¿Cómo detectar y cuantificar una corriente interna-de derivación lateral mediante imágenes térmicas?

Dentro de la carcasa negra sellada de un intercambiador de calor de PTFE, una fuga interna invisible está afectando el rendimiento. El fluido del lado de la carcasa- está desviando el haz de tubos a través de una interfaz deflectora defectuosa o un sello dañado y no sigue la dirección de flujo deseada. El intercambiador todavía está funcionando, las presiones son normales y no hay fugas afuera". Sin embargo, una fracción del fluido del proceso hace un cortocircuito-directamente a la salida y, por lo tanto, la eficiencia térmica disminuye silenciosamente. Afortunadamente, este desvío encubierto deja un rastro térmico en el exterior de la carcasa, un patrón de calor discreto que una astuta cámara infrarroja puede detectar sin alterar ni un solo perno.

Las imágenes térmicas se conocen como una de las técnicas de diagnóstico no-invasivas más eficaces para descubrir problemas de derivación del lado de la carcasa en intercambiadores de calor de PTFE en circunstancias de proceso en vivo.

Comprensión del flujo de derivación en el lado de la carcasa
En un intercambiador de carcasa y tubos que funciona correctamente, el fluido del lado de la carcasa-se empuja para que fluya a través del haz de tubos en un patrón controlado establecido por deflectores y sistemas de sellado.

Este movimiento de flujo cruzado es importante ya que:

Maximiza la transmisión de calor.

Prefiere la turbulencia

Elimina el agua estancada

Aumenta la eficiencia térmica.

Garantiza que la cáscara se use uniformemente

A medida que se desarrolla la derivación, una fracción del fluido del lado de la carcasa desvía completamente el canal de flujo previsto.

El fluido no viaja a través de los tubos de PTFE sino que sale por

Sellos deflectores dañados

Espacios entre los deflectores y la pared de la carcasa.

Placas divisorias fallidas

Los componentes internos están corroídos.

Las interfaces del paquete no están colocadas correctamente

La corriente que se escapa se precipita hacia la salida con poca transferencia de calor significativa.

Cómo funciona la imagen térmica
Una corriente de derivación forma una anomalía de temperatura local en la carcasa del intercambiador.

El fluido desviado todavía está a una temperatura muy diferente a la del entorno de la carcasa y, por lo tanto, la pared de acero de la carcasa sobre la corriente rebelde tiene una distribución de temperatura superficial diferente.

La cámara térmica ve el fantasma de la corriente rebelde, pintado con calor sobre la piel del caparazón.

Esta disparidad de temperatura es más evidente durante un cambio en la temperatura controlada del proceso.

Crear un cambio de paso de temperatura
La mejor forma de diagnóstico es inducir, intencionadamente, un cambio rápido de temperatura en la entrada del lado de la cáscara.

A continuación se muestran varios ejemplos:

Agua fría versus agua tibia

Se introduce un fluido de proceso más caliente

Ajuste de temperatura a corto plazo-del suministro de agua de refrigeración

Cambiar los parámetros del circuito de recirculación

El objetivo es crear un frente térmico que se propague en el intercambiador de calor.

La importancia de las variaciones controladas de temperatura
El cambio de temperatura debería ser suficiente para producir un claro contraste térmico en el exterior de la carcasa.

Sin embargo, la transición de temperatura no debe ser demasiado agresiva.

Los sistemas de tubos de PTFE tienen una menor tolerancia al choque térmico rápido que los sistemas de tubos metálicos. Los cambios excesivos de temperatura pueden provocar tensiones mecánicas adicionales en el haz del intercambiador.

Por lo tanto, para un diagnóstico seguro es preferible tener un paso de temperatura moderado pero distinto.

Realización del escaneo térmico
Una cámara infrarroja de alta-resolución escanea constantemente la superficie de la capa exterior una vez que comienza el cambio de temperatura.

Patrón térmico saludable del intercambiador de calor
Como regla general, un intercambiador que funciona normalmente muestra:

Un gradiente de temperatura constante

Transiciones térmicas lentas

Dispersión uniforme del calor a lo largo de la longitud de la carcasa.

Incluso la disminución térmica desde la entrada hasta la salida

La temperatura de la superficie de la cáscara cambia lentamente durante la conducción típica de calor a través del haz.

Firma térmica de flujo de derivación
Un desvío en el lado del caparazón cuenta una historia muy diferente.

El escaneo termográfico muestra una imagen diferente:

Una tira caliente continua

Un canal frío por el caparazón

Un parche térmico confinado.

Un patrón de temperatura que no es simétrico.

Rápida propagación térmica a la región de salida.

Esta anomalía sigue la ruta del fluido de derivación a medida que se desvía alrededor del haz de tubos.

En circunstancias severas, la firma térmica puede ir casi directamente desde la entrada hasta la salida.

Distinguir entre fugas localizadas y generales
Un beneficio clave de los métodos de detección de PTFE con derivación lateral de la carcasa de imágenes térmicas es la capacidad de discriminar entre diferentes tipos de fallas.

Fuga generalizada a través del deflector
Las fugas internas a gran escala aparecen como:

Las anomalías de temperatura están generalizadas

Difuminado térmico, ancho

Menor uniformidad térmica en general

Muchos puntos calientes o fríos superpuestos

Este patrón puede deberse a la edad de los sellos o a la degradación general de las partes internas del intercambiador.

Bypass localizado de fallas
Por lo general, un solo sello defectuoso o una partición dañada causará:

Una delgada línea térmica

Un canal bien definido.

Zonas de concentración frías y calientes.

Varias firmas de flujo direccional

Este comportamiento localizado permite al personal de mantenimiento reducir en gran medida el tamaño del área de inspección antes del cierre.

4.4. Cuantificación de la gravedad del bypass
La termografía es más que simplemente encontrar un defecto. También puede obtener una estimación de la gravedad en un entorno controlado.

Evaluación cualitativa
En muchos escenarios industriales una imagen cualitativa es adecuada para confirmar:

Existencia de flujo de derivación

Ubicación del bypass (aprox.)

Intensidad relativa de la fuga

Progresión del deterioro con el tiempo.

Esta información suele ser suficiente para justificar una actividad de mantenimiento planificada.

Análisis Térmico Cuantitativo
Un análisis más sofisticado puede estimar:

Fracción relativa del flujo de derivación;

Magnitud de la diferencia de temperatura

Grado de deterioro de la transferencia de calor.

Velocidad térmica de propagación.

Se requieren varios factores para las mediciones cuantitativas:

Una cámara infrarroja calibrada

Absortividades conocidas de la pared de la concha

Condiciones ambientales estables

Ángulos de visión uniformes

Temperaturas controladas por el proceso

Se requiere corrección de emisividad para las lecturas de temperatura, pero los patrones visuales siguen siendo relevantes para el diagnóstico.

Ventajas sobre los métodos de inspección convencionales
La inspección lateral-de rutina del armazón generalmente requiere:

El intercambiador está apagado

Aislamiento y drenaje.

quitando el paquete

Desmontaje a ciegas

Corte prolongado

La termografía evita muchas de estas interrupciones.

Ventajas del diagnóstico no invasivo
Las principales ventajas operativas son:

Función de inspección en línea

Sin paralización de la producción

Detección rápida de defectos

Reducción de la incertidumbre en los planes de mantenimiento.

Detección temprana de fallas

Orientación de reparación mejorada

En lugar de derribar un intercambiador al azar, un equipo de mantenimiento puede planificar actividades de reparación específicas para la próxima parada programada.

Factores que influyen en la calidad de la imagen
Varias cuestiones prácticas afectan la claridad de las firmas de derivación térmica.

Estado de la superficie del caparazón
El estado de la pintura, la oxidación, la humedad y el aislamiento afectan el comportamiento de la emisividad infrarroja.

Ambiente de flujo de aire
Los altos caudales de aire sobre la carcasa pueden provocar una distorsión de las temperaturas de la superficie externa.

Quitar el aislamiento
A menudo es necesario retirar el blindaje temporal para poder escanear con precisión la superficie desnuda del armazón.

Tiempo de estabilización térmica.
Debe pasar suficiente tiempo para que el frente de temperatura se propague a través de la cáscara y produzca un contraste visible en el exterior.

Aplicaciones en sistemas de intercambiadores de calor de PTFE
Los diagnósticos por imágenes térmicas son particularmente útiles para los intercambiadores de PTFE, ya que no siempre se pueden aplicar procedimientos de inspección invasivos y agresivos a los tubos de polímero.

Los usos comunes incluyen:

Equipos de proceso químico

Circuitos de refrigeración ácidos.

Intercambiadores de calor de recuperación de disolventes

Máquinas de acabado de superficies

Refrigeración de procesos de semiconductores

Sistemas térmicos en farmacia.

En particular, en estas condiciones se debe mantener el tiempo de actividad y diagnosticar las pérdidas de calor ocultas.

Conclusión
Las imágenes térmicas proporcionan una potente herramienta no-contacto ni-invasiva para revelar corrientes de derivación ocultas del lado-de la carcasa en intercambiadores de calor de PTFE. Los patrones térmicos en el exterior de la carcasa se pueden usar para ver las rutas de flujo de derivación de manera rápida y precisa sin la necesidad de abrir el equipo aplicando un cambio gradual de temperatura controlado.

PTFE En el campo más amplio de la detección de derivación del lado de la carcasa en imágenes térmicas, este método proporciona una confirmación visual rápida de fugas internas, identifica regiones específicas de falla y permite evaluar el nivel de disminución del rendimiento térmico. Las franjas claras de calor o frío en la superficie de la carcasa suelen ser una buena indicación de exactamente dónde el fluido escapa del control de flujo efectivo.

Las imágenes térmicas se están convirtiendo cada vez más en una visión operativa de rayos X-para equipos de proceso con el desarrollo continuo de tecnologías de diagnóstico industrial. En muchas circunstancias, las herramientas de resolución de problemas más útiles son aquellas que pueden diagnosticar la condición sin tener que cerrar primero el proceso.