Πώς να ανιχνεύσετε και να μετρήσετε το πάχος ενός βιοφίλμ μέσα σε ένα σωλήνα εναλλάκτη θερμότητας PTFE;

Όταν χρησιμοποιείται με ζεστό νερό ποταμού, ανακυκλωμένο συμπύκνωμα ή ροές διεργασίας-πλούσιες σε θρεπτικά συστατικά, ένα γλοιώδες βιολογικό στρώμα θα μπορούσε σιγά-σιγά να αναπτυχθεί πάνω από τα εσωτερικά τοιχώματα του σωλήνα ενός εναλλάκτη θερμότητας PTFE. Αυτό το βιοφίλμ είναι συνήθως αβλαβές στα αρχικά στάδια σχηματισμού, καθώς οι αλλαγές στην πτώση πίεσης είναι πολύ μικρές. Ωστόσο, η θερμική απόδοση μπορεί να επιδεινωθεί γρήγορα όταν το ζωντανό στρώμα σχηματίζει μια μονωτική κουβέρτα μεταξύ του ρευστού διεργασίας και του τοιχώματος του σωλήνα. Αυτό το κρυφό βιολογικό στρώμα μπορεί τώρα να μετρηθεί απευθείας μέσα στον εναλλάκτη με σύγχρονα όργανα επιθεώρησης, αλλάζοντας τον προγραμματισμό συντήρησης από μια εκτίμηση σε μια ποσοτική ανάλυση.

Το ζήτημα στην εξέταση του σωλήνα εναλλάκτη PTFE για την εκτίμηση του πάχους του βιοφίλμ είναι η ανίχνευση ενός μαλακού, διαφανούς στρώματος που μπορεί να έχει πάχος μόνο δεκάδες ή εκατοντάδες μικρά ενώ ο εναλλάκτης είναι ως επί το πλείστον άθικτος.

Γιατί το Biofilm είναι ένα πραγματικό θερμικό ζήτημα
Τα βιοφίλμ είναι πληθυσμοί μικροοργανισμών οργανωμένοι σε μια μήτρα πολυμερών ουσιών που οι ίδιοι κατασκευάζουν και που είναι προσκολλημένες σε μια επιφάνεια.

Τα βιοφίλμ τείνουν να συσσωρεύονται μέσα στους σωλήνες εναλλάκτη PTFE, όταν:

Υπάρχει ζεστό νερό

Διαθέσιμα θρεπτικά συστατικά

Υπάρχουν περιοχές στασιμότητας της ροής.

Ανάπτυξη μεμβρανών προετοιμασίας επιφανειών

Το βιολογικό στρώμα μπορεί να έχει:

Βακτήρια

ΜΥΚΗΤΑΣ

Φύκια.

Βιολογική ύλη

Σπόροι ορυκτών

Η μείωση της θερμικής απόδοσης μπορεί να είναι σημαντική ακόμη και για σχετικά λεπτά βιοφίλμ, καθώς το βιολογικό υλικό έχει κακή θερμική αγωγιμότητα σε σύγκριση με το κινούμενο νερό.

Το βιοφίλμ είναι συχνά μαλακό και πορώδες, σε αντίθεση με τα σκληρά ορυκτά. Αυτό υποδηλώνει ότι μπορεί να μην υπάρχουν σημαντικές αυξήσεις στην πτώση της πίεσης του εναλλάκτη έως ότου η σοβαρότητα της ανάπτυξης γίνει υψηλή.

Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό της υποτίμησης θερμότητας μόνο με την τυπική υδραυλική παρακολούθηση.

Γιατί μπορούν ακόμα να σχηματιστούν βιοφίλμ σε σωλήνες PTFE
Το PTFE έχει μια χημικά ανθεκτική, λεία επιφάνεια που αποτρέπει τη ρύπανση από πολλές ουσίες. Ωστόσο, καμία βιομηχανική επιφάνεια εναλλάκτη θερμότητας δεν είναι απαλλαγμένη από βιολογικό πολλαπλασιασμό.

Τελικά, τα στρώματα προετοιμασίας που βασίζονται σε οργανικά μόρια θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους μικροοργανισμούς να προσκολληθούν στο τοίχωμα του σωλήνα.

Μόλις αναπτυχθεί, το βιοφίλμ μπορεί να συνεχίσει να αναπτύσσεται καθώς τα θρεπτικά συστατικά περνούν μέσα από τον εναλλάκτη.

Η ανάπτυξη βιοφίλμ είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη σε συστήματα με:

Νερό για ψύξη

Απόβλητα

Ανάκτηση συμπυκνώματος

Νερό από το ποτάμι

Ρεύματα επεξεργασίας τροφίμων

Θερμικά κυκλώματα χαμηλής ροής

Η εγγενής ομαλότητα των επιφανειών PTFE μπορεί να επιτρέψει στα πρώιμα βιοφίλμ να είναι οπτικά δυσδιάκριτα, αλλά παρόλα αυτά να επηρεάζουν σοβαρά τη μεταφορά θερμότητας.

Γιατί παίζει ρόλο το πάχος του βιοφίλμ;
Πρόωρος καθαρισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας που σπαταλήθηκε:

Καθαριστήρια (οικιακής χρήσης)

Νερό.

Ώρα διαλείμματος

Εργασία 1.

Κατασκευαστική ικανότητα

Εάν περιμένετε πολύ, μπορείτε να πάρετε:

υψηλή απώλεια θερμότητας

Υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας

Βιολογική μόλυνση

Χαμηλότερη σταθερότητα διαδικασίας

Υψηλότερο ποσοστό ρύπανσης

Η άμεση μέτρηση του πάχους του βιοφίλμ δίνει μια αντικειμενική βάση για τον προγραμματισμό της συντήρησης.

Αντί μόνο για:

Τάσεις πτώσης πίεσης

Αλλαγές στη θερμοκρασία εξόδου

Ώρες λειτουργίας περίπου

Μέσα στον εναλλάκτη, το προσωπικό συντήρησης είναι σε θέση να εκτιμήσει το πραγματικό πάχος του βιολογικού στρώματος.

Αυτό οδηγεί σε πιο αποτελεσματικές αποφάσεις καθαρισμού{0}}που βασίζονται σε δεδομένα.

Επιθεώρηση οπτικής τομογραφίας συνοχής (OCT).
Η οπτική τομογραφία συνοχής (OCT) είναι μια από τις πιο σύγχρονες τεχνικές για τη μέτρηση του πάχους βιοφίλμ για την αξιολόγηση του σωλήνα εναλλάκτη PTFE.

Πώς γίνεται το OCT
Το OCT είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί κοντινό-υπέρυθρο φως για τη λήψη εικόνων υψηλής ανάλυσης διατομής-επιφανειών και ημι{2}}διαφανών υλικών.

Η τεχνολογία είναι ανάλογη με τις τεχνολογίες ιατρικής απεικόνισης που χρησιμοποιούνται στην οφθαλμολογία και την ενδοσκοπική διάγνωση.

Ένας μικροσκοπικός εύκαμπτος καθετήρας OCT εισάγεται σε έναν απομονωμένο και καθαρισμένο σωλήνα εναλλάκτη

Ο ανιχνευτής σαρώνει το εσωτερικό τοίχωμα και τα ανακλώμενα φωτεινά σήματα υποβάλλονται σε επεξεργασία για τη δημιουργία περιεκτικών εικόνων διατομής-.

Βλέποντας το στρώμα βιοφίλμ
Το σύστημα OCT μπορεί να διαφοροποιήσει:

Τοίχωμα σωλήνα από PTFE

Στρώμα βιοφίλμ

Διεπαφή ροής υγρού

Η προσέγγιση δημιουργεί εξαιρετικά καθαρές δομικές εικόνες επειδή τα βιοφίλμ είναι ημι-διαφανή.

Μια οπτική βιοψία του εσωτερικού του σωλήνα μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς φυσική αφαίρεση της εναπόθεσης.

Αυτή η παραγόμενη εικόνα επιτρέπει την άμεση και ακριβή μέτρηση του πάχους του βιοφίλμ.

Δυνατότητες Ανάλυσης.
Τα συστήματα OCT έχουν τυπικά αξονική ανάλυση μόνο λίγων microns.

Αυτό επιτρέπει την εύκολη ανίχνευση βιοφίλμς παχύτερων από περίπου 50 μικρά.

Σε πολλά βιομηχανικά συστήματα, ακόμη και λεπτότερα βιολογικά στρώματα μπορούν να ανιχνευθούν πριν συμβεί σοβαρή θερμική υποβάθμιση.

Οφέλη του OCT
Τα οφέλη περιλαμβάνουν:

Μη καταστροφική μέτρηση

Υψηλή χωρική ανάλυση

Ζωντανή απεικόνιση

Μέτρηση πάχους

Εναλλάκτης, ελάχιστη αποσυναρμολόγηση του

Αυτή η προσέγγιση είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για ερευνητικά, φαρμακευτικά, συστήματα ημιαγωγών και διεργασιών υψηλής καθαρότητας- όπου η διαχείριση βιοφίλμ είναι απαραίτητη.

Υπερηχογραφική μέτρηση πάχους βιοφίλμ
Η επιθεώρηση με υπερήχους είναι μια απλούστερη και πιο επιτόπια-χρήσιμη διαδικασία.

Αρχές Υπερήχων
Τα υπερηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας αποστέλλονται μέσω του τοιχώματος του σωλήνα PTFE.

Ο ακουστικός ήχος χτυπά διεπαφές μεταξύ υλικών διαφόρων πυκνοτήτων, με μέρος του σήματος να αναπηδά προς τον αισθητήρα.

Οι αντανακλάσεις μπορούν να ληφθούν υπό κατάλληλες συνθήκες:

Τοίχος από PTFE

Το στρώμα του βιοφίλμ

Η επαφή του βιοφίλμ με το νερό

Ο χρονισμός και το πλάτος του σήματος μπορεί μερικές φορές να αναλυθεί για να εκτιμηθεί το πάχος του βιοφίλμ.

Ρυθμίσεις ανίχνευσης
Ο ανιχνευτής υπερήχων εφαρμόζεται γενικά στο εξωτερικό τοίχωμα του σωλήνα και ο εναλλάκτης είναι πλήρης ή μερικώς βυθισμένος.

Το PTFE έχει μια ξεχωριστή ακουστική συμπεριφορά σε σύγκριση με τα μέταλλα και απαιτεί προσεκτική βαθμονόμηση.

Η καλύτερη ευαισθησία για μαλακά βιολογικά στρώματα επιτυγχάνεται συνήθως με προσαρμοσμένους μετρητές υπερήχων υψηλής συχνότητας-.

Περιορισμοί
Προκλήσεις στη μέτρηση βιοφίλμ με υπερήχους:

Ασθενώς αντανακλούν ήχο μαλακά βιοφίλμ

Το PTFE απορροφά την υπερηχητική ενέργεια

Οι ακανόνιστες αποθέσεις παρέχουν θορυβώδη σήματα

Παρά αυτούς τους περιορισμούς, οι τεχνολογίες υπερήχων είναι επιθυμητές για τους ακόλουθους λόγους:

Πιο γρήγορος

Ελάχιστα επεμβατική

Μειωμένο κόστος

Περισσότερο κινητό

Οι προσεγγίσεις υπερήχων μπορεί να είναι επαρκώς ακριβείς για τη λήψη αποφάσεων συντήρησης για συνήθη έλεγχο πεδίου.

Σημασία Καθαριότητας και Στειρότητας Ανιχνευτή
Οι ανιχνευτές ελέγχου πρέπει να καθαρίζονται ή να αποστειρώνονται πριν από την εισαγωγή τους στον εναλλάκτη.

Αυτή η προφύλαξη βοηθά στην πρόληψη:

Διασταυρούμενη μόλυνση

Εισαγωγή ξένων μικρο-οργανισμών

Μόλυνση της διαδικασίας

Διαταραγμένες μικροβιολογικές συνθήκες

Η καθαριότητα του καθετήρα είναι ιδιαίτερα σημαντική σε περιβάλλοντα φαρμακευτικής, ημιαγωγών ή παραγωγής τροφίμων.

Ο λανθασμένος χειρισμός μπορεί να επηρεάσει την ακεραιότητα της διαδικασίας και την αξιοπιστία των μετρήσεων.

Εφαρμογή των Δεδομένων για Συντήρηση Προγραμματισμού
Οι μετρήσεις που λαμβάνονται σε πολλούς σωλήνες παρέχουν μια πιο ρεαλιστική εικόνα της κατάστασης του εναλλάκτη.

Η ανάπτυξη του βιοφίλμ σπάνια είναι σταθερή πάνω από τη δέσμη.

Οι περιοχές που φαίνεται να έχουν υψηλότερο κίνδυνο ρύπανσης είναι συχνά:

Περιοχές χαμηλής ταχύτητας

Νεκρές ζώνες

Hotspots

Διαταραχές εισόδου

Η παρακολούθηση της τάσης του πάχους του βιοφίλμ με την πάροδο του χρόνου μπορεί να βοηθήσει στη βελτιστοποίηση των προγραμμάτων συντήρησης πιο αποτελεσματικά.

Φόντα:

Λιγότερο καθάρισμα που δεν χρειάζεται

Μειωμένη κατανάλωση χημικών

Βελτιωμένη απόδοση μεταφοράς θερμότητας

Βελτιωμένη διαθεσιμότητα εναλλάκτη

• Χαμηλότερο λειτουργικό κόστος

Η επιλογή για τη διεξαγωγή συντήρησης βασίζεται σε τεκμηρίωση-και όχι αντιδραστική.

Σχέση πάχους βιοφίλμ και θερμικής απόδοσης
Τα βιοφίλμ μπορούν να λειτουργήσουν ως θερμομονωτικά στρώματα.

Με αυξανόμενο πάχος:

Η θερμική αντίσταση αυξάνεται

Μειώνει τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας

Η απόδοση του εναλλάκτη πέφτει

Δεδομένου ότι το βιολογικό υλικό είναι κακός αγωγός της θερμότητας, ακόμη και οι σχετικά λεπτές βιολογικές μεμβράνες μπορούν να προκαλέσουν σημαντική θερμική ποινή.

Επομένως, η σύνδεση μεταξύ του πάχους του βιοφίλμ και της θερμικής αλλοίωσης είναι γενικά μη γραμμική.

Η έγκαιρη εύρεση του προβλήματος βοηθάει στο να αποτραπεί ο εναλλάκτης από τόσο φάουλ ώστε να υποβαθμιστεί η απόδοση.

Μέλλον της-InSitu Diagnosis of Fouling
Αναπτύσσονται μέθοδοι επιθεώρησης που βελτιώνουν την ικανότητα αξιολόγησης της ρύπανσης του εναλλάκτη χωρίς να τίθεται εκτός λειτουργίας ο εξοπλισμός.

Οι πιθανές μελλοντικές εξελίξεις περιλαμβάνουν:

Αυτοματοποιημένοι ρομποτικοί σαρωτές σωλήνων

Παρακολούθηση στο οπτικό

Ενσωματωμένοι βιοαισθητήρες

Ανάλυση ρύπανσης με AI Assistance

Χάρτες υγείας ζωντανών εναλλάκτη

Καθώς τα συστήματα συντήρησης γίνονται πιο προγνωστικά, η άμεση επί τόπου αξιολόγηση βιοφίλμ μπορεί να γίνει κοινό μέρος της διαχείρισης βιομηχανικών εναλλάκτη θερμότητας.

Περίληψη
Ο σχηματισμός βιοφίλμ μέσα στους σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας PTFE δημιουργεί μια κρυφή θερμική αντίσταση που μπορεί να υποβαθμίσει δραστικά την απόδοση του εναλλάκτη πολύ πριν γίνουν αισθητές τυχόν αλλαγές στην πτώση πίεσης. Τέτοιες βιολογικές εναποθέσεις μπορούν τώρα να αξιολογηθούν απευθείας-στο χώρο χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η οπτική τομογραφία συνοχής και η ειδική υπερηχητική εξέταση.

Η εξέταση μέτρησης του πάχους βιοφίλμ σωλήνα εναλλάκτη PTFE παρέχει μια ποσοτική βάση για τον προγραμματισμό της συντήρησης, επιτρέποντας τη λήψη αποφάσεων για τον καθαρισμό με βάση την πραγματική συσσώρευση εναποθέσεων και όχι με βάση υποθέσεις ή σταθερά διαστήματα. Οι τεχνολογίες OCT μπορούν να απεικονίσουν βιοφίλμ με ανάλυση micron και να διαχωρίσουν τα διαφορετικά στρώματα του βιοφίλμ. Οι τεχνικές υπερήχων είναι απλούστερες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο πεδίο για συνεχή παρακολούθηση.

Η ποσοτική εκτίμηση της ρύπανσης ως διαγνωστική διαδικασία επιτρέπει τη βελτιστοποίηση του καθαρισμού του εναλλάκτη για τη διατήρηση της θερμικής απόδοσης και τη μείωση της περιττής χρήσης χημικών και του χρόνου διακοπής λειτουργίας. Η γνώση του πάχους του βιολογικού στρώματος τυπικά ξεκινά τη ρύθμιση του βιολογικού στρώματος στη θερμική συντήρηση.