Императивът за нулево-престой
Система за нагряване на фармацевтичен реактор за непрекъснат-процес на синтез на активни фармацевтични съставки не може да толерира спиране на производството. Процесът протича 330 дни в годината. Непланираното спиране струва $180 000 на ден поради загуба на производство и изисква 3 дни за възстановяване на стабилно-състояние на качеството на продукта. Топлообменникът е едноточков-риск от повреда: ако една тръба изтече, целият топлообменник трябва да бъде изолиран и производството спира до приключване на ремонта.
Излишният дизайн,-включващ допълнителен капацитет, така че отказът на който и да е отделен компонент да не намалява мощността на системата под необходимия минимум-е стандартна практика за помпи, компресори и електрически системи. Това е по-рядко срещано за топлообменници, където цената на допълнителна повърхност исторически се е считала за непосилна.
PTFE топлообменник с излишни тръбни проходи променя това изчисление. По-ниската цена на материала на PTFE в сравнение с високо-легираните метали, съчетана със способността за изолиране на отделни тръбни проходи, прави резервирането на N+1 икономически осъществимо за критични приложения за отопление.
Концепцията за резервиране на N+1 Pass
Топлообменникът е разделен на N+1 независими прохода на тръбата, където N е броят проходи, необходими за подаване на пълната проектна топлинна мощност. Всеки проход има собствен спирателен вентил за подаване на пара, спирателен клапан за изхода на кондензата и парен уловител. Проходите споделят общ колектор за подаване на пара и колектор за връщане на кондензат, но всеки проход може да бъде индивидуално изолиран.
По време на нормална работа всички N+1 пропуска са в експлоатация. Всеки проход работи с част от максималния си капацитет, с по-ниска скорост на парата и по-ниско натоварване на кондензат. Намаленото натоварване удължава живота на тръбата чрез намаляване на скоростта на пълзене и минимизиране на ерозията.
Ако едно преминаване развие теч, той се изолира чрез затваряне на подаващия и връщащия клапан. Останалите N проходи все още са в състояние да осигурят пълната проектна топлинна мощност-те са били оразмерени за тази непредвидена ситуация. Изтичащият канал се източва и се оставя изолиран до следващия период на планирана поддръжка, когато може да бъде ремонтиран или сменен. Производството продължава без прекъсване.
| Параметър за излишък | Стандартен дизайн (без резервиране) | N+1 излишен дизайн |
|---|---|---|
| Брой независими тръбни проходи | 1 | N+1 (напр. 4 пропуска за N=3) |
| Топлинна мощност на преминаване (част от общото) | 1.0 (100%) | 1/N (33% за N=3) |
| Капацитет с едно преминаване изолиран | 0% (пълно изключване) | 100% (все още са налични N пропуска) |
| Конфигурация на подаването на пара | Единичен клапан, един колектор | Индивидуален изолационен вентил на преминаване; обща заглавка |
| Конфигурация на конденза | Единичен капан | Индивидуален сифон и изолационен вентил на преминаване |
| Преминете времето за изолация след откриване на теч | N/A (изолиран целия обменник) | < 5 minutes (close two valves) |
| Производствено въздействие от повреда на една тръба | Точка; 1-3 дни престой | Няма; продължи работа на пълен капацитет |
| Допълнителна повърхност срещу не-излишна | N/A | +33% (за N=3 с 4 преминавания) |
| Допълнителни разходи срещу не-излишен PTFE | N/A | +25-30% (допълнителни тръби, клапани, сифони) |
Логиката за откриване и изолиране на течове
Всяко излишно преминаване изисква независимо откриване на течове, за да се определи кое преминаване е неуспешно. Сондите за проводимост при всеки изход за кондензат (както е описано в предишен анализ) осигуряват-откриване в реално време. Когато се открие отклонение в проводимостта при едно преминаване, системата за управление задейства аларма и идентифицира засегнатия проход.
Изолирането е ръчно или автоматизирано в зависимост от критичността на процеса. Автоматизираната изолация използва пневматично задействани сферични кранове при подаването на пара и връщането на кондензат при всяко преминаване. При откриване на теч, вентилите на засегнатия проход се затварят автоматично в рамките на секунди. Операторът е предупреден и може да провери изолацията, докато останалите проходи продължават да нагряват.
За най-критичните приложения е посочено автоматично изолиране с ръчно нулиране. Системата автоматично изолира изтичащия пропуск, но изисква намеса на оператора, за да възстанови този пропуск в експлоатация-като предотвратява автоматични цикли, ако сигналът за откриване на теч варира.
Обосновката на разходите-ползите
Допълнителните разходи за резервиране на N+1 са приблизително 25-30% от базовите разходи за PTFE топлообменник. За фармацевтичния пример с $180 000 на ден разходи за престой, инвестицията за резервиране се възстановява, ако предотврати нито един ден загуба на производство през 15-годишния живот на оборудването. Вероятността от поне една повреда на тръбата по време на 15 години непрекъсната работа е значителна - дори за PTFE, който има отлична надеждност, но не е имунизиран срещу евентуална повреда при пълзене или случайна механична повреда.
Инвестицията за резервиране е застраховка срещу събитие, което е статистически вероятно през дългия живот на оборудването. Когато цената на единичен престой надвиши допълнителните разходи за резервиране с фактор 10-100, икономическият аргумент е убедителен.
Резюме
PTFE топлообменник с N+1 резервни прохода на тръбата позволява продължителна работа с пълен-капацитет след повреда на една тръба. Всеки проход е независимо изолируем със специални вентили за подаване на пара и връщане на кондензат. Откриването на теч на всеки изход за кондензат идентифицира неуспешния проход, който е изолиран, докато останалите N проходи продължават да нагряват.
25-30% допълнителни разходи за резервиране са оправдани, когато цената на едно прекъсване на производството надвишава инвестицията за резервиране – условие, изпълнено в повечето фармацевтични, космически и непрекъснати химически процеси.
Инженерна поддръжка за резервни спецификации на PTFE топлообменник е налична при подаване на проектна топлинна мощност, разходи за престой, приемлив брой преминавания на тръбите и предпочитания за автоматизация за задействане на изолационния вентил.
