Как обнаружить и измерить толщину биопленки внутри трубки теплообменника из ПТФЭ?

При использовании с теплой речной водой, переработанным конденсатом или технологическими потоками,-богатыми питательными веществами, на стенках внутренних трубок теплообменника из ПТФЭ может медленно расти слизистый биологический слой. Эта биопленка обычно безвредна на ранних стадиях формирования, поскольку изменения перепада давления весьма незначительны. Однако тепловые характеристики могут быстро ухудшиться, если живой слой образует изоляционный слой между технологической жидкостью и стенкой трубы. Этот скрытый биологический слой теперь можно измерить непосредственно внутри теплообменника с помощью современных инструментов контроля, что позволяет перейти от оценки технического обслуживания к количественному анализу.

Проблема проверки трубок теплообменника из ПТФЭ для оценки толщины биопленки заключается в обнаружении мягкого прозрачного слоя, толщина которого может составлять всего десятки или сотни микрон, в то время как теплообменник практически не поврежден.

Почему биопленка является настоящей термической проблемой
Биопленки — это популяции микроорганизмов, организованные в матрицу полимерных веществ, которые они сами производят и прикрепляются к поверхности.

Биопленки имеют тенденцию накапливаться внутри трубок теплообменника из ПТФЭ, когда:

Есть горячая вода

Доступные питательные вещества

Имеются участки застоя потока.

Разработка пленок для ухода за поверхностью

Биологический слой может иметь:

Бактерии

ГРИБОК

Алга.

Биологическое вещество

Минеральные зерна

Снижение тепловых характеристик может быть существенным даже для относительно тонких биопленок, поскольку биологический материал имеет плохую теплопроводность по сравнению с движущейся водой.

Биопленка часто бывает мягкой и пористой, в отличие от твердых минеральных отложений. Это говорит о том, что значительного увеличения падения давления в теплообменнике может не быть до тех пор, пока степень этого роста не станет высокой.

Эта особенность затрудняет обнаружение теплового износа только с помощью обычного гидравлического мониторинга.

Почему на трубках из ПТФЭ все еще могут образовываться биопленки
ПТФЭ имеет химически устойчивую, гладкую поверхность, которая предотвращает загрязнение многочисленными веществами. Однако ни одна поверхность промышленного теплообменника не свободна от биологического распространения.

В конечном итоге кондиционирующие слои на основе органических молекул могут позволить микроорганизмам прикрепляться к стенкам трубки.

Однажды сформировавшись, биопленка может продолжать расти по мере того, как питательные вещества проходят через обменник.

Развитие биопленки особенно распространено в системах с:

Вода для охлаждения

Сточные воды

Восстановление конденсата

Вода из реки

Потоки пищевой промышленности

Тепловые контуры с низким расходом

Присущая поверхности ПТФЭ гладкость может сделать ранние биопленки визуально незаметными, но, тем не менее, серьезно повлиять на теплообмен.

Почему толщина биопленки имеет значение?
Преждевременная очистка теплообменника напрасна:

Чистящие средства (бытовые)

Вода.

Время перерыва

Труд 1.

Производственные мощности

Если вы подождете слишком долго, вы можете получить:

высокие теплопотери

Более высокое потребление энергии

Биологическое загрязнение

Более низкая стабильность процесса

Более высокий уровень загрязнения

Прямое измерение толщины биопленки дает объективную основу для планирования технического обслуживания.

Вместо просто:

Тенденции падения давления

Изменения температуры на выходе

Часы работы примерно

Внутри теплообменника обслуживающий персонал может оценить реальную толщину биологического слоя.

Это приводит к принятию более эффективных и-решений по уборке, основанных на данных.

Оптическая когерентная томография (ОКТ)
Оптическая когерентная томография (ОКТ) — один из самых современных методов измерения толщины биопленки и оценки трубок теплообменника из ПТФЭ.

Как проводится ОКТ
ОКТ – это метод, использующий ближний-инфракрасный свет для получения изображений поперечного- сечения поверхностей и полу-прозрачных материалов с высоким разрешением.

Технология аналогична технологиям медицинской визуализации, используемым в офтальмологии и эндоскопической диагностике.

Крошечный гибкий ОКТ-зонд вводится в изолированную и очищенную трубку обменника.

Датчик сканирует внутреннюю стену, а отраженные световые сигналы обрабатываются для создания полных изображений поперечного-секции.

Видеть слой биопленки
Система ОКТ может различать:

Стенка трубы из ПТФЭ

Слой биопленки

Интерфейс жидкостного потока

Этот подход позволяет получить чрезвычайно четкие структурные изображения, поскольку биопленки полу-прозрачны.

Оптическая биопсия внутренней части трубки может быть выполнена без физического удаления отложений.

Это созданное изображение позволяет напрямую и точно измерить толщину биопленки.

Возможности разрешения.
Системы ОКТ обычно имеют осевое разрешение всего несколько микрон.

Это позволяет легко обнаруживать биопленки толщиной примерно 50 микрон.

Во многих промышленных системах можно обнаружить даже более тонкие биологические слои до того, как произойдет серьезное термическое разрушение.

Преимущества ОКТ
Преимущества включают в себя:

Не-неразрушающее измерение

Высокое пространственное разрешение

Живое изображение

Измерение толщины

Обменник, минимальная разборка

Этот подход особенно полезен для исследовательских, фармацевтических, полупроводниковых и технологических систем высокой-чистоты, где управление биопленкой имеет важное значение.

Ультразвуковое измерение толщины биопленки
Ультразвуковой контроль – более простая и-пригодная для использования в полевых условиях процедура.

Ультразвуковые принципы
Высокочастотные ультразвуковые волны проходят через стенку трубки из ПТФЭ.

Акустический звук ударяется о поверхность раздела материалов различной плотности, при этом часть сигнала отражается обратно к датчику.

Отражения можно получить при соответствующих условиях:

Стена из ПТФЭ

Слой биопленки

Контакт биопленки с водой

Время и амплитуду сигнала иногда можно проанализировать, чтобы оценить толщину биопленки.

Расположение зондов
Ультразвуковой зонд обычно прикладывается к внешней стенке трубки, а теплообменник полностью или частично погружен в воду.

ПТФЭ имеет отличные акустические характеристики по сравнению с металлами и требует тщательной калибровки.

Наилучшая чувствительность к мягким биологическим слоям обычно достигается с помощью высокочастотных погружных-ультразвуковых датчиков.

Ограничения
Проблемы ультразвукового измерения биопленок:

Слабо отражающие звук мягкие биопленки

ПТФЭ поглощает ультразвуковую энергию

Неравномерные отложения дают шумные сигналы

Несмотря на эти ограничения, ультразвуковые технологии желательны по следующим причинам:

Быстрее

Минимально инвазивный

Сниженная стоимость

Более мобильный

Ультразвуковые подходы могут быть достаточно точными для принятия решений по техническому обслуживанию при регулярном полевом скрининге.

Значение чистоты и стерильности зонда
Перед установкой в ​​теплообменник контрольные зонды необходимо очистить или стерилизовать.

Эта мера предосторожности помогает предотвратить:

Перекрестное загрязнение

Интродукция чужеродных микроорганизмов-организмов

Загрязнение процесса

Нарушены микробиологические условия

Чистота зонда особенно важна в фармацевтической, полупроводниковой или пищевой промышленности.

Неправильное обращение может повлиять на целостность процесса и надежность измерений.

Применение данных для планирования технического обслуживания
Измерения, проведенные на многочисленных трубках, дают более реалистичную картину состояния теплообменника.

Рост биопленки редко бывает постоянным по всей длине пучка.

Областями, которые, по-видимому, имеют более высокий риск загрязнения, часто являются:

Зоны низкой скорости

Мертвые зоны

Горячие точки

Входные возмущения

Мониторинг динамики толщины биопленки с течением времени может помочь более эффективно оптимизировать графики технического обслуживания.

Преимущества:

Меньше чистки, которая не нужна

Снижение потребления химикатов

Улучшенные характеристики теплопередачи

Улучшена доступность обменников

• Снижение эксплуатационных расходов

Решение о проведении технического обслуживания основано-на фактах, а не на реакции.

Взаимосвязь толщины биопленки и тепловых характеристик
Биопленки могут выступать в качестве теплоизоляционных слоев.

С увеличением толщины:

Термическое сопротивление увеличивается

Снижает коэффициент теплопередачи

Эффективность обменника падает

Поскольку биологический материал является плохим проводником тепла, даже относительно тонкие биологические пленки могут вызвать значительные тепловые потери.

Таким образом, связь между толщиной биопленки и термическим разрушением обычно нелинейна-линейна.

Раннее обнаружение проблемы помогает предотвратить загрязнение обменника, приводящее к снижению производительности.

Будущее диагностики загрязнений на месте-
Разрабатываются методы контроля, которые улучшают возможность оценки загрязнения теплообменника без вывода оборудования из эксплуатации.

Возможные будущие разработки включают в себя:

Автоматизированные роботизированные сканеры труб

Мониторинг в оптическом

Встроенные биосенсоры

Анализ загрязнения с помощью искусственного интеллекта

Карты работоспособности живого обменника

Поскольку системы технического обслуживания становятся все более предсказуемыми, прямая-оценка биопленки на месте может стать обычной частью управления промышленными теплообменниками.

Краткое содержание
Образование биопленки внутри трубок теплообменника из ПТФЭ создает скрытое тепловое сопротивление, которое может резко снизить эффективность теплообменника задолго до того, как станут заметны какие-либо изменения в перепаде давления. Такие биологические отложения теперь можно оценивать непосредственно на месте-с использованием таких методов, как оптическая когерентная томография и специальное ультразвуковое исследование.

Измерение толщины биопленки трубок теплообменника из ПТФЭ обеспечивает количественную основу для планирования технического обслуживания, позволяя принимать решения по очистке на основе реального накопления отложений, а не на предположениях или фиксированных интервалах. Технологии ОКТ позволяют получать изображения биопленки с микронным разрешением и разделять различные слои биопленки. Ультразвуковые методы проще и могут использоваться в полевых условиях для непрерывного мониторинга.

Количественная оценка загрязнения в качестве диагностической процедуры позволяет оптимизировать очистку теплообменника для поддержания термической эффективности и сокращения ненужного использования химикатов и простоев. Знание толщины биологического слоя обычно инициирует регулирование биологического слоя при термическом поддержании.