ความจำเป็นในการหยุดทำงานเป็นศูนย์-
ระบบทำความร้อนด้วยเครื่องปฏิกรณ์ทางเภสัชกรรมสำหรับการสังเคราะห์ส่วนผสมออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรมในกระบวนการ-อย่างต่อเนื่องไม่สามารถทนต่อการหยุดการผลิตได้ กระบวนการนี้ดำเนินการ 330 วันต่อปี การปิดระบบที่ไม่ได้กำหนดไว้จะมีค่าใช้จ่าย 180,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อวันสำหรับการผลิตที่สูญเสียไป และต้องใช้เวลา 3 วันในการกู้คืน-คุณภาพผลิตภัณฑ์ให้คงที่ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวจุดเดียว-: หากท่อหนึ่งรั่ว ต้องแยกตัวแลกเปลี่ยนทั้งหมดออก และการผลิตจะหยุดลงจนกว่าการซ่อมแซมจะเสร็จสิ้น
การออกแบบซ้ำซ้อน-การรวมกำลังการผลิตเพิ่มเติมเพื่อให้ความล้มเหลวของส่วนประกอบเดี่ยวไม่ลดเอาท์พุตของระบบให้ต่ำกว่าค่าขั้นต่ำที่กำหนด-เป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับปั๊ม คอมเพรสเซอร์ และระบบไฟฟ้า เป็นเรื่องปกติน้อยกว่าสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งในอดีตต้นทุนของพื้นที่ผิวเพิ่มเติมถือเป็นสิ่งต้องห้าม
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่มีท่อสำรองผ่านการเปลี่ยนแปลงการคำนวณนี้ ต้นทุนวัสดุที่ต่ำกว่าของ PTFE เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะโลหะผสมสูง- รวมกับความสามารถในการแยกท่อผ่านแต่ละท่อ ทำให้การสำรอง N+1 มีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจสำหรับการใช้งานทำความร้อนที่สำคัญ
แนวคิดความซ้ำซ้อนของ N+1 Pass
ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบ่งออกเป็นท่อผ่านท่ออิสระ N+1 โดยที่ N คือจำนวนรอบที่ต้องใช้ในการส่งผ่านความร้อนที่ออกแบบทั้งหมด แต่ละรอบจะมีวาล์วแยกการจ่ายไอน้ำ วาล์วแยกช่องทางระบายคอนเดนเสท และตัวดักไอน้ำของตัวเอง ช่องทางผ่านมีส่วนหัวจ่ายไอน้ำร่วมกันและส่วนหัวส่งกลับคอนเดนเสทร่วมกัน แต่แต่ละช่องทางสามารถแยกแยกกันได้
ในระหว่างการทำงานปกติ บัตร N+1 ทั้งหมดจะใช้งานได้ แต่ละรอบทำงานที่เสี้ยวหนึ่งของความจุสูงสุด โดยมีความเร็วไอน้ำต่ำกว่าและการโหลดคอนเดนเสทต่ำกว่า โหลดที่ลดลงช่วยยืดอายุท่อโดยการลดอัตราการคืบและลดการกัดเซาะ
หากมีการรั่วซึมครั้งหนึ่ง จะถูกแยกออกโดยการปิดวาล์วจ่ายและส่งคืน พาส N ที่เหลือยังคงสามารถจ่ายภาระความร้อนที่ออกแบบได้เต็มรูปแบบ-ซึ่งมีขนาดเหมาะสมสำหรับเหตุฉุกเฉินนี้ ช่องที่รั่วจะถูกระบายออกและปล่อยทิ้งไว้จนกว่าจะถึงช่วงเวลาการบำรุงรักษาตามกำหนดการครั้งถัดไป ซึ่งสามารถซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่ได้ การผลิตยังคงดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่อง
| พารามิเตอร์ความซ้ำซ้อน | การออกแบบมาตรฐาน (ไม่มีความซ้ำซ้อน) | N+1 การออกแบบที่ซ้ำซ้อน |
|---|---|---|
| จำนวนท่ออิสระที่ผ่าน | 1 | N+1 (เช่น 4 ครั้งสำหรับ N=3) |
| หน้าที่ความร้อนต่อการผ่าน (เศษของทั้งหมด) | 1.0 (100%) | 1/N (33% สำหรับ N=3) |
| ความจุด้วยการแยกหนึ่งรอบ | 0% (ปิดเครื่องโดยสมบูรณ์) | 100% (ยังไม่มีพาส) |
| การกำหนดค่าการจ่ายไอน้ำ | วาล์วเดี่ยว, เฮดเดอร์เดี่ยว | วาล์วแยกส่วนบุคคลต่อการผ่าน; ส่วนหัวทั่วไป |
| การกำหนดค่าคอนเดนเสท | กับดักเดี่ยว | กับดักและวาล์วแยกส่วนบุคคลต่อการผ่าน |
| ผ่านระยะเวลาการแยกตัวหลังจากการตรวจจับการรั่วไหล | N/A (แยกตัวแลกเปลี่ยนทั้งหมด) | < 5 minutes (close two valves) |
| ผลกระทบต่อการผลิตของความล้มเหลวของหลอดเดียว | หยุดเต็ม; การหยุดทำงาน 1-3 วัน | ไม่มี; ยังคงดำเนินการอย่างเต็มประสิทธิภาพต่อไป |
| พื้นที่ผิวเพิ่มเติมเทียบกับพื้นที่ไม่-ซ้ำซ้อน | N/A | +33% (สำหรับ N=3 ด้วย 4 รอบ) |
| ต้นทุนเพิ่มเติมเทียบกับ PTFE ที่ไม่-ซ้ำซ้อน | N/A | +25-30% (ท่อ วาล์ว กับดักเพิ่มเติม) |
ลอจิกการตรวจจับและแยกการรั่วไหล
แต่ละรหัสผ่านซ้ำซ้อนต้องมีการตรวจจับการรั่วไหลที่เป็นอิสระเพื่อระบุว่ารหัสผ่านใดล้มเหลว หัววัดค่าการนำไฟฟ้าที่ช่องระบายคอนเดนเสทแต่ละช่อง (ดังที่อธิบายไว้ในการวิเคราะห์ก่อนหน้านี้) ให้การตรวจจับแบบเรียลไทม์- เมื่อตรวจพบความเบี่ยงเบนของการนำไฟฟ้าในการผ่านหนึ่งครั้ง ระบบควบคุมจะส่งสัญญาณแจ้งเตือนและระบุการเบี่ยงเบนที่ได้รับผลกระทบ
การแยกแบบทำได้ด้วยตนเองหรือแบบอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับความสำคัญของกระบวนการ การแยกอัตโนมัติใช้บอลวาล์วที่ทำงานด้วยระบบนิวแมติกในการจ่ายไอน้ำและคอนเดนเสทที่ไหลกลับในแต่ละรอบ เมื่อตรวจพบการรั่วไหล วาล์วบนทางผ่านที่ได้รับผลกระทบจะปิดโดยอัตโนมัติภายในไม่กี่วินาที ผู้ปฏิบัติงานจะได้รับการแจ้งเตือนและสามารถตรวจสอบการแยกส่วนได้ในขณะที่เส้นทางที่เหลือยังคงให้ความร้อนต่อไป
สำหรับการใช้งานที่สำคัญที่สุด จะมีการระบุการแยกอัตโนมัติพร้อมการรีเซ็ตด้วยตนเอง ระบบจะแยกเส้นทางการรั่วไหลโดยอัตโนมัติ แต่ต้องมีการแทรกแซงของผู้ปฏิบัติงานเพื่อเรียกคืนเส้นทางผ่านไปยังบริการ-ป้องกันการหมุนเวียนอัตโนมัติหากสัญญาณการตรวจจับการรั่วไหลมีความผันผวน
ต้นทุน-เหตุผลด้านผลประโยชน์
ต้นทุนส่วนเพิ่มของการสำรองข้อมูล N+1 อยู่ที่ประมาณ 25-30% ของต้นทุนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE พื้นฐาน สำหรับตัวอย่างเภสัชภัณฑ์ที่มีต้นทุนการหยุดทำงาน 180,000 ดอลลาร์ต่อวัน การลงทุนด้านซ้ำซ้อนจะได้รับคืน หากป้องกันการสูญเสียการผลิตเพียงวันเดียวตลอดอายุการใช้งาน 15 ปีของอุปกรณ์ ความน่าจะเป็นที่ท่อจะเสียหายอย่างน้อยหนึ่งครั้งในระหว่าง 15 ปีของการทำงานต่อเนื่องนั้นมีความสำคัญ แม้แต่กับ PTFE ซึ่งมีความน่าเชื่อถือเป็นเลิศ แต่ก็ไม่รอดพ้นจากความล้มเหลวของการคืบในที่สุดหรือความเสียหายทางกลโดยไม่ได้ตั้งใจ
การลงทุนด้านความซ้ำซ้อนเป็นการประกันเหตุการณ์ที่มีแนวโน้มทางสถิติตลอดอายุการใช้งานอุปกรณ์ที่ยาวนาน เมื่อต้นทุนของเหตุการณ์หยุดทำงานครั้งเดียวเกินต้นทุนความซ้ำซ้อนที่เพิ่มขึ้น 10-100 เท่า ถือเป็นกรณีทางเศรษฐกิจที่น่าสนใจ
สรุป
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่มีท่อสำรอง N+1 ช่วยให้สามารถทำงานเต็มประสิทธิภาพได้อย่างต่อเนื่อง- หลังจากท่อเดี่ยวขัดข้อง แต่ละท่อผ่านสามารถแยกออกได้โดยอิสระด้วยการจ่ายไอน้ำและวาล์วไหลกลับคอนเดนเสทโดยเฉพาะ การตรวจจับการรั่วไหลที่ช่องระบายคอนเดนเสทแต่ละช่องจะระบุการผ่านที่ล้มเหลว ซึ่งจะถูกแยกออกในขณะที่การผ่าน N ที่เหลือยังคงให้ความร้อนต่อไป
ต้นทุนส่วนเพิ่ม 25-30% ของความซ้ำซ้อนนั้นสมเหตุสมผลเมื่อต้นทุนของการหยุดทำงานของการผลิตเพียงครั้งเดียวเกินกว่าการลงทุนด้านความซ้ำซ้อน ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่พบในกระบวนการทางเภสัชกรรม การบินและอวกาศ และกระบวนการทางเคมีต่อเนื่องส่วนใหญ่
การสนับสนุนทางวิศวกรรมสำหรับข้อกำหนดคุณลักษณะตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE สำรองนั้นมีให้เมื่อยื่นการออกแบบหน้าที่ความร้อน ต้นทุนการหยุดทำงาน จำนวนท่อที่ผ่านที่ยอมรับได้ และการตั้งค่าระบบอัตโนมัติสำหรับการสั่งงานวาล์วแยก
