L'onere delle ispezioni aumenta con il numero di tubi
Uno scambiatore di calore in PTFE per semiconduttori a banco umido viene generalmente ispezionato su base programmata per confermare che sia pulito, privo di perdite-e che funzioni secondo le specifiche. Il processo di ispezione prevede l'esame visivo del fascio tubiero, il controllo di eventuali depositi o scolorimenti e la verifica che i tubi non siano ostruiti o danneggiati.
Il tempo necessario per l'ispezione è proporzionale al conteggio dei tubi. Uno scambiatore di calore con 50 tubi può essere ispezionato in 30–45 minuti. Uno scambiatore di calore con 200 tubi richiede 2–3 ore per lo stesso livello di ispezione. Il costo della manodopera di ispezione è proporzionale al numero di tubi e un'unità con un numero elevato di tubi--può consumare 3-4 volte più manodopera di ispezione rispetto a un'unità con un numero di tubi{{14}basso basso nello stesso periodo di servizio.
La frequenza dell'ispezione dipende dalla criticità del processo. Nei banchi umidi per semiconduttori che gestiscono sostanze chimiche ad alta-purezza, la frequenza dell'ispezione è generalmente mensile o trimestrale. Nel corso di un anno, uno scambiatore di calore da 200 tubi ispezionato mensilmente richiede 24-36 ore di manodopera di ispezione, mentre un'unità da 50 tubi richiede solo 6-9 ore.
La complessità della pulizia di un numero elevato di tubi
La pulizia di uno scambiatore di calore in PTFE nel servizio dei semiconduttori richiede la rimozione di tracce di depositi che possono influenzare la purezza della chimica del processo. Il processo di pulizia prevede la circolazione di una soluzione detergente attraverso i tubi, il risciacquo con acqua ultrapura e la verifica che la pulizia sia completa.
Il tempo di pulizia dipende dal numero e dalla lunghezza dei tubi. Un'unità con un numero elevato di-tubi-ha una superficie maggiore da pulire e più tubi da lavare, ma la portata della soluzione detergente è distribuita su più tubi, il che può ridurre la velocità in ciascun tubo e l'efficacia della pulizia. Per ottenere la stessa velocità di pulizia, un'unità con un numero elevato di-tubi-richiede una portata totale maggiore, che aumenta il volume della soluzione detergente e il tempo di risciacquo.
Anche il lavoro di pulizia aumenta con il numero di tubi perché è necessario verificarne la pulizia. Nel servizio dei semiconduttori, la verifica prevede generalmente un'ispezione visiva di ciascun tubo e una misurazione della conduttività dell'acqua di risciacquo. Un'unità da 200 tubi richiede circa il doppio della manodopera di verifica di un'unità da 100 tubi.
La sfida del rilevamento delle perdite nei fasci tubieri di grandi dimensioni
Rilevare le perdite in uno scambiatore di calore in PTFE con un elevato numero di tubi è più difficile e richiede più tempo-rispetto a un'unità a basso-numero di tubi-. Ciascun giunto da tubo-a-piastra tubiera rappresenta un potenziale percorso di perdita e il numero di giunti varia in base al numero di tubi.
Un test di pressione può rilevare una perdita nello scambiatore di calore nel suo insieme, ma non può identificare quale tubo o giunto perde senza isolare i singoli tubi o sezioni. Per isolare i singoli tubi in un fascio di grandi dimensioni è necessario collegare i tubi uno per uno o utilizzare una partizione che divida il fascio in sezioni. La manodopera richiesta per l'isolamento delle perdite aumenta con il numero dei tubi.
Nel servizio dei semiconduttori, dove anche una piccola perdita può contaminare la chimica del processo, il rilevamento delle perdite deve essere più sensibile e più frequente rispetto ad altre applicazioni. Un'unità con un numero elevato di-tubi- richiede test di tenuta più frequenti e approfonditi, il che aumenta il costo della manodopera per la manutenzione.
Il tempo di riparazione per la sostituzione del tubo
Quando un tubo si guasta in uno scambiatore di calore in PTFE, la riparazione può essere eseguita tappando il tubo guasto o sostituendolo. L'ostruzione è più rapida ma riduce la superficie di scambio termico e potrebbe richiedere un riequilibrio della distribuzione del flusso. La sostituzione di un tubo richiede lo smontaggio della piastra tubiera, la rimozione del tubo guasto, l'inserimento di un nuovo tubo e la risigillazione del giunto.
Il tempo di riparazione per un singolo tubo è approssimativamente lo stesso indipendentemente dal numero di tubi. Tuttavia, la probabilità di guasto di un tubo aumenta con il numero dei tubi poiché sono più numerosi i tubi che possono guastarsi. Un'unità da 200 tubi ha quattro volte la probabilità di guasto di un tubo rispetto a un'unità da 50 tubi, presupponendo lo stesso tasso di guasto per tubo.
In un periodo di cinque-anni, un'unità con un numero elevato di-tubi-può richiedere 2-4 riparazioni di tubi, mentre un'unità con un numero basso di-tubi-può richiederne 0-1. Il costo della manodopera per ogni riparazione, compreso lo smontaggio, la sostituzione dei tubi e il riassemblaggio, è in genere di 4-8 ore. La manodopera di riparazione cumulativa per un'unità ad alto numero di-tubi-può essere di 16-32 ore in cinque anni, rispetto a 0-8 ore per un'unità a basso numero di-tubi-.
Confronto della manodopera di manutenzione per diversi conteggi di tubi
La tabella seguente riassume la manodopera di manutenzione annuale per diversi conteggi di tubi dello scambiatore di calore in PTFE in un'applicazione su banco umido per semiconduttori con ispezione mensile, pulizia trimestrale e un tasso di guasto del tubo dello 0,5% all'anno.
| Conteggio dei tubi | Manodopera di ispezione (ore/anno) | Manodopera di pulizia (ore/anno) | Manodopera per test di tenuta (ore/anno) | Manodopera di riparazione (ore/anno) | Lavoro annuo totale | Costo della manodopera quinquennale-a $ 75/ora |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 tubi | 9 | 12 | 4 | 2 | 27 | $10,125 |
| 100 tubi | 15 | 18 | 6 | 4 | 43 | $16,125 |
| 150 tubi | 22 | 24 | 9 | 6 | 61 | $22,875 |
| 200 tubi | 30 | 30 | 12 | 8 | 80 | $30,000 |
| 250 tubi | 38 | 36 | 15 | 10 | 99 | $37,125 |
| 300 tubi | 45 | 42 | 18 | 12 | 117 | $43,875 |
I valori della manodopera sono stime basate su pratiche tipiche di manutenzione su banco umido dei semiconduttori. La manodopera effettiva varierà in base alle procedure di manutenzione della struttura, al livello di automazione e all'esperienza dei tecnici di manutenzione.
Perché il conteggio dei tubi non può essere ridotto senza conseguenze
La riduzione del numero di tubi riduce la manodopera di manutenzione ma riduce anche la superficie di trasferimento del calore. Per un dato carico termico, un numero inferiore di tubi richiede un flusso di calore più elevato per tubo, che aumenta la temperatura della parete del tubo e aumenta il rischio di degradazione della chimica del processo.
Nei banchi umidi per semiconduttori che gestiscono prodotti chimici sensibili alla temperatura-, il flusso di calore deve essere mantenuto al di sotto di un valore soglia per evitare la decomposizione o la precipitazione sulla superficie del tubo. Il numero minimo di tubi è determinato dal carico termico e dal flusso termico massimo consentito, non dalla considerazione della manodopera di manutenzione.
Il problema di ottimizzazione della progettazione consiste nel selezionare il numero di tubi che soddisfi i requisiti di trasferimento di calore al costo totale più basso, compresi capitale e manodopera di manutenzione. Il numero ottimale di tubi è quello in cui l'aumento marginale del costo di capitale per un tubo aggiuntivo è pari alla riduzione marginale del costo della manodopera di manutenzione.
Caratteristiche di progettazione che riducono la manodopera di manutenzione
Numerose caratteristiche di progettazione possono ridurre gli interventi di manutenzione associati a uno scambiatore di calore in PTFE con un numero elevato di-tubi-.
Fascio tubiero rimovibile.Uno scambiatore di calore con fascio tubiero rimovibile può essere ispezionato e pulito all'esterno della linea di processo, riducendo i tempi di inattività e consentendo di eseguire la manutenzione in modo più efficiente.
Isolamento individuale del tubo.Un design della piastra tubiera che consente di isolare e tappare i singoli tubi senza smontare l'intero fascio riduce i tempi di riparazione in caso di guasto del tubo.
Pulizia automatizzata.Un sistema automatizzato di pulizia-sul-posto riduce la manodopera necessaria per la pulizia e migliora l'uniformità del processo di pulizia.
Sensori di rilevamento perdite.L'installazione di sensori di rilevamento perdite sulla piastra tubiera o nel mantello può rilevare tempestivamente le perdite, prima che causino danni gravi, e può identificare la posizione della perdita senza isolare i singoli tubi.
Dimensioni dei tubi standardizzate.L'utilizzo di tubi di dimensioni e lunghezze standard riduce i costi di inventario e il tempo necessario per la sostituzione dei tubi.
Costruzione modulare.Il design modulare dello scambiatore di calore consente di rimuovere e sostituire sezioni del fascio tubiero in modo indipendente, riducendo i tempi di riparazione e i costi di perdita di produzione.
Pratiche operative che riducono la manodopera di manutenzione
Oltre alle caratteristiche di progettazione, le pratiche operative possono ridurre il lavoro di manutenzione associato a uno scambiatore di calore in PTFE.
Programma di pulizia preventiva.La pulizia dello scambiatore di calore a intervalli programmati prima che si accumulino depositi riduce i tempi di pulizia e il rischio di interventi di pulizia importanti.
Controllo della chimica di processo.Mantenere la chimica del processo entro l'intervallo specificato riduce il tasso di formazione di depositi e la frequenza della pulizia.
Controllo della temperatura.Il mantenimento della temperatura di processo entro l'intervallo specificato riduce lo stress termico sulla piastra tubiera e la probabilità di guasto del tubo.
Controllo della portata.Il mantenimento della portata del processo entro l'intervallo specificato garantisce che i tubi vengano lavati correttamente e che i depositi non si accumulino.
Formazione sulla manutenzione.La formazione dei tecnici di manutenzione sulle procedure specifiche per lo scambiatore di calore riduce il tempo necessario per l'ispezione, la pulizia e la riparazione.
Parametri di specifica per manodopera a bassa manutenzione
I tecnici delle apparecchiature che specificano uno scambiatore di calore in PTFE per il servizio su banco umido di semiconduttori devono confermare i seguenti parametri con il fornitore.
Conteggio dei tubi e flusso di calore.Specificare il carico termico e il flusso termico massimo consentito. Il numero di tubi deve essere selezionato per mantenere il flusso di calore al di sotto del valore di soglia riducendo al minimo gli interventi di manutenzione.
Progettazione del fascio tubiero.Specificare se il fascio tubiero è rimovibile e se i singoli tubi possono essere isolati per la riparazione.
Disposizioni per la pulizia.Specificare le connessioni e le valvole necessarie per la-pulizia sul posto o per la pulizia automatizzata.
Disposizioni sul rilevamento delle perdite.Specificare i sensori di rilevamento delle perdite e il metodo per identificare la posizione di una perdita.
Standardizzazione dei tubi.Specificare la dimensione e la lunghezza del tubo per garantire che i tubi sostitutivi siano prontamente disponibili.
Costruzione modulare.Specificare se lo scambiatore di calore è modulare e se le sezioni possono essere sostituite in modo indipendente.
Accesso per manutenzione.Verificare che sia possibile accedere alla piastra tubiera e al fascio tubiero per l'ispezione, la pulizia e la riparazione senza rimuovere lo scambiatore di calore dalla linea di processo.
