Reaktory przepływowe z ciągłym mieszaniem (CSTR) są powszechnie stosowane w przemyśle chemicznym. Ich układy mieszające są jednak podatne na uszkodzenia mechaniczne, które mogą prowadzić do nieplanowanych przestojów. Rotating Machinery Manager firmy WIKA to rozwiązanie IIoT przeznaczone do monitorowania stanu technicznego oraz konserwacji predykcyjnej urządzeń obrotowych. Jedna z firm chemicznych wykorzystała je, aby zapobiec poważnemu uszkodzeniu jednego ze swoich reaktorów CSTR.
Reaktor przepływowy z ciągłym mieszaniem zapewnia stabilne i jednorodne środowisko reakcyjne. Surowce są do niego stale doprowadzane i mieszane dzięki ciągłej pracy mieszadła, podczas gdy produkt reakcji jest jednocześnie odprowadzany. Sercem procesu jest mechaniczny układ mieszający, najczęściej napędzany silnikiem elektrycznym. Silnik napędza centralny wał połączony z wirnikami, które dokładnie mieszają reagenty i utrzymują stałe warunki procesowe w całym reaktorze.
Typowe zastosowania: fermentacja i synteza chemiczna
Niezawodna praca silnika i mieszadła ma kluczowe znaczenie, szczególnie w wymagających zastosowaniach, takich jak fermentacja i synteza chemiczna. W procesach fermentacyjnych skuteczne mieszanie zapewnia równomierne dostarczanie mikroorganizmom składników odżywczych oraz tlenu, co jest warunkiem ich wzrostu i uzyskania optymalnej wydajności produkcji. W syntezie chemicznej równomierne mieszanie pozwala utrzymać stabilną temperaturę oraz jednakowe stężenie składników w całej objętości reaktora. Tylko w takich warunkach możliwa jest kontrola szybkości reakcji oraz zapewnienie wysokiej jakości produktu.
Wyzwania i ryzyka podczas eksploatacji
Układ mieszający odgrywa zatem kluczową rolę w procesie technologicznym. Jednocześnie jego elementy mechaniczne są podatne na awarie i stanowią potencjalne źródło problemów. Media o wysokiej lepkości lub mieszaniny zawierające dużą ilość cząstek stałych mogą na przykład przeciążać silnik i prowadzić do uszkodzenia urządzeń. Niewspółosiowość wału może powodować drgania, hałas oraz przyspieszone zużycie łożysk.
W reaktorach CSTR, zwłaszcza pracujących pod ciśnieniem, występuje również ryzyko związane z bezpieczeństwem i zanieczyszczeniem procesu w przypadku nieszczelności uszczelnień. Jeżeli takie usterki prowadzą do nieefektywnego mieszania i niepełnego przebiegu reakcji, skutkiem mogą być kosztowne przestoje produkcyjne.
Rozwiązanie: inteligentne monitorowanie stanu technicznego z wykorzystaniem IIoT
Firma chemiczna eksploatująca serię reaktorów CSTR do produkcji specjalistycznych półproduktów chemicznych poszukiwała rozwiązania tych wyzwań i wdrożyła Rotating Machinery Manager firmy WIKA.
To nowoczesne rozwiązanie IIoT zostało opracowane z myślą o monitorowaniu stanu technicznego i konserwacji predykcyjnej maszyn obrotowych. Jego kluczowym elementem jest sonda wieloczujnikowa mierząca drgania, ultradźwięki oraz temperaturę. Urządzenie posiada certyfikację do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, komunikuje się bezprzewodowo za pomocą technologii LoRaWAN® i charakteryzuje się długą żywotnością baterii.
Przyrząd zbiera dane z punktów pomiarowych w instalacji i przesyła je do centralnego panelu sterowania. Dzięki niemu operator może zdalnie i w sposób ciągły monitorować stan pracy reaktorów. Zintegrowany silnik AI umożliwia również wczesne wykrywanie potencjalnych przyczyn awarii i podejmowanie działań zapobiegawczych.
Rotating Machinery Manager wykrywa oznaki usterek mechanicznych, takich jak zużycie łożysk, niewystarczające smarowanie, przegrzewanie, kawitacja czy niewspółosiowość. Wykorzystuje do tego przetwarzanie brzegowe (edge computing) do analizy złożonych danych z czujników oraz algorytmy AI identyfikujące anomalie i wskazujące najbardziej prawdopodobne przyczyny problemów. Dzięki temu zespoły utrzymania ruchu mogą reagować odpowiednio wcześnie, minimalizując nieplanowane przestoje i wydłużając żywotność urządzeń.
Historia sukcesu: uniknięto poważnego uszkodzenia
Nowe rozwiązanie monitorujące szybko udowodniło swoją skuteczność. Podczas normalnej eksploatacji w jednym z reaktorów CSTR dolna tuleja prowadząca wykazywała oznaki zaawansowanego zużycia. Rotating Machinery Manager wykrył anomalię i wygenerował wczesne ostrzeżenie.
Dzięki temu zespół utrzymania ruchu podjął decyzję o wyłączeniu reaktora, zapobiegając eskalacji problemu do poziomu, na którym mogłoby dojść do uszkodzenia górnego uszczelnienia mechanicznego, znacznie bardziej krytycznego i kosztownego elementu.
Po otrzymaniu alarmu zespół natychmiast zareagował, zatrzymał pracę reaktora na weekend i przeprowadził inspekcję instalacji. Stwierdzono poważne uszkodzenie dolnej tulei prowadzącej. System monitoringu prawidłowo zidentyfikował zagrożenie i zapobiegł jeszcze poważniejszej awarii. Gdyby Rotating Machinery Manager został wdrożony wcześniej, operator otrzymałby informację o problemie jeszcze szybciej, a samo uszkodzenie tulei mogłoby zostać całkowicie wyeliminowane. Przykład ten doskonale pokazuje potencjał oszczędności wynikający ze skutecznej konserwacji predykcyjnej opartej na IIoT.
Korzyści dla operatorów reaktorów CSTR
Sonda wieloczujnikowa rejestruje precyzyjne dane pomiarowe, a cyfrowe narzędzie analityczne przedstawia je w przejrzysty sposób.
Rotating Machinery Manager oferuje operatorom reaktorów CSTR szereg korzyści. Wdrożenie nie wymaga znaczących zmian w istniejącej instalacji i jest kompatybilne praktycznie z każdym typem maszyny, niezależnie od jej wieku. Technologia bezprzewodowa umożliwia instalację również w strefach zagrożonych wybuchem.
Rozwiązanie pozwala operatorom na zdalne monitorowanie stanu pracy reaktorów. Parametry mogą być dostosowywane bez konieczności bezpośredniego dostępu do urządzeń. Korzyści są jednoznaczne:
- Wspólna inspekcja zakładu, ocena aktualnej sytuacji oraz określenie optymalnych lokalizacji czujników
- Instalacja sondy wieloczujnikowej posiadającej wymagane certyfikaty ATEX do monitorowania silnika mieszadła
- Pomiar siły sygnału i konfiguracja sieci
- Instalacja bramki LoRaWAN® na terenie zakładu – bramka zbiera dane z czujników w promieniu kilku kilometrów
- Konfiguracja pulpitu nawigacyjnego WIKA i systemu alarmowego – całodobowe monitorowanie stanu pracy silnika mieszadła poprzez gromadzenie i inteligentną analizę danych dotyczących ultradźwięków, drgań i temperatury
- Wspólna analiza przyczyn źródłowych
Podsumowanie: większe bezpieczeństwo i dostępność dzięki IIoT
Konserwacja predykcyjna mieszadeł w reaktorach z ciągłym mieszaniem stanowi kluczowy czynnik pozwalający uniknąć nieplanowanych przestojów, zagrożeń dla bezpieczeństwa oraz wysokich kosztów wynikających z tych zdarzeń. Rozwiązanie Rotating Machinery Manager firmy WIKA pokazuje, w jaki sposób można wcześnie wykrywać nieprawidłowości mechaniczne dzięki wykorzystaniu technologii IIoT, inteligentnych czujników oraz analizy opartej na sztucznej inteligencji. Studium przypadku z branży chemicznej pokazuje, że inteligentne monitorowanie stanu technicznego pozwala nie tylko zapobiegać uszkodzeniom, ale także trwale zwiększać dostępność i wydajność zakładu.
Uwaga
Więcej informacji na temat Rotating Machinery Manager można znaleźć w naszej broszurze. Zachęcamy również do odwiedzenia strony internetowej WIKA, gdzie dostępne są dodatkowe informacje na temat konserwacji predykcyjnej maszyn obrotowych. Masz konkretne pytanie? Twój kontakt w WIKA chętnie udzieli Ci wsparcia.
Polecamy również nasze artykuły
Bardziej wydajna eksploatacja sieci ciepłowniczych dzięki IIoT
Dostawa CO2 z wykorzystaniem IIoT