Как обнаружить утечку трубки с помощью тепловизионной камеры во время работы?

Трубчатый теплообменник с корпусом из ПТФЭ-работает, и есть подозрение на небольшую внутреннюю утечку трубки. Обычный способ – остановить процесс, опорожнить установку и провести испытание под давлением. Но чувствительная портативная тепловизионная камера, направленная на внешнюю поверхность металлического корпуса, часто может наблюдать невидимый тепловой призрак утечки, пока теплообменник еще функционирует. Холодная жидкость, просачивающаяся из точечного отверстия внутри трубки, создает локализованное, необычно холодное пятно на внешней стенке раковины – характерное прохладное пятно в море, которое в остальном было бы однородным по температуре.

Как найти скрытую утечку в трубке с помощью тепловидения
Принцип тепловизионной диагностики течи теплообменника из ПТФЭ прост. В стандартном кожухотрубном теплообменнике стенки трубок разделяют две жидкости. Одна жидкость (обычно более горячий или более холодный технологический поток) проходит через трубы, а другая жидкость проходит через сторону корпуса. Внешняя поверхность корпуса обычно имеет гладкий и достаточно равномерный температурный профиль с небольшими изменениями из-за расположения перегородок, входных/выходных сопел и естественной конвекции.

Если в одной трубке из ПТФЭ имеется точечная утечка или трещина, жидкость из трубки перетечет в сторону корпуса. Если жидкость со стороны трубки находится под более высоким давлением (что часто случается для предотвращения загрязнения 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 жидкости со стороны объемной оболочки-. Разница температур может составлять от 2–5 градусов до 20–30 градусов в зависимости от процесса.

Металлическая стенка корпуса является очень хорошим проводником тепла. Площадь контакта вытекающей жидкости с внутренней поверхностью оболочки быстро достигает температуры вытекающей жидкости. Это наблюдается снаружи с помощью чувствительной тепловизионной камеры (иногда называемой инфракрасной или ИК-камерой) как локализованное постоянное холодное пятно (или горячее пятно, если вытекающая жидкость горячее, чем жидкость внутри корпуса). Пятно обычно довольно маленькое (несколько сантиметров в диаметре), и его точным местоположением является точка попадания струи во внутреннюю часть оболочки.

Процедура теплового сканирования: полевая процедура, шаг-за-шагом
Тепловидение — это быстрый и не-инвазивный метод, который можно выполнять, когда теплообменник работает на полную мощность, без необходимости сливать жидкость или сбрасывать-давление в системе. Мы выступаем за следующую процедуру.

1. Очистите поверхность теплообменника.
Внешняя поверхность корпуса должна быть чистой, сухой и свободной от изоляции (по крайней мере, в сканируемой области). Утеплитель можно временно снять в полоску или крохотное окошко. Ложные тепловые отражения могут быть вызваны мусором, маслом или водой на поверхности корпуса, либо реальная температура может быть скрыта. Все что нужно – это просто протереть сухим полотенцем.

2. Выберите подходящую тепловизионную камеру.
Рекомендуется: тепловизионная камера высокого-разрешения с тепловой чувствительностью (NETD) не более 0,05 градуса (50 мК). Камеры с более низкой-стоимостью (например, с чувствительностью{. 0.10 градусов) по-прежнему могут обнаруживать более крупные утечки, но не пропускают меньшие колебания температуры. Поле зрения камеры должно соответствовать размеру теплообменника; обычной линзы с углом обзора 24 градуса достаточно для большинства размеров корпуса (300–1000 мм). Установите коэффициент излучения 0,95 для окрашенной или слегка корродированной углеродистой стали или 0,85 для глянцевой нержавеющей стали.

3. Сканируйте всю поверхность корпуса.
Оператор находится вдали от опасности и медленно поворачивает камеру по длине корпуса, предпочтительно по полному кругу. Струи утечек обычно попадают в области разрезов перегородок и трубных решеток, что приводит к тому, что несколько проходов подчеркивают эти места. Сканирование типичного обменника длиной 3 метра занимает 5–10 минут.

4. Обнаружение локальных тепловых аномалий.
В обычном исправном теплообменнике температура внешней оболочки будет иметь постоянный градиент - ниже на входе охлаждающей жидкости и выше на выходе.  Утечка в трубке приводит к образованию резкой, локализованной, круглой или овальной холодной области, которая не соответствует естественному градиенту. В ролике обычно присутствуют:

Температура на 1–5°С (или более), отличающаяся от температуры окружающей оболочки в том же осевом месте.

Четко-граница, часто с концентрическим «ореолом» промежуточной температуры.

Устойчивое состояние, которое не меняется при изменении потока процесса (в отличие от временных эффектов турбулентности).

Тепловая камера видит призрачный ледяной след скрытой утечки, окрашенный в виде темного прохладного синяка на теплой оболочке стального корпуса.

5. Документ и контраст
Тепловое изображение сохраняется. Если обнаружено подозрительное холодное пятно, этот участок отмечается на корпусе куском мела или перманентным маркером. 15 и через 30 минут идентичное место сканируется повторно. Тот факт, что холодная точка все еще присутствует и находится в том же месте, подтверждает диагноз. Переходные температурные аномалии (например, из-за проходящего пузырька пара или местного сквозняка) будут быстро рассеиваться.

6. Проведите испытание давлением с помощью фокуса.
Тепловидение является инструментом проверки». Оно не заменяет испытание под давлением. Но оно выявляет точное место потенциальной утечки. Во время планового отключения корпус осушается, подозрительная область идентифицируется, и соответствующие трубки могут быть индивидуально проверены под давлением (например, блокируя один конец и создавая давление с помощью воздуха при погружении в воду или мыльный раствор). Инфракрасное изображение переносит техника прямо к протекающей трубке или, по крайней мере, к небольшой группе трубок, экономя часы слепого тестирования.

Когда тепловидение наиболее точное?
Этот метод применим не во всех случаях. Лучше всего он растет в следующих условиях:

Large temperature difference between the tube-side and shell-side fluids. A minimum difference of 5 °C (ideally >10 градусов) обеспечивает отчетливый тепловой контраст. Если две жидкости имеют почти одинаковую температуру, утечка не имеет теплового признака.

Жидкость на стороне 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 быть на поверхности трубной решетки, а не на внешней стороне корпуса.

Поверхность корпуса чистая и неизолированная. Изоляция представляет собой тепловое одеяло, которое сглаживает локальные колебания температуры. Снимите изоляцию с куска. Однако некоторые тонкие изоляционные материалы низкой-плотности (например, минеральная вата) тем не менее обеспечивают достаточную теплопроводность к поверхности, чтобы обнаружить крупные утечки.

Устойчивое-функционирование. Перед сканированием обменник должен находиться в нормальных рабочих условиях не менее 30 минут. Переходные процессы при запуске могут вызвать несколько тепловых аномалий, которые можно принять за утечки.

Реальные-примеры и ограничения
Пример 1. Охлаждение горячим рассолом охлаждающей водой.
Горячий рассол (85 градусов) охлаждается охлаждающей водой (25 градусов) в теплообменнике из ПТФЭ на стороне трубы. В трубке возникает течь. Охлаждающая вода температурой 25 градусов попадает в рассол температурой 85 градусов. Но направление течи внутрь (трубка к оболочке). Эта охлаждающая вода не попадает на стенки оболочки, поэтому внешняя поверхность оболочки остается при повышенной температуре. Тепловизионное изображение внешней части корпуса не позволит обнаружить эту утечку, поскольку текущая жидкость не контактирует с корпусом. Вместо этого оператору придется сканировать поверхность трубной решетки или трубопровода, соединенного со стороной трубы. Это подчеркивает необходимость знания направления потока и разницы давлений.

Пример 2: Конденсатор на стороне холодной трубы
Теплообменник из ПТФЭ конденсирует нагретый пар (120 градусов) на стороне корпуса, в то время как холодная охлаждающая вода (30 градусов) течет на стороне трубки под более высоким давлением. Трубка протекает, и холодная вода брызжет из точечного отверстия на внутреннюю часть корпуса. Внешняя оболочка имеет заметную холодную область, которая постоянно на 5 градусов холоднее окружающей оболочки. Это как раз правильное применение тепловидения.

Пример 3: Большой теплообменник, небольшая утечка
Очень небольшая утечка, например точечное отверстие.<0.5 mm, may only produce a very little flow rate. The jet may not impinge on the shell wall, but instead become entrained in the shell-side flow and evaporate or mix prior to impingement. In these circumstances the shell does not show detectable thermal anomaly. The method has a sensitivity limit and extremely small leaks may still need a traditional pressure test for identification.

Преимущества по сравнению с традиционными методами АспектТрадиционное испытание под давлениемИнфракрасная визуализация
Нарушение процесса Останов, требуется сливНет (Интернет)
Время на диагностику От минут до часов или дней
Точность обнаружения утечекНизкая (часто только по ряду трубных решеток)Высокая (можно определить зону столкновения)
Стоимость оборудования Низкая (манометр, насос) Тепловая камера: 5-5-30 тыс. Средняя
Уровень навыков Низкий Средний (чтение тепловизионных изображений)
Безопасность Необходимость работы с жидкостями под давлением. Нет контакта – нет риска.
Для завода, на котором уже используется тепловизионная камера (для электрических проверок, обследований огнеупоров или другого профилактического обслуживания), дополнительные затраты на ее использование для обнаружения утечек равны нулю. Время, сэкономленное на отсутствии ненужных остановов или на очень коротком останове для конкретного ремонта, очень быстро окупает инвестиции.

Лучшие практики и типичные ошибки
Никогда не доверяйте одному сканированию. Ложные холодные области могут быть вызваны окружающим ветром, солнечными нагрузками и соседними горячими поверхностями. Сканируйте в разное время суток или с разных точек зрения.

«Немедленно отметьте подозрительную точку; используйте непостоянный маркер, чтобы отметить раковину. Сделайте фотографию в видимом свете с тепловым изображением, чтобы сопоставить их.

Учитывается геометрия перегородки. Струи утечек обычно попадают в корпус точно напротив выреза перегородки, поскольку направление потока смещается вокруг края перегородки. Сосредоточьтесь на этих областях.

Проведите дифференциальный температурный анализ. Многие тепловизионные камеры могут показывать разницу температур между контрольной точкой и подозрительным местом. Стабильная разница в 2 градуса и более является значимым показателем.

Корреляция с параметром процесса. Небольшое повышение проводимости-со стороны оболочки, падение давления со стороны трубы-или изменение температуры на выходе могут подтвердить выводы тепловизора.

Заключение: наблюдение за невидимым теплом
Тепловидение — это мощный, не-инвазивный и прогнозирующий диагностический инструмент, который позволяет обнаружить внутреннюю утечку в теплообменнике из ПТФЭ снаружи во время процесса. Обученный оператор может точно определить трубку или участок трубки, нуждающийся в обработке, отметив характерное холодное пятно, образующееся в результате удара струи вытекающей жидкости о стенку корпуса. Это позволяет провести целенаправленный ремонт с минимальным-простоем во время планового сбоя, а не слепой,-отнимающий много времени поиск. Самые мощные диагностические глаза — это те, которые могут видеть невидимое тепло. Добавление тепловизионного изображения в набор диагностических инструментов для групп по техническому обслуживанию теплообменников из ПТФЭ в агрессивных химических или геотермальных условиях превращает загадочную, медленную потерю производительности в видимую и полезную тепловую карту скрытой поломки.