Aké technológie senzorov IoT sa objavujú pre prediktívnu údržbu na flotilách výmenníkov tepla z PTFE?

Výkon výmenníka tepla zvyčajne ticho klesá, až kým netesnosť alebo zablokovanie zastaví výrobu. Nízkonákladové bezdrôtové senzory je teraz možné namontovať na PTFE výmenníky, nepretržite monitorovať ich životné funkcie a odosielať údaje do algoritmov, ktoré predpovedajú nebezpečenstvo na niekoľko dní alebo týždňov vopred. Prísľub sa presúva od „behu-k-neúspechu“ k „udržiavaniu-podľa-predpovede“ a vývoj nových technológií senzorov internetu vecí umožňuje tento prechod pre flotily fluórpolymérových výmenníkov tepla. Pre prevádzkovateľov zariadení s mnohými PTFE plášťovými-a{9}}výmenníkmi rúr pri odsoľovaní, chemickom spracovaní alebo povrchovej úprave ponúkajú tieto technológie škálovateľnú cestu k zlepšeniu prevádzkyschopnosti a nižším nákladom počas životného cyklu.

The Sensor Suite: Účel-vybudovaný,{1}}nerušivý, bezdrôtový
Tradične sa monitorovanie výmenníkov tepla vykonáva ručným odčítaním vstupných/výstupných teplôt a tlakomerov, spravidla týždenne alebo mesačne. Toto prerušované zhromažďovanie údajov je nahradené nepretržitým, automatizovaným snímaním a prediktívnou údržbou založenou na IoT. Typická sada snímačov pre PTFE výmenník tepla zahŕňa:

Svorka-na teplotných senzoroch – Pripája sa k vstupnému a výstupnému potrubiu na strane plášťa aj rúry Nerušivé konštrukcie sa pripevňujú na vonkajšiu stenu potrubia bez prerušenia procesu. Tieto snímače sú rovnako použiteľné pre PTFE výmenníky s plastovým plášťom alebo obloženým oceľovým plášťom.

Snímače diferenčného tlaku - Naprieč bočnými dýzami plášťa a cez bočné dýzy trubice . Používajú sa na posúdenie poklesu tlaku; dôležitým znakom znečistenia alebo zmien v distribúcii prietoku. Bezdrôtové snímače diferenčného tlaku sú ponúkané s 3–5 ročnou životnosťou batérie.

Bezdrôtové snímače vibrácií - Inštalujú sa priamo na povrch plášťa v blízkosti vstupnej trysky alebo v strede zväzku rúrok. Akcelerometre snímajú aberantné vibrácie spôsobené vibráciami-vyvolanými prúdením, chrastením ozvučnice, poškodením nárazom alebo nezabezpečenými podperami rúrok.

Všetky senzory komunikujú s lokálnou bránou pomocou nízkoenergetických bezdrôtových protokolov, ako sú LoRaWAN, Zigbee alebo Bluetooth Mesh. Brána zhromažďuje údaje a posiela ich na cloudovú-analytickú platformu. IoT retrofit kit možno nainštalovať popoludní na existujúci PTFE výmenník bez zvárania, vŕtania alebo odstavenia procesu.

Cloudová analytika – od nespracovaných údajov po predpovede zlyhania
Modely strojového učenia založené na minulom výkone využívajú zozbierané údaje – teplotné rozdiely, poklesy tlaku, spektrá vibrácií. Analytická vrstva systému prediktívnej údržby snímačov IoT PTFE plní rôzne úlohy:

Detekcia a diferenciácia znečistenia
Znečistenie na strane plášťa je indikované pomalým konštantným zvyšovaním tlakového spádu-na strane plášťa a postupným poklesom vypočítaného celkového súčiniteľa prestupu tepla (hodnota U-). Ak sa tlaková strata zvýši a teplotný rozdiel na strane rúrky zostane konštantný, znečistenie by mohlo byť vo vnútri rúrok. Model analyzuje údaje v reálnom čase so základnou líniou stanovenou počas nového stavu čistenia výmenníkov.

Algoritmy strojového učenia dokážu odhaliť drobnú charakteristiku skorého znečistenia oveľa skôr, ako by ľudský operátor zaznamenal 5% pokles výkonu. Napríklad predpovedaná výstraha sa aktivuje 2 % týždenným zvýšením ΔP na strane plášťa, čo by bolo na analógovom meradle nepostrehnuteľné, ale pri streamovaných údajoch zrejmé. A systém namiesto neplánovanej odstávky navrhne čistenie v najbližšom dostupnom okne plánovanej údržby.

Vzory rozpoznávania vibrácií
Zväzky PTFE rúrok sú flexibilnejšie ako kovové zväzky, a preto sú náchylné na vibrácie generované prúdením pri určitých prietokoch. Stabilné nízkofrekvenčné vibrácie (napr. . 10-30 Hz) môžu znamenať, že elektrónky narážajú na prepážky; vibrácie s vyššou frekvenciou môžu znamenať rachotenie usmerňovacej dosky od uvoľnených spojovacích tyčí. Platforma IoT sa učí normálny vibračný podpis zdravého stroja a upozorní, keď dôjde k odchýlke. Ak amplitúdy vibrácií dosiahnu prahovú hodnotu po určitý čas, spustí sa výstraha na kontrolu.

Alarmy teplotného kríža/asymetrie
Pri protiprúdovej prevádzke je teplotný prístup (prívod horúcej vody mínus odtok chladu) priamo úmerný účinnosti. Zvyšujúci sa prístup bez zmeny prietokov naznačuje stratu oblasti prenosu tepla, ktorá môže byť spôsobená znečistením, netesnosťou bypassu alebo zablokovaním potrubia. Platforma IoT dokáže detekovať teplotný kríž (studený výstup nad horúcim výstupom alebo horúci výstup pod studeným vstupom) a okamžite upozorniť operátorov.

Monitorovanie internetu vecí: Výhody špecifické pre PTFE
Výmenníky tepla z PTFE majú špeciálne vlastnosti, ktoré uľahčujú aplikáciu senzorov a uľahčujú údaje:

Odolnosť proti korózii - Vo výmenníkoch z PTFE s plastovým alebo PTFE-obloženým plášťom sa nevyskytuje žiadna vonkajšia korózia. Snímače sú namontované na čistých, stabilných povrchoch a vonkajší plášť je bez korózie alebo vodného kameňa, ktorý by mohol rušiť merania vibrácií. Pri oceľových plášťoch s PTFE výstelkou je kontakt chemicky inertný.

Neznečisťujúce sa{0}}vonkajšie povrchy - Nízka povrchová energia PTFE znamená, že vonkajšia časť plášťa (kde sú pripevnené snímače vibrácií) nezhromažďuje hrubé usadeniny, ktoré by mohli znížiť signály vibrácií alebo izolovať snímače teploty.

Nízka tepelná hmotnosť - Tenké steny potiahnuté PTFE alebo PTFE-umožňujú rýchly priebeh teplotných zmien, takže upínacie-snímače teploty reagujú na dynamiku procesu.

Tieto funkcie umožňujú extrémne reprodukovateľné hodnoty snímačov z PTFE výmenníka a vedú k hodnotám snímača, ktoré vysoko korelujú s vnútornými podmienkami, čím umožňujú model strojového učenia trénovať na čistých, predvídateľných údajoch.

Ekonomika nasadenia: Od miliónových jednotiek po stredne veľké flotily
V minulosti sa riešenia prediktívnej údržby aplikovali len na veľké a dôležité aktíva. Kompletné prístrojové vybavenie s pripojenými senzormi, špecializovaným systémom zberu údajov a špecializovaným analytickým softvérom by mohlo stáť 20 000 – 20 000 – 50 000 USD na výmenník. Náklady na jednotku za kompletnú súpravu pre modernizáciu (tri snímače teploty, dva snímače diferenčného tlaku, jeden snímač vibrácií a brána) klesli na približne 1 500 – 5 000 v dôsledku nových technológií snímačov IoT.

Náklady sú dostatočne nízke na nasadenie na stredne{0}}veľkých výmenníkoch, nielen na jednotkách miliónov dolárov. Implementácia internetu vecí vo všetkých aktívach v chemickom závode alebo odsoľovacej prevádzke, ktorá má 20 výmenníkov PTFE, predstavuje kapitálovú investíciu od 30 000 do 100 000. Návratnosť investície sa odvíja od:

Menej prestojov - Vďaka prediktívnym upozorneniam môžete počas plánovaných prestojov zariadiť čistenie alebo opravy, aby ste sa vyhli neočakávaným zastávkam.

predĺžené intervaly čistenia - Ak údaje ukazujú, že znečistenie sa vyvíja pomaly, obdobie čistenia možno bezpečne predĺžiť, čím sa ušetria chemikálie a práca.

Predchádzanie katastrofickým zlyhaniam - Vibračné senzory dokážu odhaliť uvoľnenú priehradku, ktorá by sa mohla v prípade neošetrenia pretrieť cez PTFE hadičky a vytvoriť tak krížový-únik kontaminácie.

Chemický procesor ohlásil 70 % zníženie neplánovaných nehôd údržby počas dvoch rokov, pričom systém sa sám zaplatil za deväť mesiacov po umiestnení senzorov internetu vecí na šesť PTFE výmenníkov.

Edge Computing a digitálne dvojičky: Úlohy
Dnešné systémy majú okrajové výpočtové zariadenia, ktoré vykonávajú určité počiatočné spracovanie údajov na bráne a iba prenášajú dôležité udalosti alebo anomálie do cloudu. To šetrí šírku pásma a poskytuje upozornenia v reálnom čase aj v prípade prerušovaného internetového pripojenia. Niektoré pokročilé systémy tiež generujú „digitálne dvojča“ každého PTFE výmenníka-dynamický simulačný model, ktorý funguje spolu s fyzickou jednotkou. Digitálne dvojča predpovedá očakávané teploty a tlaky ako funkciu aktuálnych prietokov a podmienok nasávania. Akýkoľvek trvalý rozdiel medzi pozorovaným a plánovaným výkonom je alarmom.

Pre PTFE výmenníky, kde dochádza k deformácii a tečeniu rúr pomaly, môže digitálne dvojča napodobňovať progresívnu zmenu geometrie rúr a jej vplyv na pokles tlaku. To pomáha systému rozlišovať medzi prirodzeným starnutím a vyvíjajúcim sa defektom.

Výzvy a úvahy v praxi
Technológia je pokročilá, ale... Stále existujú určité výzvy:

Výkon a umiestnenie senzora Bezdrôtové senzory napájané batériami majú obmedzenú životnosť. To znamená, že na vzdialených alebo ťažko dostupných miestach je potrebné vymeniť batérie v rámci údržby. Batérie sú však teraz štandardné päť{2}}ročné.

Zabezpečenie a integrácia údajov - Cloudová{1}}analytika vyžaduje bezpečné prepojenie so sieťou závodu. Niektoré zariadenia si vyberajú-miestne servery alebo uzavreté{4}}okrajové systémy. Väčšina predajcov predáva oboje.

Školenie a riadenie zmien - Operátori musia dôverovať predpovedaným alarmom a prispôsobiť postupy údržby. Po efektívnej implementácii bude obsahovať ovládacie panely a mobilné upozornenia s jasnými a použiteľnými radami.

Budúcnosť: Samo{0}}kalibračné energetické-senzory zberu
Nové senzorové technológie sľubujú podstatne nižšie celkové náklady na vlastníctvo. Senzory vibrácií na zber piezoelektrickej energie (mechanické vibrácie na elektrinu) úplne eliminujú batérie. Samo{2}}kalibračné snímače teploty, ktoré vyhodnocujú svoje výsledky na základe-vstavanej referencie, nevyžadujú manuálne overenie. S nárastom 5G a satelitného pripojenia na nízkej-zemskej-obežnej dráhe budú mať spoľahlivé dátové prenosy aj inštalácie výmenníkov PTFE na vzdialených miestach.

Záver
Prediktívna údržba výmenníkov PTFE demokratizuje sofistikovanú analytiku, zvyšuje prevádzkyschopnosť a znižuje náklady na životnosť vďaka internetu vecí. Tajomstvom je premeniť nespracované údaje na použiteľné prehľady údržby. Bezdrôtové snímače vibrácií, teploty a tlaku je možné umiestniť -nedotieravo a prepojiť ich s cloudovou analytikou, aby sa zistilo znečistenie, poškodenie usmerňovačov a obchádzanie prietoku niekoľko dní alebo týždňov predtým, ako spôsobia narušenie procesu. A vo flotilách PTFE výmenníkov tepla, kde nie je problémom korózia, ale zanášanie a mechanická integrita, táto technológia poskytuje životaschopný, nákladovo{4}}efektívny spôsob prechodu z reaktívnej na prediktívnu údržbu. Čas nenápadného znižovania výkonu je za nami, éra predpovedí založených na údajoch je pred nami.