Jakie technologie czujników IoT pojawiają się w zakresie konserwacji predykcyjnej flot wymienników ciepła PTFE?

Wydajność wymiennika ciepła zwykle spada cicho, aż do momentu, gdy wyciek lub zablokowanie zatrzyma produkcję. Obecnie na wymiennikach PTFE można montować niedrogie-czujniki bezprzewodowe, które stale monitorują ich parametry życiowe i wysyłają dane do algorytmów, które prognozują zagrożenie z kilkudniowym lub tygodniowym wyprzedzeniem. Obietnica przechodzi od działania-do-awarii” do „utrzymania-zgodności z-przewidywaniami”, a rozwój nowych technologii czujników IoT umożliwia to przejście flotom fluoropolimerowych wymienników ciepła. Operatorom instalacji wyposażonych w wiele wymienników-i{9}rurowych z PTFE do celów odsalania, przetwarzania chemicznego lub wykańczania powierzchni technologie te oferują skalowalną ścieżkę do poprawy czasu pracy i obniżenia kosztów cyklu życia.

Pakiet czujników: cel-zbudowany,-nieinwazyjny, bezprzewodowy
Tradycyjnie monitorowanie wymienników ciepła odbywa się poprzez ręczne odczyty temperatur na wlocie/wylocie i manometrów, zazwyczaj w odstępach tygodniowych lub miesięcznych. To sporadyczne gromadzenie danych zostaje zastąpione ciągłym, zautomatyzowanym wykrywaniem i konserwacją predykcyjną opartą na IoT. Typowy zestaw czujników dla wymiennika ciepła PTFE obejmuje:

Zaciskowe-czujniki temperatury – mocowane do rur wlotowych i wylotowych, zarówno po stronie płaszcza, jak i rury. Nieinwazyjne konstrukcje montowane są do zewnętrznej ściany rury, bez przerywania procesu. Czujniki te można również zastosować do wymienników PTFE z płaszczami z tworzywa sztucznego lub płaszczami stalowymi z wykładziną.

Czujniki różnicy ciśnień - W dyszach po stronie płaszcza i w dyszach po stronie rury. Służą one do oceny spadku ciśnienia; ważny znak zanieczyszczenia lub zmian w dystrybucji przepływu. Bezprzewodowe przetworniki różnicy ciśnień są oferowane z baterią o żywotności od 3 do 5 lat.

Bezprzewodowe czujniki wibracyjne - Instalowane bezpośrednio na powierzchni płaszcza w pobliżu króćca wlotowego lub w środku wiązki rur. Akcelerometry wykrywają nieprawidłowe wibracje spowodowane-wibracjami wywołanymi przepływem, grzechotaniem przegrody, uszkodzeniami spowodowanymi uderzeniami lub niezabezpieczonymi wspornikami rur.

Wszystkie czujniki komunikują się z bramą lokalną za pomocą-protokołów bezprzewodowych o niskim poborze mocy, takich jak LoRaWAN, Zigbee lub Bluetooth Mesh. Brama zbiera dane i przesyła je do-platformy analitycznej opartej na chmurze. Zestaw modernizacyjny IoT można zainstalować w ciągu jednego popołudnia na istniejącym wymienniku PTFE bez spawania, wiercenia lub zatrzymywania procesu.

Cloud Analytics – od surowych danych do przewidywań awarii
Modele uczenia maszynowego oparte na wcześniejszych wynikach wykorzystują zebrane dane – różnice temperatur, spadki ciśnienia, widma drgań. Warstwa analityczna systemu konserwacji predykcyjnej czujników IoT z PTFE wykonuje różne zadania:

Wykrywanie i różnicowanie zanieczyszczeń
Zanieczyszczenie po stronie płaszcza objawia się powolnym, stałym wzrostem spadku ciśnienia-po stronie płaszcza i stopniowym spadkiem obliczonego całkowitego współczynnika przenikania ciepła (wartość U-). Jeżeli utrata ciśnienia wzrasta, a różnica temperatur po stronie rury pozostaje stała, wówczas zanieczyszczenie może znajdować się wewnątrz rur. Model analizuje odczyty w czasie rzeczywistym z wartością bazową ustaloną podczas czyszczenia wymienników w nowym stanie.

Algorytmy uczenia maszynowego mogą wykryć drobną cechę wczesnego zanieczyszczenia na długo przed tym, zanim operator zauważy 5% spadek wydajności. Na przykład przewidywany alert jest aktywowany przez 2% tygodniowy wzrost ΔP po stronie powłoki, który byłby niezauważalny na mierniku analogowym, ale oczywisty w przypadku danych przesyłanych strumieniowo. System proponuje czyszczenie w następnym dostępnym terminie zaplanowanej konserwacji, a nie nieplanowany przestój.

Wzory rozpoznawania wibracji
Wiązki rurek PTFE są bardziej elastyczne niż wiązki metalowe i dlatego przy pewnych prędkościach przepływu są podatne na wibracje generowane przez przepływ. Stałe wibracje o niskiej częstotliwości (np. . 10-30 Hz) mogą oznaczać, że lampy uderzają o przegrody; wibracje o wyższej częstotliwości mogą oznaczać grzechotanie przegrody spowodowane luźnymi drążkami kierowniczymi. Platforma IoT uczy się normalnej sygnatury wibracji zdrowej maszyny i ostrzega w przypadku wystąpienia odchyleń. Jeśli amplitudy wibracji osiągną próg przez określony czas, zostanie zgłoszony alert w celu sprawdzenia.

Alarmy przekroczenia/asymetrii temperatury
W przypadku pracy z przeciwprądem podejście oparte na temperaturze (wlot ciepłej wody minus wypływ zimnego) jest wprost proporcjonalny do efektywności. Coraz częstsze podejście bez zmiany natężenia przepływu wskazuje na utratę powierzchni wymiany ciepła, która może być spowodowana zanieczyszczeniem, nieszczelnością obejścia lub zablokowaniem rury. Platforma IoT może wykryć różnicę temperatur (zimny wylot nad gorącym wylotem lub gorący wylot poniżej zimnego wlotu) i natychmiast powiadomić operatorów.

Monitorowanie IoT: Korzyści specyficzne dla PTFE
Wymienniki ciepła PTFE posiadają specjalne cechy, które ułatwiają zastosowanie czujnika i zwiększają niezawodność danych:

Odporność na korozję - W wymiennikach PTFE z płaszczami z tworzywa sztucznego lub-wyłożonymi z PTFE nie wystąpi żadna zewnętrzna korozja płaszcza. Czujniki są montowane na czystych, stabilnych powierzchniach, a obudowa zewnętrzna jest wolna od korozji i kamienia, które mogłyby zakłócać pomiary drgań. W przypadku skorup stalowych z wykładziną PTFE kontakt jest chemicznie obojętny.

Nie-powierzchnie zewnętrzne niezanieczyszczające - Niska energia powierzchniowa PTFE oznacza, że ​​na zewnątrz skorupy (w miejscu zamocowania czujników wibracji) nie gromadzi się gruby osad, który mógłby redukować sygnały wibracyjne lub izolować czujniki temperatury.

Niska masa termiczna - Cienkie ścianki pokryte PTFE lub-PTFE umożliwiają szybkie zmiany temperatury, dzięki czemu zaciskane-czujniki temperatury reagują na dynamikę procesu.

Funkcje te umożliwiają niezwykle powtarzalne odczyty czujnika z wymiennika PTFE i skutkują odczytami czujnika, które są silnie skorelowane z warunkami wewnętrznymi, umożliwiając w ten sposób uczenie modelu uczenia maszynowego na czystych, przewidywalnych danych.

Ekonomika wdrożenia: od jednostek wartych milion dolarów po floty średniej wielkości
W przeszłości rozwiązania w zakresie konserwacji predykcyjnej stosowano tylko w przypadku dużych i ważnych zasobów. Pełne oprzyrządowanie z podłączonymi czujnikami, dedykowanym systemem gromadzenia danych i specjalistycznym oprogramowaniem analitycznym może kosztować 20 000–20 000–50 000 USD za wymiennik. Koszt jednostkowy kompletnego zestawu modernizacyjnego (trzy czujniki temperatury, dwa czujniki różnicy ciśnień, jeden czujnik wibracji i bramka) spadł do około 1500–5000 dzięki nowym technologiom czujników IoT.

Koszt jest wystarczająco niski, aby wdrożyć go na wymiennikach średniej-wielkości, a nie tylko na jednostkach wartych milion dolarów. Wdrożenie IoT we wszystkich aktywach zakładu chemicznego lub zakładu odsalania wyposażonego w 20 wymienników PTFE to inwestycja kapitałowa o wartości od 30 000 do 100 000. Zwrot z inwestycji wynika z:

Krótsze przestoje - Dzięki alertom predykcyjnym możesz zaplanować czyszczenie lub naprawy podczas planowanych przestojów, dzięki czemu unikniesz nieprzewidzianych przestojów.

wydłużone okresy czyszczenia - Jeśli dane wskazują, że osadzanie się zanieczyszczeń rozwija się powoli, okres czyszczenia można bezpiecznie wydłużyć, oszczędzając środki chemiczne i robociznę.

Zapobieganie katastrofalnym awariom - Czujniki wibracji mogą wykryć luźną przegrodę, która może ocierać się o rurkę PTFE, jeśli nie zostanie oczyszczona, powodując wyciek-zanieczyszczeń krzyżowych.

Przetwórca substancji chemicznych zgłosił redukcję nieplanowanych incydentów konserwacyjnych o 70% w ciągu dwóch lat, przy czym system zwrócił się w ciągu dziewięciu miesięcy po zamontowaniu czujników IoT na sześciu wymiennikach PTFE.

Przetwarzanie brzegowe i cyfrowe bliźniaki: role
Dzisiejsze systemy wyposażone są w urządzenia brzegowe, które dokonują wstępnego przetwarzania danych na bramce i przesyłają jedynie ważne zdarzenia lub anomalie do chmury. Oszczędza to przepustowość i zapewnia powiadomienia w czasie rzeczywistym, nawet w przypadku sporadycznego połączenia z Internetem. Niektóre zaawansowane systemy generują także „cyfrowego bliźniaka” każdego wymiennika PTFE-dynamiczny model symulacyjny, który działa wraz z jednostką fizyczną. Cyfrowy bliźniak prognozuje oczekiwane temperatury i ciśnienia w zależności od bieżącego natężenia przepływu i warunków wlotowych. Jakakolwiek trwała różnica między zaobserwowanymi a przewidywanymi wynikami jest alarmem.

W przypadku wymienników PTFE, gdzie odkształcenie i pełzanie rurki zachodzą powoli, cyfrowy bliźniak może naśladować postępującą zmianę geometrii rurki i jej wpływ na spadek ciśnienia. Pomaga to systemowi odróżnić naturalne starzenie się od rozwijającej się wady.

Wyzwania i rozważania w praktyce
Technologia jest zaawansowana, ale… Nadal istnieją pewne wyzwania:

Moc i umiejscowienie czujnika Bezprzewodowe czujniki zasilane bateriami mają ograniczoną żywotność. Oznacza to, że w odległych lub trudno dostępnych lokalizacjach należy wymienić baterie w ramach konserwacji. Ale baterie są teraz standardowe, pięcioletnie.

Bezpieczeństwo danych i integracja - Analityka-oparta na chmurze wymaga bezpiecznego połączenia z siecią zakładową. Niektóre obiekty wybierają-serwery lokalne lub systemy brzegowe z zamkniętą-pętlą. Większość sprzedawców sprzedaje oba.

Szkolenia i zarządzanie zmianami - Operatorzy muszą ufać przewidywanym alarmom i dostosowywać procedury konserwacji. Po skutecznym wdrożeniu będzie zawierał pulpity nawigacyjne i alerty mobilne z jasnymi, praktycznymi poradami.

Przyszłość:-samokalibrujące się-czujniki zbierające energię
Pojawiające się technologie czujników obiecują znacznie niższy całkowity koszt posiadania. Piezoelektryczne czujniki wibracyjne do gromadzenia energii (wibracje mechaniczne na energię elektryczną) całkowicie eliminują akumulatory. Samokalibrujące się-czujniki temperatury, które oceniają swoje wyniki w porównaniu z wbudowanym-odniesieniem, nie wymagają ręcznej weryfikacji. Wraz z rozwojem sieci 5G i połączeń satelitarnych na niskiej-ziemskiej-orbicie nawet instalacje wymienników PTFE w odległych lokalizacjach będą miały niezawodny przesył danych typu backhas.

Wniosek
Konserwacja predykcyjna wymienników PTFE demokratyzuje zaawansowaną analitykę, wydłuża czas pracy i zmniejsza koszty eksploatacji dzięki IoT. Sekret polega na przekształceniu surowych danych w przydatne informacje dotyczące konserwacji. Bezprzewodowe czujniki wibracji, temperatury i ciśnienia można umieścić-w sposób nieinwazyjny i połączyć je w sieć z analityką w chmurze, aby wykrywać zanieczyszczenia, uszkodzenia przegród i obejścia przepływu na kilka dni lub tygodni, zanim spowodują one zakłócenie procesu. Natomiast w przypadku floty wymienników ciepła z PTFE, gdzie problemem nie jest korozja, lecz zanieczyszczenie i integralność mechaniczna, technologia ta zapewnia realny,-oszczędny sposób przejścia od konserwacji reaktywnej do konserwacji zapobiegawczej. Skończyły się czasy dyskretnego pogarszania się wydajności, nadeszła era przewidywania opartego na danych.