DE2501504B2 - Verfahren zum Anfahren eines dampfbeheizten Wärmetauschers mittels Regelung des Heizdampfdruckes und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines dampfbeheizteu Wärmetauschers mittels Regelung des Heizdampfdruckes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung

so des Verfahrens.

Ein dampfbeheizter Wärmetauscher besteht bekanntlich aus einem Behälter und aus in einem oder mehreren Rohrboden eingelassenen Rohrbündeln. Das Arbeitsmedium, das flüssig oder gasförmig sein kann, wird

i^r> durch vom Heizdampf über die Rohrwände abgegebene Wärme von einer Anfangstemperatur auf eine Endtem-

. peratur erwärmt. Dabei können diese Temperaturen und die Arbeitsmediummenge in Funktion der Zeit variieren.

■w Das Anfahren eines solchen Wärmetauschers bringt eine Reihe von Problemen mit sich. Einerseits sollen bestimmte Anforderungen, die sich auf das Arbeitsmedium beziehen und die erwünschte Endtemperatur desselben betreffen, die auch bei vorhandener Teilmen-

Ί'> ge des Arbeitsmediums nicht über- oder unterschritten werden darf, erfüllt werden. Andererseits soll der Wärmetauscher in kürzester Zeit angefahren werden können, ohne daß unzulässige Temperaturspannungen und durch diese verursachte Schäden im gefährdeten

■w Element des Wärmetauschers auftreten.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 15 5t 054 bekannt. Es handelt sich dabei um das Anfahren eines Trommelkessels mit konstantem Temperaturgradienten, und es wird nach einem festen Zeitprogramm

)i verfahren, wobei der zeitliche Verlauf als Funktion des Dampfdruckes angegeben ist. Da die zeitliche Führung dieses Drucksollwertes der rein lastabhängigen Sollwertführung übergeordnet ist, arbeitet diese Anfahreinrichtung mit einem festen Temperaturgradienten

^h0 sowohl bei steigender als auch bei fallender Last. Durch die Verwendung einer festgelegten Funktion und da keine Signalrückführung vorgesehen ist, handelt es sich um eine reine Steuerung, nicht jedoch um eine Regelung,

^Μ Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahrcn der genannten Art zu schaffen, durch welches einerseits der maximal und minimal zulässige Dampfdruck in Funktion der Arbeitsmediummenge, andererseits die Metalltem-

pcratur des gefährdeten Elements des Wärmetauschers berücksichtigt werden, und zudem der Dampfdruck so geregelt wird, daß ein in bezug auf Anfahrzeit und Wirtschaftlichkeit nahezu optimales Anfahren des Wärmetauschers ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Auf besonders vorteilhafte Weise kann der SrDrucksollwert aufgrund von zwei gemessenen Metalltemperaturwerten gebildet werden, von denen der eine an einer ι ο heißen Stelle und der andere an einer kalten Stelle des gefährdeten Elementes gemessen wird und deren Differenz eine zulässige Temperaturdifferenz nicht überschreiten darf. Das vorgeschlagene Verfahren erfüllt alle besonderen Anforderungen in einwandfreier is Weise und ermöglicht einen sicheren und störungsfreien Betrieb bei relativ niedrigem Aufwand.

Als Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende zu erwähnen:

Die bisher verwendete Steuerung wird durch eine Regelung ersetzt, wobei der maßgebende Drucksollwert, der zur Bildung der Stellgröße den Regler zugeführt wird, aus drei verschiedenen Drucksollwerten gebildet wird, von denen einer dem minimal zulässigen Heizdampfdruck als Funktion der Arbeitsmediummen- 2^r> ge, der zweite den maximal zulässigen Heizdampfdruck als Funktion der Arbeitsmediummenge und der dritte die Temperaturspannungen im gefährdeten Element des Wärmetauschers berücksichtigt Dadurch werden einerseits jegliche Spannungsschäden im gefährdeten EIement des Wärmetauschers vermieden, andererseits wird ein in bezug auf Anfahrzeit und Wirtschaftlichkeit nahezu optimales Anfahren des Wärmetauschers gewährleistet, d. h. die Aufheizung des Arbeitsmediums geschieht weder zu schnell noch zu langsam. Bei einem s^r> als bevorzugte Ausführungsform zu betrachtenden Verfahren werden tatsächlich vorhandene Metalltemperaturen gemessen, so daß jedes Anfahren mit Rücksicht auf tatsächliche, momentan vorhandene Bedingungen in eigener, jedoch optimaler Weise vor sich geht.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Anordnung zur Regelung des Dampfdruckes eines dampfbeheizten Wärmetau- « schers, mit einem btwertgeber, eiiwm Sollwertgeber, einem Regierund einem Stellglied,

Fig.2 einen Sollwertgeber, welcher die Spi- und 5p2-Drucksollwerte aus entsprechenden Funktionen der Arbeitsmediummeng«; und den SrDrucksollwert aufgrund von zwei gemessenen Temperaturwerten bildet.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Die F i g. 1 zeigt «ine an sich bekannte Anordnung zur v> Regelung des Druckes des einem Wärmetauscher I zugeführten Heizdampfes. Der Heizdampf wird über eine Dampfleitung 2 den Rohrbündeln 3 des Wärmetauschers t zugeführt und damit das über die. Leitung 4 hindurchfließende Arbeitsmedium aufgeheizt. Der w> Heizdampf-Druckistweft wird in der Leitung 2 vor den Rohrbündeln 3 mittels eines Druckmeßgerätes S gemessen und einem Regler 6 zugeführt. Der Regler 6, der auch einen Sollwert von einem Sollwertgeber 7 erhält, berechnet eine Stellgröße und führt sie zu einem *>^r> vor dem Druckmeßgurä t S in der Leitung 2 vorgesehenen Ventil 8, das nun nach Maßgabe der Stellgröße verstellt vrd und den Heizdampfdruck im erforderlichen Maß ändert. Die Anordnung nach Fi g. 1 zeigt ein für Einrichtungen zur Druckregelung allgemeingültiges Schema. Die verschiedenen Ausfuhrungsformen der Erfindung sind nach demselben Schema aufgebaut und unterscheiden sich lediglich in der Art, in welcher der dem Regiere zuzuführende maßgebende Drucksollwert 5 gebildet wird, und in den Geräten, mit welchen die Bildung dieses Wertes Sausgeführt wird.

Nach allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der maßgebende Drucksollwert S aus drei Drucksollwerten St, Sp 1 und Sp2 gebildet. Der kleinere Wert von St und Sp \ wird als intermediärer Drucksollwert S'bestimmt, d.h. 5'=Min (St, Sp₁), und der maßgebende Drucksollwert 5 wird als der größere Wen von S' und S_P2 gewählt, d.h. S= Max (S', S_P2). Dabei ist Sp 1 der von der momentan vorhandenen Arbeitsmediummenge und damit von der momentan vorhandenen Leistung abhängige, maximal zulässige Drucksollwert und wird mittels eines zu diesem Zweck vorgesehenen S/M-Gebers 9 aus einer Sollwertgeberfunktion gebildet, die den maximal zulässigen Drucksollwert in Funktion der Arbeitsmediumme>ige und damit der Leistung liefert Seinerseits ist Spj der von der momentan vorhandenen Arbeitsmediummenge und damit von der momentan vorhandenen Leistung abhängige, minimal zulässige Drucksollwert und wird mittels eines zu diesem Zweck vorgesehenen SprGebers !0 aus einer Sollwertgeberfunktion gebildet, die din minimal zulässigen Drucksollwert in Funktion der Arbeitsmediummenge und damit der Leistung liefert. Der Drucksollwert St hingegen ist der von der momentanen Metalltemperatur 7i des gefährdeten Elementes abhängige maximal zulässige Drucksollwert und wird bei den verschiedenen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen in verschiedenen Arten gebildet. Allen Ausführungsformen gemeinsam ist jedoch ein zwischen den Spi-Geber 9 und den SrGeber 11 geschaltetes Minimalauswahlglied 12, welches den intermediären Drucksollwert S' als den kleineren Wert von St und Sp\ bestimmt, und ein zwischen das Mirprnalauswahlglied 12 und den Sp2-Geber 10 geschaltetes Maximalauswahlglied 13, welches den maßgebenden Drucksollwert SaIs den größeren Wert von S'und Sp2 wählt. Dieser Drucksollwert S wird dann dem Regler 6 zugeführt, der aus der Differenz htwert /minus Sollwert S die Stellgröße berechnet und diese dem Ventil 8 zuführt.

Wie schon erwähnt, wird der von der momentanen Metalltemperatur Γα des gefährdeten Elementes abhängige, maximal zulässige Drucksollwert St bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in verschiedenen Arten gebildet. Nach der in der Fig.2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist ein Meßgerät 1ί> vorgesehen, welches die Temperatur Th der heißen Stelle des Rohrbodens 14, und ein Meßgerä.' 16, welches die Temperatur 7* der kalten Stelle des Rohrbodens 14 mißt. Ein den genannten Temperaturmeßgeräten nachgeschaltetes Differenzbildungsglied 17 bildet die Differenz ΔΤ— Th- Tt und führt sie dem dem Differenzbildungsglied 17 nachgeschalteten SrBegrenzer 19 zu. Ein Δ T^Geber 18 ist dem SrBegrenzer 19 zugeschaltet und führt diesem die aus der zulässigen Temperaturspannung im Rohrboden 14 hervorgehende zulässige Temperaturdifferenz AT_zuizu. Der SrBegrenzer 19 vergleicht den Wert Δ Γ mit dem Wert Δ T_zui und erzeugt einen Drucksollwert St in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleiches. Insbesondere erzeugt der SrBegrenzer 19, wenn ΔT kleiner als aT_tui ist und

demzufolge der Heizdampfdruck auf die Temperaturspannung keine Rücksicht nehmen muß, einen Drucksollwert Sr konstanten, maximalen Wertes von beispielsweise 10 V, der auch dem maximalen Wert von 5p ι entspricht, so daß der Wert 5/>_t durch das Minimalauswahlglied 12 hindurchgeht und der Heizdampfdruck nur noch mit Rücksicht auf die momentan vorhandene Arbeitsmediummenge verstellt wird. Wenn hingegen die Differenz ΔΤ größer ist als AT_m/, d.h. wenn die Temperaturspannung im Rohrboden 14 größer ist als eine zulässige Spannung, wird der Drucksollwert Sr im Verhältnis zur Abweichung der Differenz AT von der zulässigen Differenz ΔΤ,_αι reduziert, derart, daß im

Normalfall Spi>Sr£5/>2 ist, so daß der reduzierte Drucksollwert St über die Glieder 12 und 13 zum Druckregler gelangt und den Heizdampfdruk so lange herabsetzt, bis Δ T wieder gleich Δ T_zai wird, d. h. bis die Temperaturspannung im Rohrboden 14 wieder auf den zulässigen Spannungswert sinkt.

Gegebenenfalls ist dem 5rBegrenzer 19 ein SrBegrenzer 26 nachgeschaltet. Dieser erzeugt einen von der Differenz 5V= St- Spj abhängigen Sollwert Sa, mittels welchem der Belastungsgradient der Arbeitsmediummenge reduziert wird, wenn der Drucksollwert Sj kleiner als S/>2 ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anfahren eines dampfbeheizten Wärmetauschers mittels Regelung des Heizdampfdruckes, wobei aus einem von einem Istwertgeber gemessenen Istwert und einem von einem Sollwertgeber gebildeten maßgebenden Drucksollwert eine Stellgröße von einem Regler gebildet wird, und der Heizdampfdruck nach Maßgabe dieser Stellgröße durch mindestens ein Stellglied verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der maßgebende Drucksollwert 5 aus drei Drucksollwerten Sr, Spι und Sp2 so gebildet wird, daß zunächst der kleinere Wert von St und Spi als Druckwert S' bestimmt wird, d. h. S'= Min (St, Spi), und daß dann dieser Druckwert S'mit Sp2 verglichen wird, wobei der größere Wert von S' und Sp2 der maßgebende Drucksollwert S ist, d.h. S= Max (S', Sp₂). Dabei ist:

Sr der von der momentanen Metalltemperatur T_n eines gefährdeten Elementes abhängige, maximal zulässige Drucksollwert.

Spι der lastabhängige maximal zulässige Druck des Heizdampfes und

Sp2 der lastabhängige minimal zulässige Druck des Heizdampfes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur 7* der heißen Stelle und Tk der kalten Stelle des gefährdeten Elementes gemessen weiden, daß die Differenz AT=T_n-Tk gebildet und mit einer ius der zulässigen Temperaturspannung hervorgehenden zulässigen Temperaturdifferenz ATzui verglichen wir^: und daß ein vom Ergebnis dieses Vergleiches abhängiger Drucksollwert Srerzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Differenz AT= T_n-T_k größer ist als die zulässige Differenz AT_mu der Drucksollwert Sr im Verhältnis zur Abweichung der Differenz ΔT von der zulässigen Differenz AT_la\ reduziert wird, und der Heizdampfdruck mit dem reduzierten Drucksollwert Sr so lange herabgesetzt wird, bis A 7"wieder gleich A T_3n,/ wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der reduzierte Drucksollwert Sr kleiner als Sp2 wird, der Mengengradient des Arbeitsmediums mittels eines aufgrund der Differenz S't=St—Sp2 gebildeten Sollwertes Sa reduziert wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sp 1-Geber (9) zur Bildung des Drucksollwertes Sp₁, einen Sp2-Geber(10) zur Bildung des Drucksollwertes Sp7, eine SrGebervorrichtung (11) zur Bildung des Drucksollwertes Sr, ein zwischen den Spi'Geber (9) und die Steuervorrichtung (11) geschaltetes Minimalauswahlglied (12) zur Bildung des Druckwertes S'sowie ein zwischen das Minimalauswahlglied (12) und den SprGeber (10) geschaltetes Maximalauswahlglied (13) zur Bildung des maßgebenden Drucksollwertes S.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Meßgerät (15) zur Messung der Temperatur Th der heißen Stelle des gefährdeten Elementes (14), ein Meßgerät (16) zur Messung der Temperatur Tk der kalten Stelle des gefährdeten Elementes (14) und ein den Temperaturmeßgeräten (15, 16) nachgeschaltetes Differenzbildungsglied (17) zur Bildung der Differenz AT=T_n- T_k.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet ^r> durch einen zwischen das Differenzbildungsglied

(17) und das Minimalauswahlglied (12) geschalteten SrBegrenzer (19) und einen diesem zugeschalteten ATa,rCeber (18), welch letzterer dazu vorgesehen ist, eine aus der zulässigen Temperatursp-jnnung hervorgehende zulässige Temperaturdifferenz A T_m\ zu bilden und sie dem Sr Begrenzer (19) zuzuführen, der seinerseits zur Vergleichung der Differenz AT=Hh- Ti mit der zulässigen Temperaturdifferenz A Tmi und zur Erzeugung eines vom Ergebnis dieses

'■> Vergleiches abhängigen Drucksollwertes Srvorge sehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen dem SrBegrenzer (19) nachgeschalteten ßrBegrenzer (26), der zur gegebenenfalls notwendigen Reduzierung des Mengengradienten des Arbeitsmediums vorgesehen ist.