Nič{0}}izpadov
Sistem za ogrevanje farmacevtskega reaktorja za neprekinjen-postopek sinteze farmacevtskih učinkovin ne more prenesti ustavitve proizvodnje. Postopek poteka 330 dni na leto. Nenačrtovana zaustavitev stane 180.000 USD na dan zaradi izgubljene proizvodnje in zahteva 3 dni, da se ponovno vzpostavi-stanje kakovosti izdelka. Toplotni izmenjevalnik je-točkovno tveganje okvare: če ena cev pušča, je treba izolirati celoten izmenjevalnik, proizvodnja pa se ustavi, dokler popravilo ni končano.
Redundantna zasnova-, ki vključuje dodatno zmogljivost, tako da okvara katere koli posamezne komponente ne zmanjša izkoristka sistema pod zahtevani minimum-je standardna praksa za črpalke, kompresorje in električne sisteme. Manj običajno je pri toplotnih izmenjevalnikih, kjer so stroški dodatne površine v preteklosti veljali za previsoke.
PTFE izmenjevalnik toplote z redundantnimi cevnimi prehodi spremeni ta izračun. Zaradi nižjih materialnih stroškov PTFE v primerjavi z visoko-legiranimi kovinami, skupaj z možnostjo izolacije posameznih prehodov cevi, je redundanca N+1 ekonomsko izvedljiva za kritične aplikacije ogrevanja.
Koncept redundance N+1 Pass
Toplotni izmenjevalnik je razdeljen na N+1 neodvisnih cevnih prehodov, kjer je N število prehodov, potrebnih za zagotavljanje polne konstrukcijske toplotne moči. Vsak prehod ima svoj izolacijski ventil za dovod pare, izolacijski ventil za izhod kondenzata in parno zaporo. Prehodi imajo skupen dovod pare in povratni vod kondenzata, vendar je vsak prehod mogoče ločeno izolirati.
Med običajnim delovanjem deluje vseh N+1 prehodov. Vsak prehod deluje z delčkom svoje največje zmogljivosti, z nižjo hitrostjo pare in manjšo obremenitvijo kondenzata. Zmanjšana obremenitev podaljša življenjsko dobo cevi z zmanjšanjem hitrosti lezenja in zmanjšanjem erozije.
Če pri enem prehodu pride do puščanja, se izolira z zapiranjem dovodnih in povratnih ventilov. Preostali N prehodi so še vedno sposobni zagotavljati celotno načrtovano toplotno obremenitev-, za katero so bili dimenzionirani za ta nepredvideni dogodek. Prehod, ki pušča, se izprazni in pusti izoliran do naslednjega načrtovanega vzdrževalnega obdobja, ko ga je mogoče popraviti ali zamenjati. Proizvodnja poteka nemoteno.
| Parameter redundance | Standardna zasnova (brez redundance) | N+1 odvečna zasnova |
|---|---|---|
| Število neodvisnih prehodov cevi | 1 | N+1 (npr. 4 prehodi za N=3) |
| Toplotna obremenitev na prehod (del celotnega) | 1.0 (100%) | 1/N (33 % za N=3) |
| Zmogljivost z enim izoliranim prehodom | 0 % (popolna zaustavitev) | 100 % (N vozovnic je še na voljo) |
| Konfiguracija dovoda pare | En ventil, en razdelilnik | Posamezen izolacijski ventil na prehod; skupna glava |
| Konfiguracija kondenzata | Enojna past | Posamezen sifon in izolacijski ventil na prehod |
| Preteči čas izolacije po odkritju puščanja | N/A (celot izmenjevalnik izoliran) | < 5 minutes (close two valves) |
| Vpliv okvare ene cevi na proizvodnjo | Pika; 1-3 dni izpada | Brez; nadaljevanje delovanja s polno zmogljivostjo |
| Dodatna površina v primerjavi z ne-odvečnimi | N/A | +33 % (za N=3 s 4 prehodi) |
| Dodatni stroški v primerjavi z ne-odvečnim PTFE | N/A | +25-30 % (dodatne cevi, ventili, sifoni) |
Logika odkrivanja in izolacije puščanja
Vsak redundantni prehod zahteva neodvisno odkrivanje puščanja, da se ugotovi, kateri prehod ni uspel. Sonde za prevodnost na izhodu kondenzata za vsak prehod (kot je opisano v prejšnji analizi) zagotavljajo zaznavanje-v realnem času. Ko je na enem prehodu zaznano odstopanje prevodnosti, nadzorni sistem sproži alarm in identificira prizadeti prehod.
Izolacija je ročna ali avtomatska, odvisno od kritičnosti procesa. Avtomatizirana izolacija uporablja pnevmatsko aktivirane kroglične ventile na dovodu pare in povratku kondenzata vsakega prehoda. Ob zaznavi puščanja se ventili na prizadetem prehodu samodejno zaprejo v nekaj sekundah. Operater je opozorjen in lahko preveri izolacijo, medtem ko preostali prehodi nadaljujejo s segrevanjem.
Za najbolj kritične aplikacije je določena avtomatska izolacija z ročno ponastavitvijo. Sistem samodejno izolira prehod, ki pušča, vendar zahteva posredovanje operaterja, da ta prehod ponovno zažene-in prepreči samodejno kroženje, če signal zaznavanja puščanja niha.
Utemeljitev stroškov-koristi
Inkrementalni strošek redundance N+1 je približno 25-30 % osnovnega stroška toplotnega izmenjevalnika PTFE. Za farmacevtski primer s stroški izpada v višini 180.000 USD na dan se naložba v redundanco povrne, če prepreči en dan izgube proizvodnje v 15-letni življenjski dobi opreme. Verjetnost vsaj ene okvare cevi v 15 letih neprekinjenega delovanja je pomembna - celo za PTFE, ki ima odlično zanesljivost, vendar ni imun na morebitno okvaro zaradi lezenja ali naključne mehanske poškodbe.
Naložba v redundanco je zavarovanje pred dogodkom, ki je statistično verjeten v dolgi življenjski dobi opreme. Ko strošek enega samega dogodka izpada preseže inkrementalni strošek redundance za faktor 10-100, je ekonomski razlog prepričljiv.
Povzetek
Toplotni izmenjevalnik iz PTFE z N+1 redundantnimi cevnimi prehodi omogoča nadaljnje-delovanje s polno zmogljivostjo po okvari ene same cevi. Vsak prehod je mogoče ločeno ločiti z namenskimi ventili za dovod pare in povratni ventil za kondenzat. Zaznavanje puščanja na vsakem izhodu kondenzata identificira neuspeli prehod, ki je izoliran, medtem ko se preostalih N prehodov nadaljuje s segrevanjem.
25-30-odstotni inkrementalni strošek redundance je upravičen, ko strošek enega samega izpada proizvodnje presega naložbo redundance – ta pogoj je izpolnjen v večini farmacevtskih, vesoljskih in neprekinjenih kemičnih procesov.
Inženirska podpora za specifikacijo redundantnega PTFE toplotnega izmenjevalnika je na voljo po predložitvi projektne toplotne moči, stroškov izpadov, sprejemljivega števila prehodov cevi in preferenc avtomatizacije za aktiviranje izolacijskega ventila.
