий (от месяцев до лет) | Высокий (от недель до месяцев) |
| Рекомендуемое действие | Продолжить мониторинг | Отрегулируйте давление пара или контроль уровня. | Немедленные корректирующие действия |
Корректирующие действия на основе диагноза
Когда мониторинг акустической эмиссии обнаруживает развивающуюся нестабильность, корректирующие действия могут быть предприняты до того, как произойдет повреждение трубки. Корректирующие действия зависят от причины нестабильности.
Если нестабильность вызвана чрезмерной скоростью пара для диаметра трубы и загрузки конденсата, снижение давления пара или увеличение количества активных трубок снижает скорость ниже порога нестабильности. Если нестабильность вызвана колебаниями уровня конденсата из-за неправильного размера или неисправности конденсатоотводчика, ремонт или замена конденсатоотводчика стабилизирует уровень. Если нестабильность вызвана колебательным перепадом давления между подачей пара и возвратом конденсата, стабилизация контуров регулирования давления решает проблему.
После корректирующих действий мониторинг акустической эмиссии подтверждает, что нестабильность устранена. Затем мониторинг можно продолжать на периодической основе -ежеквартально или полугодовой-ежегодно-для проверки продолжения стабильной работы.
Применение специально для ПТФЭ
Трубки из ПТФЭ являются отличными волноводами акустической эмиссии в интересующем диапазоне частот. Низкий акустический импеданс ПТФЭ по сравнению с металлами обеспечивает хорошую связь между импульсом давления, передаваемым жидкостью, и вибрацией стенки трубы. Затухание сигнала вдоль трубы умеренное, что позволяет датчикам, размещенным на доступных участках трубы, обнаруживать нестабильность, возникающую на расстоянии нескольких метров в погруженных участках.
Не-инвазивный характер этого метода особенно ценен для теплообменников из ПТФЭ, трубки которых недоступны для внутреннего осмотра во время работы. Акустический мониторинг предоставляет информацию о состоянии внутреннего потока, не выходя за границу давления и не прерывая производство.
Краткое содержание
Мониторинг акустической эмиссии позволяет диагностировать нестабильность границы раздела пар-технологической жидкости в вертикальных теплообменниках из ПТФЭ путем обнаружения ультразвуковых волн напряжения, генерируемых колеблющейся границей раздела конденсата. Этот метод обеспечивает раннее предупреждение о развитии нестабильности до того, как произойдет усталостное повреждение трубы, что позволяет принять корректирующие меры путем регулировки давления пара, технического обслуживания ловушки или стабилизации давления.
Не-инвазивный метод хорошо-подходит для трубок из ПТФЭ, которые обеспечивают хорошую акустическую связь и позволяют контролировать недоступные погруженные секции. Периодический акустический мониторинг может быть интегрирован в программу профилактического технического обслуживания вертикальных установок с теплообменниками из ПТФЭ.
Инженерная поддержка для настройки и интерпретации мониторинга акустической эмиссии в конкретных конфигурациях теплообменников из ПТФЭ доступна после предоставления данных о размерах труб, давлении пара, конструкции конденсатной системы и любых наблюдаемых колебаниях производительности.
