Kako kreirati prediktivni plan održavanja za PFA grijače na osnovu zabilježenih kumulativnih termičkih ciklusa?

PFA grijači pokvare se uglavnom zbog mehanizama zamora--termalnog cikličkog naprezanja, puzanja, pucanja pod stresom okoline--ne ravnomjernog trošenja. Najbolji prediktor vijeka grijača je ukupan broj termičkih ciklusa (promjena temperature od $\\ge 30^\\circ$C od uključenja do isključenja ili od serije do serije) i to je bolje od kalendarskog vremena ili ukupnog broja radnih sati. Srednja vrijednost ciklusa do kvara za uobičajeni industrijski PFA grijač (2 mm zid, 4 W/cm2, 80 stupnjeva tekućine) je 8.000-12.000 ciklusa. Akcija inspekcije ili zamjene može se pokrenuti na unaprijed definiranim pragovima ciklusa korištenjem faktora životnog vijeka zasnovanog na ciklusu kako bi se konstruirao program prediktivnog održavanja i kumulativni ciklusi se mogu evidentirati. Osim što smanjuje preuranjene zamjene, ova metoda također smanjuje neplanirane kvarove za 60-80% u poređenju sa programima zasnovanim na kalendaru.

Pristup brojanju ciklusa
Toplotni ciklus se definiše kao promena temperature od 30 stepeni ili više na površini grejača na najtoplijoj tački (često 10-20 cm iznad hladnog kraja). U slučaju grijača koji nemaju senzore temperature in{4}}na licu mjesta, procesni kontroler se može koristiti za zaključivanje ciklusa: svaki put kada se grijač uključi nakon što je bio isključen duže od 30 minuta (plašt će se ohladiti na približno -ambijentu) brojite jedan ciklus. Za serijske postupke u kojima se rezervoar potpuno hladi između serija serija, svaka serija je jedan ciklus. Brojite cikluse po događaju čišćenja za kontinuirane procese sa konstantnom temperaturom ali dnevnim čišćenjem (CIP) koje hladi rezervoar. Za procese sa povremenim zagrevanjem (npr. zadata vrednost sa histerezom) samo brojite cikluse kada temperatura padne više od 15 stepeni ispod zadate vrednosti, tako da se skromne promene (5-10 stepeni) ne smatraju celim ciklusima.

Ciklusi snimanja se mogu napraviti povezivanjem osnovnog elektromehaničkog brojača (relej za zbir) na kontaktor grijača. Ako je kontaktor otvoren duže od 30 minuta, brojač se povećava kada se zatvori. Složenije metode koriste PLC ili sistem za snimanje podataka za evidentiranje temperature i električne energije. Broj ciklusa treba biti pohranjen u -nestalnu memoriju i resetiran tek kada se grijač zamijeni. U objektima sa više od jednog grejača, svaki grejač treba da ima svoj brojač ciklusa (ili jedinstveni identifikator u sistemu upravljanja).

Faktori životnih ciklusa potrošnje
But not all cycles are created equal. The Coffin-Manson fatigue relationship for PFA (damage ∝ ΔT^2.5–3.0) suggests that a cycle with ΔT=100°C (e.g. 20°C to 120°C) causes 8–10× greater fatigue damage than a cycle with ΔT=30°C (e.g. 50°C to 80°C). Low watt density heating cycles are less damaging than high watt density (>4 W/cm^2) ciklusi grijanja. Ako je grijač suh (izložen zraku) dio ciklusa, to uzrokuje ozbiljnu štetu. Stoga jednostavno brojanje ciklusa mora biti ponderirano faktorom ozbiljnosti. Ekvivalentni ciklusi oštećenja (EDC)=stvarni ciklusi * (ΔTactual / ΔTref) n * (qactual / qref) m ΔTref=50 stepen n=2.5 qref=3 W/cm2 m=1.5 Za grijač na 1} ΔT stepen (80/50)^2.5=1.6^2.5 ≈ 4.0) i q=4 W/cm2 (faktor (4/3)^1.5=1.33^1.5 ≈ 1.5), EDC=realni ciklusi x 6.0 Za isti grijač Δ}{T stepena/cm2, DC, 26 cm=stvarni ciklusi x (0,6)2,5 x (0,67)1.5=stvarni ciklusi x 0,22 x 0.55=stvarni ciklusi x 0,12.

Za efikasno prediktivno održavanje većina objekata koristi pojednostavljenu klasifikaciju ozbiljnosti:

Klasa ozbiljnosti ΔT po ciklusu Gustoća vata (W/cm2) Množitelj oštećenja životne sredine ozbiljnosti (u odnosu na blagu) Tipičan primjer procesa
Blaga 30 – 40 stepeni 2,5 Čista tečnost, bez termičkog šoka 1,0× Kontinuirano zagrevanje vode, stabilna temperatura
Umereno 40-60 stepeni 2,5-3,5 Čista tečnost, spor ciklus 2,5-3,5x Batch plating, dnevni ciklusi
Ozbiljno 60-80 stepeni 3,5-5,0 Umjereno zagađivanje, neki toplotni šok 6-10× Kupka za kiseljenje, brojne izmjene šarže
Extreme >80 °C or dry exposure >5.0 Agresivne hemikalije, termički stres, suhi ciklusi 20-50 x Visokotemperaturna kiselina sa gašenjem
Predviđeni plan održavanja kumulativnih ciklusa
Ciklusi klase ozbiljnosti do prve inspekcije (vizuelni, otpor izolacije) Ciklusi do preventivne zamjene (80% predviđenog vijeka trajanja) Očekivani srednji ciklusi do otkaza Ekvivalent kalendarskog vremena (1 ciklus/dan)
Blaga 5,000 10,000 15,000 do 20,000 27 do 55 godina (često nadživljava grijač)
Umjereno 2,000 4,000 5,000–8,000 5–8 godina
Teška 800 1,500 2,000-3,500 2-5 godina
Ekstremno 200-400 500-1,000 0.5-1.5 godina
Prediktivna implementacija rasporeda
Step 1: Fit cycle counters to all important heaters. For new installations provide heaters with a cycle counter built-in or supply a cycle counting relay in the control panel. It has to be power-loss resistant (either mechanical or battery-backed electrical). Step 2: Monitor both cycles and actual heater operation for the first 6 months. Insulation resistance testing should be carried out at 100 cycle intervals to establish a baseline link between cycles and degradation (a decline in insulation resistance from >1000 MΩ do 100-500 MΩ ukazuje na početak ozbiljne degradacije). Korak 3: Kalibrirajte prag zamjene za taj proces u odnosu na osnovnu liniju. Ako, na primjer, otpor izolacije padne na 200 MΩ na 800 ciklusa, postavite preventivnu zamjenu na 600 ciklusa (75% početka degradacije). Korak 4. Zabilježite broj ciklusa pri svakoj promjeni grijača. Uzmite prosjek nekoliko grijača, da biste dobili bolju klasifikaciju klase ozbiljnosti za proceduru.

Objekti bez brojača ciklusa mogu razumno procijeniti broj ciklusa množenjem radnih dana sa očekivanom frekvencijom ciklusa. Pod pretpostavkom da je postrojenje za serijsku obradu sa jednom serijom dnevno, to bi bilo 300 ciklusa svake godine. Pretpostavite 50 ciklusa godišnje za kontinuirano čekanje sa sedmičnim čišćenjem. Za liniju sa nekoliko ciklusa uključivanja/isključivanja dnevno (npr. povremeni rad) izbrojite stvarne cikluse za jednu sedmicu i ekstrapolirajte. Greška zbog aproksimacije je općenito +/- 30-50%. Ovo je bolje od kalendarskih rasporeda (greška +/- 200% ili više), ali lošije od stvarnog brojanja ciklusa.

Estimate cycles from process logs for heaters in operation without cycle history. The log indicates the number of batches, cleaning cycles or power interruptions. Count 1 cycle every heating cycle (power on after >30 minuta pauze). Pomnožite sa množiteljem ozbiljnosti u gornjoj tabeli: Za grijač koji je radio 3 godine pri 1 ciklusu dnevno (1,095 ciklusa) sa umjerenom ozbiljnošću (množitelj 3×), EDC=3,285. Grijač je na umjerenoj postavci i trebalo bi ga uskoro provjeriti. Zamijenite prema rasporedu u roku od 3 mjeseca ako su ekvivalentni ciklusi oštećenja veći od nivoa preventivne zamjene.

Zaključak: produženje vijeka trajanja i izbjegavanje kvarova kroz ciklus-zakazivanje
Planirano održavanje zasnovano na kalendaru zasnovano na kumulativnim termičkim ciklusima smanjuje neplanirane kvarove PFA grijača za 60-80% i prijevremene zamjene za 30-50%. Stavite osnovne releje za totaliziranje (brojače ciklusa) na svaki grijač, odredite ozbiljnost procesa (blaga, umjerena, teška, ekstremna) i primijenite ograničenja ciklusa za inspekciju (na 50-70% očekivanog vijeka trajanja) i preventivnu zamjenu (na 80% očekivanog vijeka trajanja). Ako imate brojne grijače za proces, pratite cikluse zasebno. Grijač duž stijenke spremnika može imati različite cikluse od grijača smještenog prema sredini spremnika zbog lokalizirane temperaturne razlike. Podešavanje rasporeda nakon prvog kvara u grijanju upoređujući stvarne cikluse sa neuspjehom do očekivanog praga. Na mjestima gdje su kvarovi grijača PFA bili nepredvidivi, uvođenje brojanja ciklusa obično smanjuje vrijeme zastoja uzrokovano kvarom za 70-90% u prvoj godini. Trošak brojača ciklusa (50–150 grijača) se nadoknađuje nakon sprječavanja jednog neplaniranog kvara (50–150 po grijaču) se nadoknađuje nakon sprečavanja jednog neplaniranog kvara (500–5 000 u zastoju i zamjeni). Koristite PLC brojače ciklusa na bitnim procesima i neka se automatski alarmiraju kada dostignu 80% praga zamjene. Operatorska memorija-termički ciklusi se ne grade tiho, a kalendarsko vrijeme je loš surogat. Brojite cikluse. Ciklusi će vas obavijestiti kada trebate zamijeniti.