A nulla{0}}leállás kötelező
A folyamatos{0}}folyamatos gyógyszerészeti hatóanyag-szintézisre szolgáló gyógyszeripari reaktorfűtési rendszer nem tolerálja a gyártás leállását. A folyamat évente 330 napig tart. A nem tervezett leállás napi 180 000 dollárba kerül a termeléskiesés miatt, és 3 napra van szükség ahhoz, hogy helyreálljon az állandó-termékminőség. A hőcserélő egyetlen-pontos meghibásodási kockázatot jelent: ha az egyik cső szivárog, a teljes hőcserélőt le kell szigetelni, és a gyártás leáll a javítás befejezéséig.
A szivattyúk, kompresszorok és elektromos rendszerek esetében bevett gyakorlat a redundáns tervezés,{0}}amely extra kapacitást foglal magában, hogy egyetlen alkatrész meghibásodása ne csökkentse a rendszer teljesítményét a szükséges minimum alá-. Ritkábban fordul elő a hőcserélők esetében, ahol a többletfelület költségeit a történelemben megfizethetetlennek tartották.
A redundáns csövekkel ellátott PTFE hőcserélő megváltoztatja ezt a számítást. A PTFE alacsonyabb anyagköltsége a nagy-ötvözetű fémekhez képest, valamint az egyes csővezetékek elkülönítésének képessége, az N+1 redundanciát gazdaságosan megvalósíthatóvá teszi a kritikus fűtési alkalmazásoknál.
Az N+1 Pass Redundancia koncepciója
A hőcserélő N+1 független csőjáratra van felosztva, ahol N a teljes tervezett hőteljesítmény teljesítéséhez szükséges áthaladások száma. Minden járatnak saját gőzellátó leválasztó szelepe, kondenzvíz-kivezető szelepe és gőzleválasztója van. A járatoknak közös a gőzellátási fejléce és a kondenzátum-visszavezető fejléc, de mindegyik menet külön-külön leválasztható.
Normál működés közben minden N+1 bérlet üzemel. Mindegyik menet a maximális kapacitásának töredékével működik, kisebb gőzsebességgel és kisebb kondenzátumterheléssel. A csökkentett terhelés meghosszabbítja a cső élettartamát azáltal, hogy csökkenti a kúszási sebességet és minimalizálja az eróziót.
Ha az egyik átvezetésben szivárgás lép fel, azt a betápláló és visszatérő szelepek elzárásával leválasztják. A fennmaradó N menet még mindig képes teljesíteni a teljes tervezett hőfelhasználást,{1}}melyek erre a rendkívüli esetre lettek méretezve. A szivárgó ágat leeresztik és elkülönítve hagyják a következő ütemezett karbantartási időszakig, amikor is megjavítható vagy cserélhető. A termelés zavartalanul folytatódik.
| Redundancia paraméter | Szabványos kialakítás (nincs redundancia) | N+1 Redundáns tervezés |
|---|---|---|
| Független csőjáratok száma | 1 | N+1 (pl. 4 menet az N=3-hoz) |
| Hőterhelés menetenként (a teljes töredéke) | 1.0 (100%) | 1/N (33% N=3 esetén) |
| Kapacitás egy menettel elszigetelt | 0% (teljes leállás) | 100% (N bérlet még elérhető) |
| A gőzellátás konfigurációja | Egyszelepes, egyfejes | Egyéni leválasztó szelep menetenként; közös fejléc |
| Kondenzátum konfiguráció | Egyetlen csapda | Egyedi csapó- és leválasztó szelep menetenként |
| A szivárgásérzékelés után haladja meg a leválasztási időt | N/A (a teljes hőcserélő leválasztva) | < 5 minutes (close two valves) |
| Egy csöves meghibásodás termelési hatása | Pont; 1-3 nap leállás | Egyik sem; teljes kapacitással tovább működött |
| További felület a nem-redundánssal szemben | N/A | +33% (N=3 esetén 4 passzal) |
| További költségek a nem-redundáns PTFE-vel szemben | N/A | +25-30% (további csövek, szelepek, csapdák) |
A szivárgásészlelés és leválasztás logika
Minden redundáns áthaladás független szivárgásérzékelést igényel, hogy azonosítani lehessen, melyik átlépés hibásodott meg. A vezetőképesség-szondák minden egyes áteresztő kondenzátum kimeneténél (amint azt egy korábbi elemzésben leírtuk) valós idejű észlelést biztosítanak. Ha vezetőképességi eltérést észlel egy menetben, a vezérlőrendszer riasztást indít, és azonosítja az érintett áthaladást.
Az elkülönítés manuális vagy automatizált, a folyamat kritikusságától függően. Az automatizált leválasztás pneumatikusan működtetett golyóscsapokat használ a gőzellátáshoz és a kondenzátum visszavezetéséhez minden egyes menetben. Szivárgás észlelésekor az érintett átmenő szelepei másodperceken belül automatikusan záródnak. A kezelő riasztást kap, és ellenőrizheti a leválasztást, miközben a fennmaradó menetek folytatják a fűtést.
A legkritikusabb alkalmazásokhoz kézi alaphelyzetbe állítással automatikus leválasztás van megadva. A rendszer automatikusan leválasztja a szivárgó jelet, de a kezelő beavatkozására van szükség ahhoz, hogy a jelet újra üzembe helyezze, -hogy megakadályozza az automatikus ciklust, ha a szivárgásérzékelő jel ingadozik.
A költség{0}}haszon indoklása
Az N+1 redundancia járulékos költsége a PTFE hőcserélő alapköltségének körülbelül 25-30%-a. A napi 180 000 dolláros leállási költséggel járó gyógyszerészeti példa esetében a redundancia-befektetés megtérül, ha a berendezés 15 éves élettartama alatt egyetlen napra is megakadályozza a termeléskiesést. A 15 év folyamatos működés során legalább egy cső meghibásodásának valószínűsége jelentős – még a PTFE esetében is, amely kiváló megbízhatósággal rendelkezik, de nem mentes az esetleges kúszás meghibásodásától vagy a véletlen mechanikai sérülésektől.
A redundanciabefektetés egy olyan esemény elleni biztosítás, amely statisztikailag valószínű a berendezés hosszú élettartama során. Ha egyetlen leállási esemény költsége 10-100-szorosára meghaladja a növekményes redundancia költségét, akkor a gazdasági eset meggyőző.
Összegzés
Az N+1 redundáns csőjárattal rendelkező PTFE hőcserélő lehetővé teszi a folyamatos teljes-kapacitású működést egyetlen cső meghibásodása után is. Mindegyik átvezetés külön-külön leválasztható a dedikált gőzellátó és kondenzvíz-visszavezető szelepekkel. A szivárgásérzékelés minden kondenzátumkimenetnél azonosítja a meghibásodott áthaladást, amely le van választva, míg a fennmaradó N áthaladás folytatja a fűtést.
A redundancia 25-30%-os költségnövekedése akkor indokolt, ha egyetlen termeléskiesés költsége meghaladja a redundáns beruházási költséget – ez a feltétel a legtöbb gyógyszerészeti, repülőgépipari és folyamatos vegyipari folyamatban teljesül.
Mérnöki támogatás a redundáns PTFE hőcserélő specifikációjához a tervezési hőterhelés, az állásidő költség, az elfogadható csövek áthaladási száma és a leválasztó szelep működtetésének automatizálási preferenciáinak benyújtásával érhető el.
