O declínio gradual do desempenho
Um trocador de calor de PTFE que antes mantinha a temperatura do banho com 60% de abertura da válvula de vapor agora requer 85% de abertura para a mesma operação. A pressão do vapor permanece inalterada. A temperatura-do lado do processo e a vazão estão normais. O condensado é drenado sem problemas. O declínio do desempenho sugere um aumento gradual na resistência ao fluxo no lado do vapor.
O bloqueio parcial do tubo é a causa provável. Resíduos da tubulação de vapor-incrustações de tubos, resíduos de sólidos da caldeira, fragmentos de juntas deterioradas-entram no coletor do trocador de calor e se alojam em entradas de tubos individuais. Cada tubo bloqueado remove uma fração da superfície total de transferência de calor. Os tubos restantes devem suportar todo o serviço térmico, exigindo maior fluxo de vapor por tubo e maior queda de pressão do vapor através do feixe.
O bloqueio é invisível do lado de fora. Os tubos parecem idênticos, estejam fluindo ou bloqueados. A medição da pressão diferencial na entrada de vapor e na saída de condensado fornece um método não-invasivo para detectar e quantificar o bloqueio.
O Princípio da Pressão Diferencial
O vapor que flui através de um feixe de tubos sofre uma queda de pressão. A queda de pressão é proporcional à vazão ao quadrado (para fluxo turbulento) e inversamente proporcional ao número de tubos em paralelo. À medida que os tubos ficam bloqueados, o fluxo por tubo restante aumenta e a queda de pressão total através do feixe aumenta para o mesmo fluxo total de vapor.
A pressão diferencial de base é estabelecida quando o trocador de calor é novo ou após a limpeza. A medição da linha de base é registrada a uma vazão e pressão de vapor conhecidas. As medições subsequentes são comparadas com esta linha de base sob as mesmas condições operacionais.
Um aumento na pressão diferencial de mais de 15-20% acima da linha de base, com todas as outras condições iguais, indica bloqueio significativo do tubo. Um aumento de mais de 50% sugere que 20-30% dos tubos podem estar bloqueados.
Tabela 1: Interpretação de Pressão Diferencial para Conjuntos de Tubos Trocadores de Calor de PTFE
| Mudança de pressão diferencial da linha de base | Tubos bloqueados estimados (%) | Impacto no desempenho | Ação recomendada |
|---|---|---|---|
| < 10% | < 5% | Insignificante | Continuar monitorando |
| 10-20% | 5-10% | Menor; perceptível em alta demanda | Agendar inspeção na próxima manutenção |
| 20-40% | 10-20% | Moderado; aumento do consumo de vapor | Inspecione e limpe na próxima oportunidade |
| 40-70% | 20-30% | Significativo; pode não cumprir o horário de pico | Priorize a inspeção e limpeza |
| > 70% | > 30% | Forte; não pode cumprir o dever de projeto | Inspeção e limpeza imediatas |
A interpretação pressupõe pressão constante de fornecimento de vapor e condições do-processo. Alterações nestes parâmetros devem ser compensadas antes da aplicação da tabela.
Realizando a Medição de Pressão Diferencial
A pressão diferencial é medida entre uma tomada de pressão no coletor de entrada de vapor e uma tomada de pressão no coletor de saída de condensado. As torneiras devem ser instaladas durante a fabricação inicial. Para instalações existentes sem torneiras, podem ser usadas conexões temporárias nas portas de medição existentes ou conexões de ventilação.
A medição requer um manômetro ou transmissor de pressão diferencial com faixa apropriada para a queda de pressão esperada-normalmente 0-1 bar para a maioria dos conjuntos de trocadores de calor de PTFE. O medidor deve ser calibrado e a medição registrada em condições operacionais de estado estacionário.
A medição é mais diagnóstica quando realizada com uma vazão de vapor consistente. A taxa de fluxo pode ser inferida a partir da taxa de fluxo de condensado ou calculada a partir da taxa de calor. A posição da válvula de controle pode servir como um indicador aproximado se as características da válvula forem conhecidas.
Localizando o bloqueio
Uma medição da pressão diferencial total através do feixe confirma que existe bloqueio, mas não identifica quais tubos estão bloqueados. A localização requer etapas adicionais de diagnóstico.
A termografia infravermelha do feixe de tubos, quando acessível, identifica tubos frios que não estão recebendo fluxo de vapor,-a marca registrada do bloqueio completo. Tubos parcialmente bloqueados podem apresentar uma temperatura reduzida em comparação com tubos totalmente abertos.
O teste de fluxo de tubo individual, se o projeto do coletor permitir acesso a entradas de tubo individuais, fornece identificação definitiva. Cada tubo é isolado e testado quanto à capacidade de fluxo usando ar comprimido ou água a uma pressão controlada. Tubos com queda de pressão significativamente maior que a média do feixe estão parcialmente bloqueados.
Investigação de origem de detritos
O bloqueio recorrente do tubo indica uma fonte de detritos sistémicos que deve ser identificada e eliminada. Os filtros de vapor a montante do trocador de calor devem ser inspecionados. Se os filtros estiverem ausentes ou danificados, detritos da tubulação de vapor poderão atingir as entradas dos tubos.
O transporte da caldeira-gotículas de água arrastadas pelo vapor que transportam sólidos dissolvidos-podem depositar sólidos dentro dos tubos à medida que a água evapora. A melhor separação do vapor na caldeira reduz esta fonte.
Resíduos de corrosão da tubulação de vapor a montante, especialmente de seções que não são de aço inoxidável, descamam e viajam com o vapor. A substituição de tubulações corroídas ou instalação de filtros de tamanho adequado aborda esta fonte.
Resumo
O bloqueio parcial do tubo em trocadores de calor de PTFE é diagnosticado comparando-se a pressão diferencial do lado do vapor no pacote com a linha de base limpa. Aumentos superiores a 15-20% indicam bloqueio significativo. A localização de tubos bloqueados utiliza termografia infravermelha ou teste de fluxo de tubo individual.
O bloqueio recorrente justifica a investigação do sistema de vapor em busca de fontes de detritos -filtros inadequados, transferência de caldeira ou corrosão da tubulação a montante. Eliminar a fonte de detritos é a solução-de longo prazo.
O suporte de engenharia para configuração de medição de pressão diferencial e diagnóstico de bloqueio está disponível mediante envio de configuração de feixe, condições de vapor, dados de pressão de linha de base e quaisquer tendências de desempenho observadas.
