DE102007045796A1

DE102007045796A1 - Vibration measurement method for heat exchanger i.e. straight pipe heat exchanger, in synthesis gas plant in petrochemical industry, involves determining vibration using acceleration sensor based on piezoelement

Info

Publication number: DE102007045796A1
Application number: DE200710045796
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Lenz
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-02

Abstract

The method involves determining vibration using an acceleration sensor (1) based on a piezoelement, where the acceleration sensor includes a wiring (2) and is placed in inside of a tube (4). Data for acceleration in two different orthogonal directions perpendicular to a pipe axis and highly integrated oscillation amplitude are obtained in real time using the acceleration sensor. The wiring is provided for data communication and is connected with a data evaluation circuit (7). An independent claim is also included for a device for vibration measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vibrationsmessung in einem Wärmetauscher sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung wird am Beispiel eines Geradrohrwärmetauschers beschrieben, eignet sich aber zur Anwendung bei beliebigen Wärmetauschern, die Rohrbündel aufweisen.The The invention relates to a method for vibration measurement in a Heat exchanger and a device for implementation of the procedure. The invention is based on the example of a straight tube heat exchanger described, but is suitable for use in any heat exchangers, have the tube bundles.

Wärmetauscher existieren in zahlreichen Anlagen der petrochemischen Industrie, wie z. B. Synthesegasanlagen. Oft sind Wärmetauscher in derartigen Anlagen Schlüsselelemente, so dass mittlerweile zahlreiche Varianten und Formen von verschiedenen Wärmetauschern für verschiedenste Anwendungen existieren.heat exchangers exist in numerous plants of the petrochemical industry, such as B. Synthesis gas plants. Often, heat exchangers are in such investments are key elements, so that meanwhile numerous Variants and forms of different heat exchangers for various applications exist.

In einer Synthesegasanlage wird Synthesegas meist aus einem fossilen Energieträger mittels thermischer Spaltung erzeugt. Das dabei entstehende Synthesegas liegt bei einer höheren Temperatur vor, als es für die meisten Anwendungen benötigt wird. Zur Abkühlung des heißen Synthesegases werden nach dem Stand der Technik hauptsächlich Wärmetauscher mit einem längserstreckten, geradem Rohrbündel eingesetzt. In diesen so genannten Geradrohrwärmetauschern tritt beispielsweise Speisewasser, welches für andere Anwendungen vorgewärmt werden muss, in Wärmeaustausch mit dem heißen Synthesegas. In einem derartigen Wärmetauscher wird das eine Medium für den Wärmeaustausch im Rohrraum geführt, während das zweite Medium im Mantelraum geführt wird, welcher den Rohrraum umschließt.In In a synthesis gas plant, synthesis gas is mostly made from a fossil Energy produced by thermal cleavage. The resulting synthesis gas is at a higher temperature, as it is needed for most applications. To cool the hot synthesis gas according to the prior art mainly heat exchangers with an elongated, straight tube bundle used. In these so-called straight pipe heat exchangers For example, feedwater enters for other applications must be preheated, in heat exchange with the hot synthesis gas. In such a heat exchanger this becomes a medium for heat exchange in the Tube space while the second medium in the Jacket space is guided, which encloses the tube space.

Im Stand der Technik existieren bereits zahlreiche Varianten und Ausgestaltungen derartiger Wärmetauscher. Für eine optimale Anpassung an die jeweiligen Bedingungen ist der Fachmann jedoch bestrebt, derartige Wärmetauscher beständig konstruktiv weiter zu entwickeln. So entstehen fortwährend neue Geometrien zur Strömungsführung im Rohr- bzw. im Mantelraum (siehe beispielsweise WO 2005/019758 ).Numerous variants and configurations of such heat exchangers already exist in the prior art. For optimum adaptation to the respective conditions, however, the person skilled in the art endeavors to constructively develop such heat exchangers in a constructive manner. Thus, new geometries are constantly being created for the flow guidance in the tube or in the jacket space (see, for example WO 2005/019758 ).

Bei der konstruktiven Auslegung von Rohr-Wärmetauschern muss grundsätzlich beachtet werden, dass das Rohrbündel nicht durch fluidelastische Instabilitäten der Strömung auf der Mantelseite zu unerlaubt großen Schwingungen angeregt wird. Bei lange im Stand der Technik etablierten Rohr-Wärmetauschern stehen dem Fachmann für derartige konstruktive Auslegungen Standardwerte zur Verfügung. Für neuentwickelte und nicht etablierte Formen existieren derartige Standardwerte nicht.at the structural design of pipe heat exchangers must In principle, be aware that the tube bundle not by fluid-elastic instabilities of the flow on the shell side excited to unauthorized large vibrations becomes. For long established in the art tube heat exchangers stand for those skilled in such constructive interpretations Default values available. For newly developed and non-established forms do not have such default values.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens derart auszugestalten, dass Vibrationsdaten zur Auslegung von beliebigen Wärmetauschern gewonnen werden können.Of the The present invention is therefore based on the object, a method and a device for carrying out the method to design such that vibration data for the interpretation of arbitrary Heat exchangers can be obtained.

Die vorliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vibrationen über mindestens einen Beschleunigungsaufnehmer auf der Basis von mindestens einem Piezo-Element bestimmt werden.The This object is achieved in that the vibrations over at least one accelerometer based on at least be determined a piezoelectric element.

Durch die erfindungsgemäße Messung der Vibrationen im Wärmetauscher über mindestens einen Beschleunigungsaufnehmer auf Basis von einem oder mehreren Piezo-Elementen können fluidelastische Instabilitäten der Strömung auf der Mantelseite direkt detektiert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur direkten Messung der Vibrationen kann die konstruktive Auslegung der Wärmetauscher (Materialien, Wandstärken, Geometrie) optimal auf die gewünschten Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur, Strömungsmenge und -geschwindigkeit) angepasst werden. Durch diese Anpassung wird die Sicherheit des Wärmetauschers gewährleistet und der Betrieb optimiert. Zusätzlich lassen sich durch die erfindungsgemäße Messung der Vibrationen die tatsächlichen Grenzen der Belastbarkeit bei vorhandenen Wärmetauschern ermitteln. Durch die Messung an vorhandenen Wärmetauschern können Sicherheitszuschläge aus Unwägbarkeiten reduziert und der Betrieb optimiert werden.By the measurement according to the invention of the vibrations in Heat exchanger via at least one accelerometer based on one or more piezo elements fluid elastic instabilities of the flow the shell side can be detected directly. By the invention Method for direct measurement of vibration can be the constructive Design of heat exchangers (materials, wall thicknesses, Geometry) optimally to the desired operating conditions (pressure, Temperature, flow rate and rate) become. This adjustment ensures the safety of the heat exchanger and the operation is optimized. In addition, can be through the measurement according to the invention of the vibrations actual limits of load capacity for existing ones Determine heat exchangers. By measuring at existing Heat exchangers can be security surcharges reduced from imponderables and optimized the operation become.

Vorteilhafterweise wird der Beschleunigungsaufnehmer in den Rohrraum eingeführt und detektiert mindestens die Daten für die Beschleunigung in zwei verschiedene, orthogonale Raumrichtungen senkrecht zur Rohrachse und/oder eine hochintegrierte Schwingungsamplitude in Echtzeit. Typischerweise sind die Rohre des Wärmetauschers an ihren Endpunkten der Längsachse fixiert. Durch die Detektion der Beschleunigung entlang zweier zueinander orthogonaler und zur Rohrachse senkrechter Achsen kann somit die gesamte Bewegung des Rohres am Punkt des Beschleunigungsaufnehmers detektiert werden. Durch die Detektion der Beschleunigungen und der Schwingungsamplitude in Echtzeit kann das mechanische Verhalten des Rohres zu beliebigen Prozesszeitpunkten (Anfahren, Normalbetrieb) und in Abhängigkeit von Änderungen der Betriebsparameter bestimmt werden.advantageously, the accelerometer is introduced into the tube space and detects at least the data for acceleration in two different, orthogonal spatial directions perpendicular to the tube axis and / or a highly integrated oscillation amplitude in real time. Typically, the tubes of the heat exchanger are at their endpoints the longitudinal axis fixed. By detecting the acceleration along two mutually orthogonal and vertical to the tube axis Axes can thus track the entire movement of the tube at the point of the accelerometer be detected. Through the detection of the accelerations and the vibration amplitude in real time can change the mechanical behavior of the pipe at any process time (starting, normal operation) and in response to changes in operating parameters be determined.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dahingehend gelöst, dass sich mindestens ein Beschleunigungsaufnehmer basierend auf mindestens einem Piezo-Element im Inneren des Wärmetauschers befindet.the device side the task is solved in such a way that at least one accelerometer based on at least one Piezo element is located inside the heat exchanger.

Vorteilhafterweise befindet sich mindestens ein Beschleunigungsaufnehmer im Inneren eines Rohres. Durch die feste Verbindung überträgt sich die Vibration des Rohres komplett auf den Beschleunigungsnehmer, so dass sich ein komplettes Vibrationsprofil am Befestigungspunkt erstellen läßt.Advantageously, at least one accelerometer is located inside a tube. Due to the fixed connection, the vibration of the tube is completely transferred to the accelerator, so that a complete Vibra can create profile at the attachment point.

Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere detaillierte Vibrationsdaten des Wärmetauschers zu gewinnen. Dadurch läßt sich der Wärmetauscher optimal auf die Einsatzbedingungen anpassen, wodurch ein optimaler Betrieb des Wärmetauschers unter Gewährleistung der Sicherheit gewährleistet ist.With The present invention is particularly detailed To gain vibration data of the heat exchanger. Thereby can the heat exchanger optimally adjust the conditions of use, ensuring optimal operation of the Heat exchanger while ensuring safety is guaranteed.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert werden.in the The invention is based on a illustrated in the figures Embodiment of the invention explained in more detail become.

Es zeigtIt shows

1 die schematische Darstellung der Positionierung eines Beschleunigungsaufnehmers in einem Geradrohrwärmetauscher 1 the schematic representation of the positioning of an accelerometer in a straight tube heat exchanger

1 zeigt die schematische Darstellung eines Geradrohrwärmetauschers (3). Der Beschleunigungsaufnehmer (1) mit seiner zugehörigen Verkabelung (2) wird im Rohrinneren eines beliebigen Rohres (4) platziert. Die Verkabelung (2) zur Datenübermittlung wird über den Stutzen (6) aus der Vorkammer (5) des Geradrohrwärmetauschers (3) ausgeführt und mit der Datenauswertung (7) verbunden. Der Beschleunigungsaufnehmer (1) ist nun in der Lage die komplette Schwingung des Rohres (4) zu detektieren. 1 shows the schematic representation of a straight tube heat exchanger ( 3 ). The accelerometer ( 1 ) with its associated wiring ( 2 ) is in the tube interior of any pipe ( 4 ). The wiring ( 2 ) for data transmission is via the nozzle ( 6 ) from the antechamber ( 5 ) of the straight pipe heat exchanger ( 3 ) and with the data evaluation ( 7 ) connected. The accelerometer ( 1 ) is now capable of the complete oscillation of the tube ( 4 ) to detect.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2005/019758 [0004]

Claims

Method for vibration measurement in a heat exchanger ( 3 ), characterized in that the vibration via at least one accelerometer ( 1 ) are determined on the basis of at least one piezoelectric element.

Method according to claim 1, characterized in that at least one acceleration sensor ( 1 ) in the tube space ( 4 ) is introduced.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the accelerometer at least the data for the acceleration in two different orthogonal directions perpendicular to the tube axis and / or a highly integrated oscillation amplitude detected in real time.

Device for vibration measurement in a heat exchanger, characterized in that at least one acceleration sensor ( 1 ) based on at least one piezo element in the interior of the heat exchanger ( 3 ) is located.

Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one accelerometer ( 1 ) inside a tube ( 4 ) is located.