Como detectar um vazamento no tubo usando uma câmera termográfica durante a operação?

Um trocador de calor com tubo-de PTFE está funcionando e há suspeita de um pequeno vazamento interno no tubo. A forma convencional é desligar o processo, drenar a unidade e testar a pressão. Mas uma câmera termográfica portátil e sensível apontada para o exterior do invólucro de metal pode frequentemente observar o fantasma térmico invisível de um vazamento enquanto o trocador ainda está funcionando. O fluido frio que escorre de um orifício dentro de um tubo gera um ponto localizado e incomumente frio na parede externa da concha – um ponto fresco revelador em um mar de calor uniforme.

Como encontrar um vazamento oculto no tubo usando imagens térmicas
O princípio do diagnóstico do trocador de PTFE com detecção de vazamento por imagem térmica é simples. Em um trocador de calor de casco e tubo padrão, as paredes dos tubos dividem dois fluidos. Um fluido (normalmente a corrente de processo mais quente ou mais fria) passa através dos tubos enquanto o outro fluido passa pelo lado do casco. A superfície externa do invólucro geralmente tem um perfil de temperatura suave e razoavelmente uniforme, com pequenas alterações devido aos posicionamentos dos defletores, bocais de entrada/saída e convecção natural.

Se um único tubo de PTFE apresentar vazamento ou rachadura, o fluido no tubo fluirá para o lado do casco. Se o fluido no lado do tubo estiver a uma pressão mais alta (como é frequente para evitar a contaminação do lado do invólucro), o fluido vazando jorra para fora do orifício e colide com tubos adjacentes ou diretamente na parede interna do invólucro. Esse fluxo de fluido localizado está a uma temperatura diferente do fluido lateral do invólucro a granel. O diferencial de temperatura pode ser tão baixo quanto 2-5 graus e tão alto quanto 20-30 graus, dependendo do processo.

A parede do invólucro metálico é um excelente condutor de calor. A área de contato do fluido vazando com a superfície interna do invólucro atinge rapidamente a temperatura do fluido vazando. Isto é observado do lado de fora através de uma câmera de imagem térmica sensível (às vezes chamada de câmera infravermelha ou IR) como um ponto frio localizado e persistente (ou ponto quente, se o fluido vazando for mais quente que o fluido do lado do casco). O ponto normalmente é bem pequeno (alguns centímetros de diâmetro) e sua localização precisa é o ponto onde o jato atinge o interior do casco.

Procedimento de verificação térmica: procedimento de campo passo-a-passo
A imagem térmica é um método rápido e não{0}invasivo que pode ser executado enquanto o trocador está operando em capacidade total e sem a necessidade de drenar qualquer fluido ou despressurizar-o sistema. Defendemos o seguinte procedimento.

1. Limpe a superfície do trocador
A superfície externa da carcaça deve estar limpa, seca e livre de isolamento (pelo menos na região que está sendo escaneada). O isolamento pode ser removido temporariamente em uma faixa ou janela minúscula. Falsas reflexões térmicas podem ser causadas por detritos, óleo ou água na superfície da carcaça ou a temperatura real pode ser ocultada. Basta uma simples limpeza com uma toalha seca.

2. Escolha a câmera térmica apropriada
Recomendado: câmera térmica de alta-resolução com sensibilidade térmica (NETD) menor ou igual a 0,05 grau (50 mK). Câmeras de-custo mais baixo (por exemplo, sensibilidade de. 0.10 graus) ainda podem detectar vazamentos maiores, mas não detectarão variações menores de temperatura. O campo de visão da câmera deve ser adequado ao tamanho do trocador; uma lente comum de 24 graus é suficiente para a maioria dos tamanhos de concha (300–1000 mm). Defina a emissividade para 0,95 para aço carbono pintado ou levemente corroído ou 0,85 para aço inoxidável brilhante.

3. Digitalize toda a superfície da casca
O operador está longe do perigo e move lentamente a câmera ao longo do comprimento do casco, de preferência ao redor de um círculo completo. Os jatos de vazamento geralmente incidem perto de cortes de defletores e placas de tubos, fazendo com que múltiplas passagens enfatizem esses pontos. Um trocador típico de 3 metros de comprimento deve levar de 5 a 10 minutos para ser verificado.

4. Detecção de anomalias térmicas locais
Em um trocador normal e saudável, a temperatura do invólucro externo apresentará um gradiente constante - mais frio na entrada de um fluido de resfriamento e mais quente na saída.  Um vazamento no tubo causa uma área fria nítida, localizada, circular ou oval que não se ajusta ao gradiente natural. O local geralmente apresenta:

Uma temperatura de 1-5°C (ou mais) diferente da temperatura da casca circundante na mesma localização axial.

Um limite bem{0}}definido frequentemente com um "halo" concêntrico de temperatura intermediária.

Estado estacionário que não se move quando o fluxo do processo muda (em oposição aos efeitos transitórios de turbulência).

A câmera térmica vê a assinatura fantasmagórica e gelada do vazamento oculto, pintada como um hematoma escuro e frio na pele quente da carcaça de aço.

5. Documento e Contraste
A imagem térmica é armazenada. Se uma suspeita de ponto frio for detectada, a área é marcada na concha com um pedaço de giz ou um marcador permanente. 15 para 30 minutos depois, o local idêntico é escaneado novamente. O fato da mancha fria ainda estar presente e no mesmo local apoia o diagnóstico. Anomalias transitórias de temperatura (por exemplo, devido à passagem de uma bolha de vapor ou a uma corrente de ar local) serão rapidamente dissipadas.

6. Realize um teste de pressão com foco
A imagem térmica é uma ferramenta de triagem." Isso não substitui um teste de pressão. Mas revela um local preciso para o vazamento potencial. Durante um desligamento planejado, a carcaça é drenada, a área suspeita é identificada e o(s) tubo(s) associado(s) pode(m) ser testado(s) individualmente sob pressão (por exemplo, bloqueando uma extremidade e pressurizando com ar enquanto submerso em água ou com uma solução de sabão). A imagem infravermelha leva o técnico diretamente ao tubo com vazamento ou pelo menos a um pequeno grupo de tubos, economizando horas de testes cegos.

Quando a imagem térmica é mais precisa?
Este método não se aplica a todos os casos. Ela cresce melhor nas seguintes condições:

Large temperature difference between the tube-side and shell-side fluids. A minimum difference of 5 °C (ideally >10 graus) fornece um contraste térmico distinto. Se os dois fluidos estiverem quase na mesma temperatura, o vazamento não apresenta assinatura térmica.

Fluido no lado do tubo com pressão mais alta. Isto garante que o fluido vazado seja expelido com velocidade suficiente para atingir a parede do casco. Se o lado do invólucro estiver sob pressão mais alta, o vazamento será para dentro (fluido do invólucro para dentro do tubo) e a assinatura térmica poderá estar na face da placa do tubo em vez de no exterior do invólucro.

Superfície da casca limpa e sem isolamento. O isolamento é uma manta térmica que suaviza as flutuações localizadas de temperatura. Retire o isolamento de uma peça. Mas alguns materiais finos de isolamento de baixa{3}densidade (por exemplo, lã mineral) permitem, ainda assim, condução térmica suficiente para a superfície para detectar grandes vazamentos.

Funcionamento-em estado estável. O trocador deve estar em condições normais de funcionamento por pelo menos 30 minutos antes da digitalização. Transientes de inicialização podem gerar diversas anomalias térmicas que podem ser confundidas com vazamentos.

Exemplos e limitações-do mundo real
Exemplo 1 Resfriamento de salmoura quente com água de resfriamento
A salmoura quente (85 graus) é resfriada por água de resfriamento (25 graus) em um trocador de PTFE no lado do tubo. Um vazamento se desenvolve em um tubo. A água de resfriamento de 25 graus vaza para a salmoura de 85 graus. Mas a direção do vazamento é para dentro (tubo para casco). Esta água de resfriamento não colide com a parede do casco, portanto o exterior do casco permanece a uma temperatura elevada. A imagem térmica do exterior da carcaça não detectaria esse vazamento, porque o fluido que flui não entra em contato com a carcaça. Em vez disso, o operador teria que digitalizar a face do espelho do tubo ou a tubulação ligada à lateral do tubo. Isso ressalta a necessidade de conhecer a direção do fluxo e a diferença de pressão.

Exemplo 2: Condensador no lado do tubo frio
Um trocador de PTFE condensa um vapor aquecido (120 graus) no lado do casco, enquanto a água de resfriamento fria (30 graus) flui no lado do tubo a uma pressão mais alta. Um tubo vaza e água fria espirra do orifício para o interior da concha. A camada externa tem uma área fria perceptível que é consistentemente 5 graus mais fria do que a camada circundante. Este é o uso certo para imagens térmicas.

Exemplo 3: Trocador grande, vazamento pequeno
Um vazamento muito pequeno, por exemplo, um furo<0.5 mm, may only produce a very little flow rate. The jet may not impinge on the shell wall, but instead become entrained in the shell-side flow and evaporate or mix prior to impingement. In these circumstances the shell does not show detectable thermal anomaly. The method has a sensitivity limit and extremely small leaks may still need a traditional pressure test for identification.

Benefícios em comparação aos métodos tradicionais AspectTeste de pressão convencionalImagem infravermelha
Interrupção do processo Desligamento, drenagem necessáriaNenhum (web)
Tempo para diagnosticar Minutos a horas ou dias
Precisão na detecção de vazamento Baixa (geralmente apenas qual fileira de tubos) Alta (pode identificar a zona de impacto)
Custo do equipamento Baixo (manômetro, bomba)Câmera térmica: 5-5k-30k Moderado
Nível de habilidade Baixo Moderado (leitura de imagens térmicas)
Segurança Manuseio de fluidos pressurizados necessárioSem contato, sem risco
Para uma fábrica que já possui uma câmera termográfica em uso (para inspeções elétricas, pesquisas de refratários ou outras manutenções preditivas), o custo incremental de implantá-la para detecção de vazamentos é nulo. O tempo economizado por não ter uma parada desnecessária ou por ter uma parada muito curta para um reparo específico compensa o investimento muito rapidamente.

Melhores práticas e erros típicos
Nunca confie em uma única varredura. Áreas falsamente frias podem ser causadas por brisa ambiente, cargas solares e superfícies quentes vizinhas. Digitalize em diferentes horários do dia ou de diferentes perspectivas.

"Marque imediatamente o ponto suspeito; use um marcador não{0}}permanente para marcar a concha. Tire uma foto de luz visível com a imagem térmica para correlacionar.

A geometria do defletor é considerada. Os jatos de vazamento geralmente atingem o casco precisamente oposto ao corte do defletor porque a direção do fluxo é forçada em torno da borda do defletor. Concentre-se nessas áreas.

Realize análise diferencial de temperatura. Muitas câmeras térmicas podem mostrar a diferença de temperatura entre um ponto de referência e um local suspeito. Uma diferença estável de 2 graus ou mais é um indicador significativo.

Correlacionar com o parâmetro do processo. Um aumento modesto na condutividade-do casco, uma queda na pressão-do lado do tubo ou uma mudança nas temperaturas de saída podem apoiar a descoberta da imagem térmica.

Conclusão: Vendo o Calor Invisível
A imagem térmica é um instrumento de diagnóstico preditivo, não{0}invasivo e avançado que permite a detecção externa de um vazamento interno em um trocador de PTFE enquanto o processo está em andamento. Um operador treinado pode identificar o tubo ou a área do tubo que necessita de tratamento, observando o ponto frio característico gerado pelo jato de fluido vazando que atinge a parede do invólucro. Isso permite um reparo focado e com tempo de inatividade mínimo-durante uma interrupção programada, e não uma pesquisa-cega e demorada. Os olhos diagnósticos mais poderosos são aqueles que conseguem ver o calor invisível. Adicionar imagens térmicas à caixa de ferramentas de diagnóstico para equipes de manutenção de trocadores de calor de PTFE em operações químicas hostis ou geotérmicas transforma uma perda lenta e misteriosa de desempenho em um mapa térmico visível e acionável da falha oculta.