DE102009042994A1 - Method for monitoring operation of e.g. plate-type heat exchanger in chemical plant to control safety precautions, involves providing circuit e.g. valves, to control volumetric flow of fluid streams into apparatus depending on comparison - Google Patents

Method for monitoring operation of e.g. plate-type heat exchanger in chemical plant to control safety precautions, involves providing circuit e.g. valves, to control volumetric flow of fluid streams into apparatus depending on comparison Download PDF

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Abstract

The method involves measuring temperature (T1-T3) in local areas (23-25) within an apparatus i.e. plate-type heat exchanger (1) or an external wall (5) of the apparatus. The measured temperature is compared with a temperature target value stored in a control device (30) of a plant, where the temperature target value is measured from rigidity calculation of the local area. A circuit e.g. alarm device (50) or valves (V1, V2), is provided for controlling volumetric flow of fluid streams (F1, F2) flowing into the apparatus depending on the comparison. An independent claim is also included for a safety device for a process technical or chemical plant.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicherheitstechnischen Überwachung des Betriebs eines thermisch belasteten Apparates, beispielsweise eines Wärmeaustauschers oder eines chemischen Reaktors, in einer verfahrenstechnischen oder chemischen Anlage und gegebenenfalls zur Steuerung von Sicherheitsmaßnahmen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Sicherheitsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for safety-related monitoring of the operation of a thermally loaded apparatus, for example a heat exchanger or a chemical reactor, in a process engineering or chemical plant and optionally for controlling safety measures. Furthermore, the invention relates to a safety device for carrying out the method.

Viele Apparate verfahrenstechnischer oder chemischer Anlagen, wie beispielsweise Wärmeaustauscher oder chemische Reaktoren, sind während ihres Betriebs hohen Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt, die sich beispielsweise durch große Temperaturunterschiede einströmender Fluide ergeben. Bei exothermen chemischen Reaktionen können große Wärmemengen frei werden, die eine hohe Beanspruchung des Apparates aufgrund thermischer Spannungen in Bauteilen des Apparates zur Folge hat.Many apparatuses of process engineering or chemical plants, such as heat exchangers or chemical reactors, are exposed to high temperature stresses during their operation, resulting for example from large temperature differences of inflowing fluids. In exothermic chemical reactions large amounts of heat can be released, which has a high stress on the apparatus due to thermal stresses in components of the apparatus result.

Um Schäden durch Wärmespannungen zu vermeiden, werden nach dem Stand der Technik an Rohrleitungen oder Fluidströmen, die zu dem jeweiligen Apparat hinführen, oder von diesem weg führen, Temperaturmessungen vorgenommen. Über diese in den Zu- und Ableitungen gemessenen Temperaturen werden die Apparate sicherheitstechnisch überwacht und Sicherheitsmaßnahmen gesteuert.To avoid thermal stress damage, temperature measurements are made in the prior art on piping or fluid streams leading to or away from the particular apparatus. By means of these temperatures measured in the supply and discharge lines, the apparatuses are monitored for safety and safety measures are controlled.

Als Beispiel hierfür sei ein Wärmeaustauscher, etwa ein Plattenwärmeaustauscher, genannt, bei dem ein kryogener, erster Fluidstrom (von beispielsweise –180°C) und ein warmer, zweiter Fluidstrom (beispielsweise von 40°C) in indirektem Wärmeaustausch im Gegenstrom zueinander geführt werden. Sollte in einem Störfall beispielsweise der warme, erste Fluidstrom ausfallen, so wird an der Ableitung des zweiten Fluidstroms aus dem Wärmeaustauscher ein Temperaturabfall registriert. Dieser Temperaturabfall wird in der Regel als Kriterium zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen verwendet. Eine Sicherheitsmaßnahme kann beispielsweise darin bestehen, das den kalten Strom steuernde Ventil zu schließen. Der kalte Strom kann somit nicht mehr in den Wärmeaustauscher einfließen. Hierdurch sollen Schäden durch unerlaubte Wärmespannungen am Wärmeaustauscher verhindert werden.As an example of this is a heat exchanger, such as a plate heat exchanger, called, in which a cryogenic first fluid flow (of for example -180 ° C) and a warm, second fluid flow (for example, of 40 ° C) are conducted in indirect heat exchange in countercurrent to each other. If, for example, the warm, first fluid flow fails in an accident, a temperature drop is registered at the discharge of the second fluid flow from the heat exchanger. This temperature drop is usually used as a criterion for initiating safety measures. A safety measure may be, for example, to close the valve controlling the cold flow. The cold stream can thus no longer flow into the heat exchanger. This is to prevent damage caused by unauthorized thermal stress on the heat exchanger.

Problem bei dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass die Temperaturgrenzwerte zur Einleitung der Sicherheitsmaßnahmen, beispielsweise das vorgenannte Schließen des Ventils im kalten Strom, sehr konservativ, d. h. eng gewählt werden müssen, um Schäden an dem Wärmeaustauscher sicher zu verhindern. Ein häufiges Einleiten von Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz des Wärmeaustauschers vor unerlaubten thermischen Spannungen kann den gesamten Betrieb einer mit dem Wärmeaustauscher ausgestatteten Anlage erheblich beeinträchtigen. Bei großzügig gewählten Temperaturgrenzwerten ist der Wärmeaustauscher jedoch einem erhöhten Risiko einer Leckage aufgrund von lokalen Spannungsüberschreitungen ausgesetzt. Diese werden jedoch nach dem Stand der Technik nicht erfasst.However, the problem with this approach is that the temperature limits to initiate the safety measures, for example, the aforementioned closing of the valve in the cold stream, are very conservative, i. H. must be chosen closely to prevent damage to the heat exchanger safely. A frequent introduction of safety measures to protect the heat exchanger against unauthorized thermal stresses can significantly affect the entire operation of a system equipped with the heat exchanger. However, with widely chosen temperature limits, the heat exchanger is exposed to an increased risk of leakage due to local voltage overshoots. However, these are not covered by the prior art.

In der EP 1 798 508 A1 wird ein Verfahren zu Bestimmung der Festigkeit eines Plattenwärmeaustauschers beschrieben, bei welchem die während des Betriebs im Inneren eines Plattenwärmeaustauschers auftretenden thermischen Spannungen mittels einer dreidimensionalen numerischen Simulation berechnet werden, und auf Basis der berechneten Wärmespannungen die Festigkeit des Plattenwärmeaustauschers bestimmt wird. Zur Bestimmung der räumlichen Temperaturverteilung in den Profilen und Trennblechen wird ein vereinfachtes Schichtmodell verwendet, bei welchem das Profil durch einen den Raum zwischen den Trennblechen homogen ausfüllenden Metallblock modelliert wird. Zusätzlich zu den Temperaturen wirken auf den Plattenwärmeaustauscher die Betriebsdrücke der Fluide ein, die eine durch Druck bedingte Spannungsverteilung im Wärmeaustauscher bedingen. Die Gesamtspannungsverteilung wird durch Überlagerung der Wärmespannungsverteilung und Druckspannungsverteilung ermittelt. Mithilfe des beschriebenen Verfahrens können für den Plattenwärmeaustauscher während des regulären Betriebs auftretende Spannungsverhältnisse bestimmt werden.In the EP 1 798 508 A1 A method for determining the strength of a plate heat exchanger is described, in which the thermal stresses occurring during operation inside a plate heat exchanger are calculated by means of a three-dimensional numerical simulation, and the strength of the plate heat exchanger is determined on the basis of the calculated thermal stresses. To determine the spatial temperature distribution in the profiles and dividing plates, a simplified layer model is used in which the profile is modeled by a metal block homogeneously filling the space between the dividing plates. In addition to the temperatures, the operating pressures of the fluids, which cause pressure distribution in the heat exchanger, act on the plate heat exchanger. The total stress distribution is determined by superposition of the thermal stress distribution and compressive stress distribution. By means of the method described, stress ratios occurring for the plate heat exchanger during normal operation can be determined.

Bei einem plötzlichen Störfall in einer den Plattenwärmeaustauscher umfassenden Anlage, wie beispielsweise einer Reduzierung bzw. einem Ausfall eines in den Plattenwärmeaustauscher einströmenden Fluids, können sich die lokalen Spannungsverteilungen, wie sich aus obigen Berechnungen ergab, jedoch abrupt ändern. Durch lokale Spannungsüberschreitungen ist der Apparat einem erhöhten Risiko einer Leckage ausgesetzt.In a sudden accident in a system comprising the plate heat exchanger, such as a reduction or a failure of a fluid flowing into the plate heat exchanger, however, the local voltage distributions may abruptly change as indicated by the above calculations. Local excess voltage exposes the device to an increased risk of leakage.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren zur sicherheitstechnischen Überwachung des Betriebs eines Apparates in einer verfahrenstechnischen oder chemischen Anlage und eine Sicherheitsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die Beschädigungen am Apparat aufgrund von Wärmespannungen sicher verhindern.The object of the present invention is therefore a method for safety monitoring of the operation of an apparatus in a process engineering or chemical plant and a To provide safety device for performing the method, which reliably prevent damage to the apparatus due to thermal stresses.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 8. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.The object is achieved by a method according to claim 1 and a safety device according to claim 8. The dependent claims relate to preferred embodiments.

Demnach wird ein Verfahren zur sicherheitstechnischen Überwachung des Betriebs eines thermisch belasteten Apparates, beispielsweise eines Wärmeaustauschers oder eines chemischen Reaktors, in einer verfahrenstechnischen oder chemischen Anlage und gegebenenfalls zur Steuerung von Sicherheitsmaßnahmen bereitgestellt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

  • (a) Messen zumindest einer Temperatur an zumindest einer lokalen, also örtlich begrenzten Stelle, innerhalb des Apparates oder an einer Außenwand des Apparates;
  • (b) Vergleichen der gemessenen Temperatur oder eines aus einer oder mehreren der gemessenen Temperaturen berechneten Temperaturvergleichswertes, beispielsweise eines Temperaturdifferenzwertes oder Steigungswertes einer Temperaturkurve, mit einem in einer Steuereinrichtung der Anlage abgelegten Temperatursollwert oder Temperaturgrenzwert für die lokale/n Stelle/n, wobei der Temperatursollwert oder der Temperaturgrenzwert aus einer Festigkeitsberechnung für die lokale/n Stelle/n resultiert;
  • (c) Ansteuern oder Nichtansteuern einer Schaltung, beispielsweise einer Alarmeinrichtung oder eines Ventils zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines der in den Apparat einströmenden Fluidströme, in Abhängigkeit des Vergleichs.
Accordingly, a method for safety monitoring of the operation of a thermally loaded apparatus, such as a heat exchanger or a chemical reactor, in a process engineering or chemical plant and optionally provided for the control of security measures. The method comprises the following steps:
  • (A) measuring at least one temperature at at least one local, ie localized, location within the apparatus or on an outer wall of the apparatus;
  • (b) comparing the measured temperature or a temperature comparison value calculated from one or more of the measured temperatures, for example a temperature difference value or slope value of a temperature curve, with a temperature setpoint or temperature limit for the local location (s) stored in a controller of the facility, the temperature setpoint or the temperature limit results from a strength calculation for the local site (s);
  • (C) driving or Nichtansteuern a circuit, such as an alarm device or a valve for controlling the flow rate of at least one of the inflowing into the apparatus fluid flows, depending on the comparison.

Durch Temperaturmessungen an lokalen Stellen innerhalb des Apparates oder an der Außenwand des Apparates können die lokalen thermischen Belastungen besser beobachtet werden. Durch den Vergleich mit Temperatursoll- oder grenzwerten, die aus Festigkeitsberechnungen für die lokalen Stellen ermittelt wurden, können lokale thermische Spannungsüberschreitungen und damit Beschädigungen am Apparat durch rechtzeitiges Einleiten von Sicherheitsmaßnahmen verhindert werden. Die Lebensdauer des Apparates wird hierdurch erhöht. Zudem kann der Apparat in einem größeren Temperaturbereich betrieben werden.Temperature measurements at local locations within the apparatus or on the outer wall of the apparatus can better monitor local thermal stresses. By comparing with temperature setpoints or limit values, which were determined from strength calculations for the local points, local thermal voltage excesses and thus damage to the device can be prevented by timely initiation of safety measures. The life of the apparatus is thereby increased. In addition, the apparatus can be operated in a wider temperature range.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die in Schritt (a) ermittelten absoluten Temperaturmesswerte mit absoluten Temperatursollwerten bzw. Temperaturgrenzwerten in Schritt (b) zu vergleichen. Eine derartige Vorgehensweise bietet sich beispielsweise zur Überwachung des regulären Betriebs eines Apparates an.In principle, it is possible to compare the absolute temperature measured values determined in step (a) with absolute temperature setpoints or temperature limit values in step (b). Such a procedure is suitable, for example, for monitoring the regular operation of an apparatus.

Daneben ist es jedoch auch möglich, einen Vergleich relativer Temperaturwerte durchzuführen. Zur sicherheitstechnischen Überwachung der Inbetriebnahme eines Apparates ist es vorteilhaft, Temperaturdifferenzwerte zwischen lokalen Stellen des Apparates zu überwachen. Eine Vorgehensweise könnte sein: in Schritt (a) an zumindest zwei lokalen Stellen innerhalb des Apparates oder an einer Außenwand des Apparates Temperaturen zu messen, in Schritt (b) einen Differenzwert beider Temperaturen zu bilden, welcher mit einem Temperaturdifferenzgrenzwert verglichen wird, der aus einer Festigkeitsberechnung für die lokalen Stellen resultiert. Bei Erreichen definierter Temperaturgrenzwerte können geeignete Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.In addition, however, it is also possible to perform a comparison of relative temperature values. For safety-related monitoring of the startup of an apparatus, it is advantageous to monitor temperature difference values between local points of the apparatus. One approach could be to measure temperatures in step (a) at at least two local locations within the apparatus or on an outer wall of the apparatus, to form a differential value of both temperatures in step (b), which is compared to a temperature difference threshold consisting of a Strength calculation for the local bodies results. Upon reaching defined temperature limits, appropriate safety measures can be taken.

Eine andere bevorzugte Verfahrensweise sieht vor, in Schritt (b) für zumindest eine lokale Stelle die Steigung der Temperaturkurve zu berechnen und mit einem Temperatur-Steigungsgrenzwert oder Temperatur-Steigungssollwert für die lokale Stelle zu vergleichen. In Abhängigkeit des Ergebnisses dieses Vergleichs können gegebenenfalls Sicherheitsmaßnahmen gesteuert werden. Eine derartige Vorgehensweise ist ebenfalls bei der Inbetriebnahme von Apparaten vorteilhaft. Die Steigungswerte können bei tatsächlichem Ansteigen positiv, bei einem Abfallen der Temperaturkurve negativ sein.Another preferred procedure envisages calculating the slope of the temperature curve for at least one local location in step (b) and comparing it with a temperature slope limit value or temperature gradient setpoint for the local location. Depending on the result of this comparison, safety measures may be controlled if necessary. Such a procedure is also advantageous in the commissioning of apparatus. The slope values may be positive for actual increase, negative for decrease of the temperature curve.

Eine bevorzugte Sicherheitsmaßnahme besteht darin, bei Erreichen eines ersten Temperaturgrenzwertes eine Alarmeinrichtung in Schritt (c) anzusteuern, die ein Alarmsignal, beispielsweise ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal, ausgibt. Dem Betriebspersonal wird damit die Möglichkeit gegeben, durch geeignete Maßnahmen die Temperatur in den gewünschten Bereich zurückzuführen. Bei einem Wärmeaustauscher, beispielsweise einem Plattenwärmeaustauscher oder einem gewickelten Wärmeaustauscher, in den zumindest zwei Fluidströme zum indirekten Wärmeaustausch miteinander eingeleitet werden, kann das Betriebspersonal beispielsweise die Volumenströme der Fluide durch Betätigen der Ventile in den Zu- und/oder Ableitungen steuern.A preferred safety measure is to trigger an alarm device in step (c) upon reaching a first temperature limit value, which emits an alarm signal, for example an optical and / or acoustic alarm signal. The operating staff is thus given the opportunity to return the temperature by suitable measures in the desired range. In a heat exchanger, such as a plate heat exchanger or a wound heat exchanger, are introduced into the at least two fluid streams for indirect heat exchange with each other, the operating personnel, for example, the volume flow of the fluids by operating the valves in the supply and / or discharge lines.

Bei Erreichen eines zweiten Temperaturgrenzwertes, der vorzugsweise oberhalb des ersten Temperaturgrenzwertes bzw. bei Minustemperaturen unterhalb des ersten Temperaturgrenzwertes liegt, wird vorzugsweise ein Ventil zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines in den Apparat einströmenden Fluidstroms angesteuert. Das Ventil kann beispielsweise vollständig geschlossen werden.Upon reaching a second temperature limit, which is preferably above the first temperature limit or at minus temperatures below the first temperature limit, is Preferably, a valve for controlling the volume flow of at least one inflowing into the apparatus fluid flow is controlled. For example, the valve can be completely closed.

Damit ergibt sich ein zweistufiges Sicherheitssystem, bei welchem bei Erreichen eines ersten Temperaturgrenzwertes vorzugsweise zunächst ein Alarm ausgegeben wird. Greifen Steuerungsmaßnahmen durch das Bedienpersonal nicht oder nicht rechtzeitig, so wird bei Erreichen eines zweiten Temperaturgrenzwertes vorzugsweise ein Ventil zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines in den Apparat eintretenden Fluidstroms automatisch angesteuert.This results in a two-stage safety system, in which upon reaching a first temperature limit preferably first an alarm is issued. If control measures by the operating personnel do not take place or are not timely, when a second temperature limit value is reached, preferably a valve for controlling the volume flow of at least one fluid flow entering the apparatus is automatically actuated.

Generell besteht jedoch auch die Möglichkeit, beispielsweise zur sicherheitstechnischen Überwachung des regulären Betriebs eines Apparates durch eine Regelung Einfluss auf lokale Temperaturen zu nehmen. Vorzugsweise wird in Schritt (c) durch Ansteuern zumindest eines Ventils, das zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines in den Apparat einströmenden Fluidstroms dient, die Temperatur an der/n lokalen Stelle/n oder der berechnete Temperaturvergleichswert auf einem vorbestimmten Sollwert – dies kann auch ein Temperaturwertebereich sein – oder unterhalb bzw. oberhalb eines vorbestimmten Temperaturgrenzwertes für die lokale/n Stelle/n gehalten. Hierdurch ist es möglich, im regulären Betrieb des Apparates lokale Spannungsüberschreitungen aufgrund von unerlaubten lokalen Temperaturen zu vermeiden.In general, however, it is also possible, for example, for safety-related monitoring of the regular operation of an apparatus by a control effect on local temperatures. Preferably, in step (c), by controlling at least one valve which serves to control the volume flow of at least one fluid stream flowing into the apparatus, the temperature at the local location (s) or the calculated temperature comparison value is at a predetermined set point Temperature range to be - or kept below or above a predetermined temperature limit for the local / n / n. This makes it possible to avoid local voltage excesses due to unauthorized local temperatures in the regular operation of the apparatus.

Bei der in Schritt (b) stattfindenden Auswertung der gemessenen Temperaturen können somit zugrunde gelegt werden: einzelne lokale Temperaturen, Temperaturverläufe über die Zeit T(t) an einem lokalen Messpunkt oder Differenztemperaturen zwischen zwei oder mehr lokalen Temperaturen an lokalen Stellen des Apparates.The evaluation of the measured temperatures taking place in step (b) can thus be based on: individual local temperatures, temperature profiles over time T (t) at a local measuring point or differential temperatures between two or more local temperatures at local points of the apparatus.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Sicherheitsvorrichtung für eine verfahrenstechnische oder chemische Anlage bereitgestellt. Diese weist auf:

  • (a) zumindest einen ersten Temperatursensor an zumindest einer lokalen Stelle innerhalb des Apparates oder an einer Außenwand des Apparates,
  • (b) eine Steuereinrichtung, in der zumindest ein Temperaturgrenzwert oder zumindest ein Temperatursollwert abgelegt ist, der aus einer lokalen Festigkeitsberechnung für die lokale/n Stelle/n resultiert, und
  • (c) eine Alarmeinrichtung zur Ausgabe eines Alarmsignals und/oder eine Schaltung zur Steuerung der Temperatur/en an der lokalen Stelle bzw. an den lokalen Stellen, insbesondere ein Ventil zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines in den Apparat einströmenden Fluidstroms.
To carry out the method according to the invention, a safety device for a process engineering or chemical plant is provided. This indicates:
  • (a) at least one first temperature sensor at at least one local location within the apparatus or on an outer wall of the apparatus,
  • (B) a control device in which at least one temperature limit value or at least one temperature setpoint is stored, which results from a local strength calculation for the local / n place / n, and
  • (C) an alarm device for outputting an alarm signal and / or a circuit for controlling the temperature / s at the local location or at the local locations, in particular a valve for controlling the volume flow of at least one fluid stream flowing into the apparatus.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung können zur Absicherung von Betriebsstörungen, beispielsweise bei Ausfall eines einströmenden Fluidstroms aufgrund eines Pumpenausfalls, zur Überwachung der Inbetriebnahme eines Apparates sowie zur Regelung von lokalen Temperaturen im Apparat im Normalbetriebsfall eingesetzt werden.The method according to the invention or the safety device according to the invention can be used for safeguarding malfunctions, for example in the event of failure of an incoming fluid flow due to a pump failure, for monitoring the startup of an apparatus and for regulating local temperatures in the apparatus during normal operation.

Die in der Steuereinrichtung abgelegten Temperaturdatensätze aus Temperaturgrenz- und/oder Temperatursollwerten können aus Festigkeitsberechnungen stammen, die von der Steuereinrichtung selbst durchgeführt werden. In der Regel werden die Datensätze von einer unabhängigen, separaten Rechnereinheit ermittelt, auf einem Speicher abgespeichert und von diesem auf einen entsprechenden Speicher in der Steuereinrichtung der Sicherheitsvorrichtung übertragen.The temperature data sets of temperature limit and / or temperature setpoints stored in the control device can originate from strength calculations which are carried out by the control device itself. In general, the data sets are determined by an independent, separate computer unit, stored in a memory and transmitted by the latter to a corresponding memory in the control device of the security device.

Als Temperatursensoren können alle im Stand der Technik bekannten Sensoren zur Erfassung der Temperatur wie beispielsweise Thermoelemente verwendet werden. Zum Messen von Temperaturen an Wänden des Apparates werden vorzugsweise Berührungsthermometer bzw. Oberflächen-Kontaktthermometer eingesetzt. Dies können Thermometer mit Thermoelementen (NiCr/Ni, Pt/PtRh, Fe/Konstantan usw.) sein. Auch berührungslos messende Thermometer wie Strahlungsthermometer können zum Einsatz kommen.As temperature sensors, all known in the art sensors for detecting the temperature such as thermocouples can be used. For measuring temperatures on walls of the apparatus, contact thermometers or surface contact thermometers are preferably used. These may be thermometers with thermocouples (NiCr / Ni, Pt / PtRh, Fe / Constantan, etc.). Non-contact measuring thermometers such as radiation thermometers can also be used.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung für Apparate verwendet, die einem großen Temperaturgang, d. h. häufig großen Temperaturwechseln, ausgesetzt sind. Auch bei Apparaten mit lokal großen Temperaturunterschieden ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung von Vorteil.Preferably, the method according to the invention or the device according to the invention is used for apparatuses which have a high temperature response, ie. H. often large temperature changes, are exposed. Also in apparatuses with locally large temperature differences, the inventive method or the inventive device is advantageous.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung für Plattenwärmeaustauscher oder gewickelte Wärmeaustauscher verwendet.Preferably, the inventive method or apparatus for plate heat exchanger or wound heat exchanger is used.

Bei Plattenwärmeaustauschern können Oberflächenkontakt-Thermometer auf die Abschlussleisten (engl.: side bars) aufbracht sein. Bei gewickelten Wärmeaustauschern können sich Oberflächen-Kontaktthermometer an einzelnen Rohren oder an dem sog. Hemd befinden, das zwischen dem äußeren Rohrkreis und dem Mantel des Wärmeaustauschers angeordnet ist. Auch in Zwischenräumen innerhalb des gewickelten Wärmeaustauschers können Thermometer angeordnet sein. Die Messstellen können sich dabei auch von Wänden beabstandet befinden.For plate heat exchangers, surface contact thermometers may be applied to the side bars. In wound heat exchangers, surface Contact thermometer on individual tubes or on the so-called. Shirt, which is arranged between the outer tube and the shell of the heat exchanger. Also in interspaces within the wound heat exchanger thermometers can be arranged. The measuring points can also be spaced from walls.

Vorzugsweise wird das Verfahren bzw. die Vorrichtung für Wärmeaustauscher verwendet, die in Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas, zur kryogenen Luftzerlegung oder zur Gewinnung von Olefinen eingesetzt werden. Dort treten Fluide meist mit großen Temperaturunterschieden in die Wärmeaustauscher ein. In Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas werden häufig gewickelte Wärmeaustauscher zur Vorkühlung bzw. Unterkühlung des Hauptstoffstroms eingesetzt.Preferably, the method or apparatus is used for heat exchangers which are used in plants for the liquefaction of natural gas, for cryogenic air separation or for the production of olefins. There, fluids usually enter the heat exchangers with large temperature differences. In liquefied natural gas plants, wound heat exchangers are often used to precool or subcool the main stream of material.

In einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft kann der Hauptwärmeaustauscher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgesichert sein. Die in den Hauptwärmeaustauscher eintretenden Fluide weisen häufig Temperaturunterschiede von über 200 K auf. Der kalte Strom tritt in der Regel mit etwa –180°C in den Wärmeaustauscher ein, der warme Strom mit etwa +40°C. Bei einem Ausfall eines der Fluidströme beispielsweise aufgrund eines Pumpenausfalls können sich die lokalen Temperaturen abrupt ändern.In a system for the cryogenic separation of air, the main heat exchanger can be secured by the method according to the invention or the device according to the invention. The fluids entering the main heat exchanger often have temperature differences of over 200K. The cold stream usually enters the heat exchanger at about -180 ° C, the warm stream at about + 40 ° C. In case of failure of one of the fluid streams, for example due to a pump failure, the local temperatures may change abruptly.

Lokale Spannungsüberschreitungen können die Folge sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese lokalen Temperaturen gemessen und mit Temperaturdaten aus lokalen Festigkeitsberechnungen verglichen. Lokale Spannungsüberschreitungen können verhindert werden.Local voltage overshoots can be the result. With the method according to the invention, these local temperatures are measured and compared with temperature data from local strength calculations. Local voltage overshoots can be prevented.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung können bei einem chemischen Reaktor zum Einsatz kommen, in welchem eine exotherme chemische Reaktion stattfindet und die Reaktionswärme durch indirekten Wärmeaustausch mit einem in den Reaktor einströmenden Fluid abgeführt wird. Wird bei einem solchen Reaktor beispielsweise der Volumenstrom des einströmenden kühlenden Fluids aufgrund einer Betriebsstörung verringert oder fällt der kühlende Fluidstrom vollständig aus, so können innerhalb des Reaktors lokal hohe Temperaturbeanspruchungen auftreten, die die Festigkeit des Apparates gefährden. Diese können mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung rechtzeitig aufgedeckt werden.The inventive method or the safety device according to the invention can be used in a chemical reactor in which an exothermic chemical reaction takes place and the heat of reaction is removed by indirect heat exchange with a fluid flowing into the reactor. In such a reactor, for example, if the volume flow of the incoming cooling fluid is reduced due to a malfunction or if the cooling fluid flow is completely reduced, locally high temperature stresses can occur within the reactor, which jeopardize the strength of the apparatus. These can be revealed in good time by means of the method according to the invention or the safety device according to the invention.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt:The invention and further details of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings described embodiments. Hereby shows:

1 eine perspektivische, schematische Darstellung eines Plattenwärmeaustauscher mit einer Ausführungsform einer Sicherheitsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 a perspective, schematic representation of a plate heat exchanger with an embodiment of a safety device according to the present invention.

1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Plattenwärmeaustauscher 1, der in einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft als Wärmeaustauscher eingesetzt ist. Der Plattenwärmeaustauscher 1 umfasst einen quaderförmigen Wärmeaustauscherblock 2. Auf der Frontseite ist der Block 2 teilweise aufgeschnitten dargestellt. Der Wärmeaustauscherblock 2 umfasst eine Vielzahl von Trennblechen 3 und Wärmeaustauschprofilen 4, sog. Fins 4, die abwechseln in einem Stapel aneinandergelegt sind. Die Trennbleche 3 und die Fins 4 sind in der Regel aus Aluminium gefertigt. 1 shows in perspective view a plate heat exchanger 1 , which is used in a plant for the cryogenic separation of air as a heat exchanger. The plate heat exchanger 1 includes a cuboid heat exchanger block 2 , On the front is the block 2 partially cut open. The heat exchanger block 2 includes a variety of dividers 3 and heat exchange profiles 4 , so-called fins 4 which are stacked alternately in a stack. The dividers 3 and the fins 4 are usually made of aluminum.

Zu ihren Seiten sind die Fins 4 durch Abschlussleisten 6, im Englischen als side bars bezeichnet, abgeschlossen. Durch Abdeckplatten 7 sind die Frontseite und die Rückseite des Quaders 2 nach außen flüssigkeitsdicht verschlossen. Die einzelnen Bauteile des Quaders 2 sind durch Lot miteinander verbunden.To their side are the fins 4 through end strips 6 , in English referred to as side bars, completed. By cover plates 7 are the front and the back of the cuboid 2 closed to the outside liquid-tight. The individual components of the cuboid 2 are connected by solder.

Zwischen benachbarten Trennblechen 3 ist jeweils eine flüssigkeitsdichte Passage mit einem Finblech 4 gebildet, durch die ein Fluid zum Wärmeaustausch geführt werden kann. Der Block 2 weist Öffnungen 9 und 10 zum Einleiten der Fluide in die jeweiligen Passagen des Blocks 2 auf.Between adjacent dividers 3 is in each case a liquid-tight passage with a fin plate 4 formed, through which a fluid can be performed for heat exchange. The block 2 has openings 9 and 10 for introducing the fluids into the respective passages of the block 2 on.

Häufig weisen die Passagen wie in der EP 1 798 508 A1 in 3 gezeigt, profilierte Verteilerbleche auf, die das Fluid ausgehend von einer Eintrittsöffnung über die gesamte Breite B des Fins 4 verteilen, sowie profilierte Sammelbleche, die das Fluid über der Breite des jeweiligen Fins 4 zu einer Austrittsöffnung zusammenführen. In der vorliegenden 1 sind die Verteiler- und Sammelbleche aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.Often the passages show as in the EP 1 798 508 A1 in 3 shown, profiled distribution plates, which the fluid from an inlet opening over the entire width B of the fin 4 distribute, as well as profiled collecting sheets, the fluid over the width of the respective fin 4 merge to an outlet opening. In the present 1 the distributor and collector plates are not shown for reasons of clarity.

An den Seiten des Quaders 2 befinden sich Aufsätze 12 bis 15, die im Englischen als header bezeichnet werden. Die Aufsätze 12 bis 15 sind zum Block 2 hin geöffnete Kanäle, die einen kreissegmentförmigen Querschnitt besitzen und an ihren Enden verschlossen sind. An jedem Aufsatz 12 bis 15 befindet sich ein Stutzen 16.On the sides of the cuboid 2 there are essays 12 to 15 , which are called headers in English. The essays 12 to 15 are to the block 2 open channels, which is a circular segment Have cross section and are closed at their ends. At every essay 12 to 15 there is a nozzle 16 ,

Die Aufsätze 12 und 13 verteilen die einströmenden Fluide über die gesamte Tiefe T des Wärmeaustauschblocks 2 und somit über alle in unterbrochenen Linien dargestellten Eintrittsöffnungen 9 und 10. Die Aufsätze 14 und 15 nehmen die aus den Passagen austretenden Fluide auf, sammeln diese und leiten diese über die Stutzen 16 in Ableitungen 20 und 21 ein.The essays 12 and 13 distribute the inflowing fluids over the entire depth T of the heat exchange block 2 and thus over all entry openings shown in broken lines 9 and 10 , The essays 14 and 15 pick up the fluids leaving the passages, collect them and transfer them via the nozzles 16 in derivatives 20 and 21 one.

In vorliegendem Beispiel werden in den Plattenwärmeaustauscher 2, der sich in einer Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft befindet, zwei Fluidströme F1 und F2 zum indirekten Wärmeaustausch eingeleitet.In the present example are in the plate heat exchanger 2 , which is located in a plant for cryogenic separation of air, two fluid streams F1 and F2 initiated for indirect heat exchange.

Über die Zuleitung 19 wird ein kalter Fluidstrom F1 mit einer Temperatur von etwa –179°C eingeleitet und über die Zuleitung 18 ein warmer Fluidstrom F2 mit einer Temperatur von etwa 40°C. Diese tauschen in den Passagen des Wärmeaustauscherblocks 2 durch indirekten Wärmeaustausch ihre Wärmeenergie aus.About the supply line 19 a cold fluid flow F1 is introduced at a temperature of about -179 ° C and over the supply line 18 a warm fluid flow F2 with a temperature of about 40 ° C. These swap in the passages of the heat exchanger block 2 by indirect heat exchange their heat energy.

Über den Aufsatz 15 und die Ableitung 21 verlässt der erwärmte Fluidstrom F1 den Block 2. Der Fluidstrom F1 besitzt nach dem Wärmeaustausch in etwa eine Temperatur von 35°C. Der auf eine Temperatur von etwa –170°C durch Wärmeaustausch abgekühlte Fluidstrom F2 verlässt den Wärmeaustauschblock 2 über den Aufsatz 14 und die Ableitung 20.About the tower 15 and the derivative 21 the heated fluid flow F1 leaves the block 2 , The fluid flow F1 has after the heat exchange in about a temperature of 35 ° C. The fluid flow F2, cooled to a temperature of about -170 ° C by heat exchange, leaves the heat exchange block 2 about the tower 14 and the derivative 20 ,

Der Volumenstrom des Fluidstroms F1 ist über ein Ventil V1 in der Zuleitung 19 und der Volumenstrom des Fluidstroms F2 über ein Ventil V2 in der Ableitung 20 einstellbar.The volume flow of the fluid flow F1 is via a valve V1 in the supply line 19 and the volume flow of the fluid flow F2 via a valve V2 in the discharge 20 adjustable.

An der rechten seitlichen Außenwand 5 des Plattenwärmeaustauschers 1 befinden sich an einer Passage für den Fluidstrom F1 mehrere senkrecht an einer Abschlussleiste 6 übereinander angeordnete lokale Messstellen 23, 24 und 25. An diesen werden mithilfe von nicht dargestellten Temperatursensoren, beispielsweise Thermoelementen, Temperaturen T1, T2 und T3 erfasst. Die Temperatursensoren haben Kontakt mit der Oberfläche der Abschlussleiste 6. Es handelt sich somit um Berührungsthermometer bzw. Oberflächen-Kontaktthermometer. Die Temperatursensoren sind jeweils über Datenleitungen 33, 34 und 35 mit einer Steuereinrichtung 30 verbunden. Die Steuereinrichtung 30 kann beispielsweise Teil eines Prozessleitsystems der Anlage zur Tieftemperaturzerlegung von Luft sein. Über eine erste Steuerleitung 36 ist das Ventil V1 von der Steuereinrichtung 30 aus zur Einstellung des Volumenstroms des Fluidstroms F1 ansteuerbar und über eine zweite Steuerleitung 37 das Ventil V2 zur Einstellung des Volumenstroms des Fluidstroms F2.At the right side outer wall 5 the plate heat exchanger 1 are located at a passage for the fluid flow F1 more perpendicular to a terminal strip 6 superimposed local measuring points 23 . 24 and 25 , At these temperatures are detected by means of temperature sensors, not shown, for example, thermocouples, T1, T2 and T3. The temperature sensors are in contact with the surface of the end strip 6 , These are therefore contact thermometers or surface contact thermometers. The temperature sensors are each via data lines 33 . 34 and 35 with a control device 30 connected. The control device 30 may for example be part of a process control system of the plant for the cryogenic separation of air. Via a first control line 36 is the valve V1 from the controller 30 from the adjustment of the volume flow of the fluid flow F1 controllable and via a second control line 37 the valve V2 for adjusting the volume flow of the fluid flow F2.

Die während des Betriebs durch den Wärmeaustauscher 1 strömenden Fluidströme F1 und F2 erzeugen in den Trennblechen 3 und den Wärmeaustauschprofilen 4 thermische Spannungen.The during operation through the heat exchanger 1 flowing fluid flows F1 and F2 generate in the baffles 3 and the heat exchange profiles 4 thermal stresses.

Um eine Leckage des Plattenwärmeaustauschers 1 aufgrund von unerlaubten Wärmespannungen zu verhindern, sind in der Steuereinrichtung 30 für die von den Temperatursensoren an den Messstellen 23 bis 25 gemessenen Temperaturen T1, T2 und T3 Temperatursollwerte und/oder Temperaturgrenzwerte hinterlegt. Diese in der Steuereinrichtung 30 hinterlegten Temperaturdatensätze sind durch eine Festigkeitsberechnung des Wärmeaustauschers 1 für die lokalen Messstellen 23, 24 und 25 ermittelt.To prevent leakage of the plate heat exchanger 1 due to unauthorized thermal stresses are in the control device 30 for those of the temperature sensors at the measuring points 23 to 25 measured temperatures T1, T2 and T3 temperature setpoints and / or temperature limits are stored. This in the control device 30 stored temperature records are by a strength calculation of the heat exchanger 1 for the local measuring points 23 . 24 and 25 determined.

Übliche Vorgehensweise dabei ist, aus Festigkeitskennwerten, der für den Wärmetauscher 1 verwendeten Werkstoffe, maximal erlaubte Spannungen zu berechnen, und daraus erlaubte Temperaturgrenzwerte für die lokalen Messstellen 23, 24 und 25 zu ermitteln, und in der Steuereinrichtung zu hinterlegen. Die Berechnung der Temperaturgrenzwerte kann durch die Steuereinrichtung 30 selbst erfolgen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, in einer externen Einrichtung berechneten Temperaturgrenzwerte bzw. -sollwerte an die Steuereinrichtung 30 zu übertragen. Die Temperaturgrenzwerte bzw. -sollwerte können während der Gesamtbetriebszeit des Plattenwärmeaustauschers 1 erneuert werden, falls beispielsweise die Anzahl an Lastwechsel in die Festigkeitsrechung erneut mit einfließen soll.The usual procedure is, from strength parameters, for the heat exchanger 1 used materials to calculate maximum allowed voltages, and from this allowed temperature limits for the local measuring points 23 . 24 and 25 to determine and deposit in the controller. The calculation of the temperature limit values can be performed by the control device 30 yourself. However, it is also possible to calculate temperature limit values or setpoint values calculated in an external device to the control device 30 transferred to. The temperature limits may be during the total operating time of the plate heat exchanger 1 be renewed, for example, if the number of load changes in the strength calculation should be included again.

Des Weiteren umfasst die Anlage eine Anzeigeeinheit 40, beispielsweise einen Bildschirm 40, auf dem die gemessenen, lokalen Temperaturwerte T1, T2 und T3 beispielsweise in Form von über der Zeit aufgetragenen Temperaturverläufen angezeigt T1(t), T2(t) und T3(t) werden. Dieser Bildschirm 40 befindet sich vorteilhafterweise in einer Prozessleitwarte 100 der Anlage. Die Temperaturwerte T1 bis T3 werden über eine Datenleitung 41 von der Steuereinrichtung 30 zu dem Bildschirm 40 übertragen. Sie können jedoch auch direkt von den Messstellen 23 bis 25 an den Bildschirm 40 übertragen werden.Furthermore, the system comprises a display unit 40 for example a screen 40 in which the measured local temperature values T1, T2 and T3 are displayed, for example in the form of temperature profiles plotted over time, T1 (t), T2 (t) and T3 (t). This screen 40 is advantageously located in a process control room 100 the plant. The temperature values T1 to T3 are transmitted via a data line 41 from the controller 30 to the screen 40 transfer. You can, however, also directly from the measuring points 23 to 25 to the screen 40 be transmitted.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Sicherheitsvorrichtung wird nun anhand von drei Szenarien näher erläutert: The operation of the safety device described above will now be explained in more detail with reference to three scenarios:

Szenario 1: Sicherheitstechnische Überwachung des regulären Betriebs des PlattenwärmeaustauschersScenario 1: Safety monitoring of the regular operation of the plate heat exchanger

Die Steuereinrichtung 30 vergleicht in regelmäßigen zeitlichen Abständen die an der Temperaturmessstelle 24 gemessene Temperatur T2(t) mit einem in der Steuereinrichtung hinterlegten Temperatursollwert T2soll für die lokale Messstelle 24. Der Temperatursollwert T2soll ist aus einer Festigkeitsberechnung für die lokale Messstelle 24 ermittelt. Bei Abweichungen von dem Temperatursollwert T2soll steuert die Steuereinrichtung 30 das Ventil V1 zur Regelung des Volumenstroms des Fluidstroms F1 an. Über den Volumenstrom des Fluidstroms F1 wird die Temperatur T2 an der Messstelle 24 verändert. Eine Erhöhung des Volumenstroms von F1 bewirkt eine Senkung der Temperatur T2, eine Verringerung des Volumenstroms einen Anstieg der Temperatur T2.The control device 30 compares at regular time intervals at the temperature measuring point 24 measured temperature T2 (t) with a stored in the controller temperature setpoint T2soll for the local measuring point 24 , The temperature setpoint T2soll is from a strength calculation for the local measuring point 24 determined. In the event of deviations from the temperature setpoint T2setpoint, the control device controls 30 the valve V1 for controlling the volume flow of the fluid flow F1. The temperature T2 at the measuring point is determined by the volume flow of the fluid flow F1 24 changed. An increase in the volume flow of F1 causes a decrease in the temperature T2, a reduction in the volume flow an increase in the temperature T2.

Durch diese Regelung besteht die Möglichkeit, Leckagen am Plattenwärmeaustauscher 1 durch häufige, hohe Temperaturwechsel zu vermeiden.This regulation makes it possible to leak at the plate heat exchanger 1 by avoiding frequent, high temperature changes.

Abweichend von dem vorliegenden Beispiel können alternativ oder zusätzlich auch Temperatursollwerte für die Messstellen 23 und 25 in der Steuereinrichtung 30 hinterlegt und zur Regelung herangezogen werden.Notwithstanding the present example, alternatively or additionally, temperature setpoints for the measuring points 23 and 25 in the control device 30 deposited and used for regulation.

Szenario 2: Sicherheitstechnische Überwachung und Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen bei einer BetriebsstörungScenario 2: Safety-related monitoring and introduction of safety measures in the event of a malfunction

In folgendem Szenario wird davon ausgegangen, dass bei einer Betriebsstörung das Ventil V2 aufgrund eines Fehlers schließt. Hierdurch sinkt die Temperatur T2.In the following scenario it is assumed that valve V2 closes due to a fault in the event of a malfunction. As a result, the temperature T2 decreases.

In der Steuereinrichtung 30 sind abgestuft zwei Temperaturgrenzwerte hinterlegt, die aus einer Festigkeitsberechnung für die lokale Messstelle 24 ermittelt wurden. Ein erster Temperaturgrenzwert TSLa von im vorliegenden Beispiel –25°C. Und ein zweiter Temperaturgrenzwert TSLL von in vorliegendem Beispiel –30°C.In the control device 30 are graded two temperature limits, which consist of a strength calculation for the local measuring point 24 were determined. A first temperature limit TSLa of -25 ° C in this example. And a second temperature limit TSLL of -30 ° C in this example.

Die Steuereinrichtung vergleicht in regelmäßigen zeitlichen Abständen die an der Temperaturmessstelle ermittelte Temperatur T2 mit den oben genannten Temperaturgrenzwerten TSLa und TSLL.The control device compares at regular time intervals the temperature T2 determined at the temperature measuring point with the abovementioned temperature limit values TSLa and TSLL.

Wird der erste Temperaturgrenzwert TSLa erreicht, so steuert die Steuereinrichtung 30 über eine Steuerleitung 38 eine Alarmeinrichtung 50 an, die ein Alarmsignal ausgibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein optisches oder akustisches Alarmsignal handeln. Vorzugsweise befindet sich die Alarmeinrichtung 50 wie eingezeichnet in der Prozessleitwarte 100 der Anlage. Als optisches Signal ist beispielsweise ein blinkendes Zeichen auf dem Bildschirm 40 denkbar. Damit wird dem Betriebspersonal die Möglichkeit gegeben, der Ursache für das fehlerhafte Schließen des Ventils V2 nachzugehen und Maßnahmen zu treffen, die ein Öffnen des Ventils V2 ermöglichen.If the first temperature limit value TSLa is reached, then the control device controls 30 via a control line 38 an alarm device 50 on, which emits an alarm signal. This may be, for example, an optical or audible alarm signal. Preferably, the alarm device is located 50 as shown in the process control room 100 the plant. As an optical signal, for example, a flashing character on the screen 40 conceivable. Thus, the operator is given the opportunity to investigate the cause of the faulty closing of the valve V2 and to take measures that allow opening of the valve V2.

Bei Erreichen des zweiten Temperaturgrenzwerts TSLL steuert die Steuereinrichtung 30 über die Steuerleitung 36 das Ventil V1 an, um dieses zu schließen. Hierdurch wird eine weitere Zuleitung von kaltem Fluid F1 in den Wärmeaustauscherblock 2 unterbunden.When the second temperature limit value TSLL is reached, the control device controls 30 over the control line 36 the valve V1 to close this. This results in a further supply of cold fluid F1 in the heat exchanger block 2 prevented.

Für die Festigkeit des Wärmeaustauschers 1 kritische lokale Temperaturspannungen können somit bei einer Betriebsstörung, bei der das Ventil V2 aufgrund eines Fehlers plötzlich schließt, verhindert werden.For the strength of the heat exchanger 1 Critical local temperature stresses can thus be prevented in a malfunction in which the valve V2 closes suddenly due to an error.

Abweichend von dem vorliegenden Beispiel können alternativ oder zusätzlich auch Temperaturgrenzwerte für die Messstellen 23 und 25 in der Steuereinrichtung 30 hinterlegt und zur Überwachung herangezogen werden.Notwithstanding the present example, alternatively or additionally, temperature limits for the measuring points 23 and 25 in the control device 30 deposited and used for monitoring.

Szenario 3: Sicherheitstechnische Überwachung bei einer Inbetriebnahme des Plattenwärmeaustauschers 1Scenario 3: Safety monitoring during commissioning of the plate heat exchanger 1

Die Steuereinrichtung 30 berechnet in regelmäßigen Abständen Temperaturdifferenzwerte ΔT12 = T1 – T2 und ΔT23 = T2 – T3 und vergleicht diese mit Temperaturdifferenzgrenzwerten ΔT12max und ΔT23max, die in der Steuereinrichtung 30 hinterlegt sind. Auch diese Temperaturdifferenzgrenzwerte sind aus einer lokalen Festigkeitsrechung für den Wärmeaustauscherblock 2 erhalten. Beispielsweise können ΔT12max und ΔT23max 20 K (Kelvin) betragen. Werden diese überschritten, so steuert die Steuereinrichtung 30 die Ventile V1 und/oder V2 an, um durch geeignete Ventilstellungen zu bewirken, dass die obigen Temperaturdifferenzen kleiner als 20 K gehalten werden.The control device 30 periodically calculates temperature difference values ΔT12 = T1 - T2 and ΔT23 = T2 - T3 and compares them with temperature difference thresholds ΔT12max and ΔT23max stored in the controller 30 are deposited. These temperature difference limits are also from a local strength calculation for the heat exchanger block 2 receive. For example, ΔT12max and ΔT23max may be 20 K (Kelvin). If these are exceeded, the control device controls 30 the valves V1 and / or V2 to cause by appropriate valve positions that the above temperature differences are kept smaller than 20 K.

Durch diese Regelung können kritische lokale Temperaturspannungen im Wärmeaustauscherblock 2 bei der Inbetriebnahme des Plattenwärmeaustauschers 1 verhindert werden.This control allows critical local temperature stresses in the heat exchanger block 2 during commissioning of the plate heat exchanger 1 be prevented.

Abweichend hiervon können auch für die obigen Temperaturdifferenzwerte in der Steuereinrichtung 30 Alarmwerte hinterlegt sein. Vor dem automatischen Eingreifen der Steuereinrichtung 30 in die Ventilstellungen wird dem Bedienpersonal die Möglichkeit gegeben, durch manuelles Einstellen der Ventile V1 und V2 die Temperaturdifferenzwerte in die vorbestimmten Grenzen zurückzuführen. Generell ist auch nur die Ausgabe von Alarmsignalen durch die Alarmeinrichtung 50 bei Überschreiten der Temperaturdifferenzgrenzwerte denkbar. Die Ventile V1 und V2 müssen dann bei der Inbetriebnahme manuell verstellt werden, um die Temperaturwerte in unkritische Bereiche zurückzuführen. Bezugszeichenliste 1 Plattenwärmeaustauscher 2 Wärmeaustauscherblock 3 Trennblech 4 Wärmeaustauschprofil (Fin) 5 seitliche Außenwand des Blocks 2 6 Abschlussleiste (engl.: side bar) 7 Abdeckplatte B Breite der Wärmeaustauschprofile T Tiefe des Blocks 2 9 Eintrittsöffnung für F1 10 Eintrittsöffnung für F2 12, 13, 14, 15 Aufsatz (engl.: header) 16 Stutzen 18, 19 Zuleitung 20, 21 Ableitung F1 erster Fluidstrom F2 zweiter Fluidstrom V1 Ventil V2 Ventil 23, 24, 25 Temperaturmessstelle T1, T2, T3 Temperaturen 30 Steuereinrichtung 33, 34, 35 Datenleitung 36, 37, 38 Steuerleitung 40 Anzeigeeinheit 41 Datenleitung 50 Alarmeinrichtung 100 Prozessleitwarte Deviating from this, it is also possible for the above temperature difference values in the control device 30 Alarm values are stored. Before the automatic intervention of the controller 30 in the valve positions, the operator is given the opportunity to return by manually adjusting the valves V1 and V2, the temperature difference values in the predetermined limits. In general, only the output of alarm signals by the alarm device 50 when the temperature difference limits are exceeded. The valves V1 and V2 must then be manually adjusted during commissioning in order to return the temperature values to uncritical ranges. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 Plate heat exchangers 2 heat exchanger coil 3 Divider 4 Heat exchange profile (Fin) 5 lateral outer wall of the block 2 6 End bar (side bar) 7 cover B Width of the heat exchange profiles T Depth of block 2 9 Entry opening for F1 10 Entry opening for F2 12 . 13 . 14 . 15 Essay header 16 Support 18 . 19 supply 20 . 21 derivation F1 first fluid flow F2 second fluid stream V1 Valve V2 Valve 23 . 24 . 25 Temperature measuring point T1 . T2 . T3 temperatures 30 control device 33 . 34 . 35 data line 36 . 37 . 38 control line 40 display unit 41 data line 50 alarm device 100 process control station

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1798508 A1 [0006, 0036] EP 1798508 A1 [0006, 0036]

Claims (11)

Verfahren zur sicherheitstechnischen Überwachung des Betriebs eines thermisch belasteten Apparates (1), insbesondere eines Wärmeaustauschers (1) oder eines chemischen Reaktors, in einer verfahrenstechnischen oder chemischen Anlage, insbesondere zur Steuerung von Sicherheitsmaßnahmen, aufweisend folgende Schritte: (a) Messen zumindest einer Temperatur (T1, T2, T3) an zumindest einer lokalen Stelle (23, 24, 25) innerhalb des Apparates oder an einer Außenwand (5) des Apparates (1); (b) Vergleichen der gemessenen Temperatur (T1, T2, T3) oder eines aus einer oder mehreren der gemessenen Temperaturen (T1, T2, T3) berechneten Temperaturvergleichswertes mit einem in einer Steuereinrichtung (30) der Anlage abgelegten Temperatursollwert oder Temperaturgrenzwert für die lokale/n Stelle/n, wobei der Temperatursollwert oder der Temperaturgrenzwert aus einer Festigkeitsberechnung für die lokale/n Stelle/n resultiert; (c) Ansteuern oder Nichtansteuern einer Schaltung (V1; V2; 50), insbesondere einer Alarmeinrichtung (50) oder eines Ventils (V1; V2) zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines der in den Apparat einströmenden Fluidströme (F1, F2), in Abhängigkeit des Vergleichs.Method for safety-related monitoring of the operation of a thermally loaded apparatus ( 1 ), in particular a heat exchanger ( 1 ) or a chemical reactor, in a process engineering or chemical plant, in particular for controlling safety measures, comprising the following steps: (a) measuring at least one temperature (T1, T2, T3) at at least one local location ( 23 . 24 . 25 ) within the apparatus or on an external wall ( 5 ) of the apparatus ( 1 ); (b) comparing the measured temperature (T1, T2, T3) or a temperature comparison value calculated from one or more of the measured temperatures (T1, T2, T3) with one in a control device ( 30 ) temperature setpoint or temperature limit for the local location (s), the temperature setpoint or temperature limit resulting from a strength calculation for the local location (s); (c) driving or not driving a circuit (V1; V2; 50 ), in particular an alarm device ( 50 ) or a valve (V1, V2) for controlling the volume flow of at least one of the fluid streams (F1, F2) flowing into the apparatus, as a function of the comparison. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) an zumindest zwei lokalen Stellen (23, 24, 25) innerhalb des Apparates oder an einer Außenwand (5) des Apparates (1) Temperaturen (T1, T2, T3) gemessen werden, in Schritt (b) ein Differenzwert beider Temperaturen gebildet wird, welcher mit einem Temperaturdifferenzgrenzwert verglichen wird, der aus einer Festigkeitsberechnung für die lokalen Stellen (23, 24, 25) resultiert.Method according to claim 1, characterized in that in step (a) at least two local locations ( 23 . 24 . 25 ) within the apparatus or on an external wall ( 5 ) of the apparatus ( 1 ) Temperatures (T1, T2, T3) are measured, in step (b) a difference value of both temperatures is formed, which is compared with a temperature difference limit value, from a strength calculation for the local points ( 23 . 24 . 25 ) results. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) für zumindest eine lokale Stelle die Steigung der Temperaturkurve berechnet wird und mit einem Temperatur-Steigungsgrenzwert oder Temperatur-Steigungssollwert für die lokale Stelle verglichen wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in step (b) for at least one local location, the slope of the temperature curve is calculated and compared with a temperature slope limit or temperature gradient setpoint for the local location. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines ersten Temperaturgrenzwertes eine Alarmeinrichtung (50) in Schritt (c) angesteuert wird, die ein Alarmsignal, insbesondere ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal, ausgibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that upon reaching a first temperature limit value, an alarm device ( 50 ) is triggered in step (c), which outputs an alarm signal, in particular an optical and / or acoustic alarm signal. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Apparat (1) zumindest zwei Fluidströme (F1, F2) zum indirekten Wärmeaustausch miteinander eintreten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the apparatus ( 1 ) at least two fluid streams (F1, F2) for indirect heat exchange with each other. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines zweiten Temperaturgrenzwertes ein Ventil (V1, V2) zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines in den Apparat einströmenden Fluidstroms (F1, F2) angesteuert, insbesondere geschlossen, wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when a second temperature limit value is reached, a valve (V1, V2) for controlling the volume flow of at least one fluid flow (F1, F2) flowing into the apparatus is activated, in particular closed. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) durch Ansteuern zumindest eines Ventils (V1, V2), das zur Steuerung des Volumenstroms zumindest eines in den Apparat einströmenden Fluidstroms (F1, F2) dient, die Temperatur (T1, T2, T3) an der/n lokalen Stelle/n oder der berechnete Temperaturvergleichswert auf einem vorbestimmten Sollwert oder unterhalb bzw. oberhalb eines vorbestimmten Temperaturgrenzwertes für die lokale/n Stelle/n gehalten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (c) by controlling at least one valve (V1, V2), which serves to control the volume flow of at least one fluid stream (F1, F2) flowing into the apparatus, the temperature (T1 , T2, T3) at the local location (s) or the calculated temperature comparison value is maintained at a predetermined setpoint or below or above a predetermined temperature limit for the local location (s). Sicherheitsvorrichtung für eine verfahrenstechnische oder chemische Anlage, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend: a) zumindest einen ersten Temperatursensor an zumindest einer lokalen Stelle (23, 24, 25) innerhalb des Apparates oder an einer Außenwand (5) des Apparates (1), b) eine Steuereinrichtung (30), in der zumindest ein Temperaturgrenzwert oder zumindest ein Temperatursollwert abgelegt ist, der aus einer lokalen Festigkeitsberechnung für die lokale/n Stelle/n (23, 24, 25) resultiert, und c) eine Alarmeinrichtung (50) zur Ausgabe eines Alarms und/oder eine Schaltung (V1; V2) zur Steuerung der Temperatur (V1, V2) an der/n lokalen Stelle/n (23, 24, 25), insbesondere ein Ventil (V1; V2) zur Steuerung des Volumenstroms (F1, F2) zumindest eines in den Apparat einströmenden Fluidstroms.Safety device for a process-engineering or chemical plant, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising: a) at least one first temperature sensor at at least one local location ( 23 . 24 . 25 ) within the apparatus or on an external wall ( 5 ) of the apparatus ( 1 ), b) a control device ( 30 ), in which at least one temperature limit value or at least one temperature setpoint is stored, which is determined from a local strength calculation for the local location (s) ( 23 . 24 . 25 ) and c) an alarm device ( 50 ) for outputting an alarm and / or a circuit (V1, V2) for controlling the temperature (V1, V2) at the local location (s) (n) 23 . 24 . 25 ), in particular a valve (V1, V2) for controlling the volume flow (F1, F2) of at least one fluid stream flowing into the apparatus. Verwendung einer Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 8 für einen Wärmeaustauscher (1), insbesondere einen Plattenwärmeaustauscher (1) oder einen gewickelten Wärmeaustauscher als Apparat (1).Use of a safety device according to claim 8 for a heat exchanger ( 1 ), in particular a plate heat exchanger ( 1 ) or a wound heat exchanger as an apparatus ( 1 ). Verwendung einer Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 8 für einen chemischen Reaktor als Apparat (1), in welchem eine exotherme chemische Reaktion stattfindet und die Reaktionswärme durch indirekten Wärmeaustausch mit einem in den Reaktor einströmenden Fluid abgeführt wird. Use of a safety device according to claim 8 for a chemical reactor as an apparatus ( 1 ) in which an exothermic chemical reaction takes place and the heat of reaction is removed by indirect heat exchange with a fluid flowing into the reactor. Verwendung einer Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 8 in einer Anlage zur Verflüssigung von Erdgas, zur kryogenen Luftzerlegung oder zur Gewinnung von Olefinen, bei denen der Apparat (1) ein Wärmeaustauscher (1) ist.Use of a safety device according to claim 8 in a plant for the liquefaction of natural gas, for cryogenic air separation or for the production of olefins, in which the apparatus ( 1 ) a heat exchanger ( 1 ).
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