DE2547832A1

DE2547832A1 - Anordnung zum messen des verschmutzungsgrades in waermeaustauschern und anderen rohrleitungen

Info

Publication number: DE2547832A1
Application number: DE19752547832
Authority: DE
Inventors: Lars Dipl Ing Bratthaell
Original assignee: Stal Laval Apparat AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1974-11-15
Filing date: 1975-10-25
Publication date: 1976-05-20
Also published as: DE2547832C2; SE7414392L; FR2291488B1; JPS5172488A; GB1519350A; SE399765B; FR2291488A1; JPS6255097B2; US4044605A

Description

Rechts- und Patentanwalt Dr.-Sng. Joachim Boecker

G FRANKFURT/M. 1 , . . ₃

Rathenau_P!.2-Tel.(0ei1)282355 Fi-anKfurt/Main, den 3. 10. 1975

Boe/Prs 20.035 P

STAIr-LAVAL Apparat AB Linköping/Schweden

Anordnung zum Messen des Verschmutzungsgrades in Wärmeaustauschern und anderen Rohrleitungen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zum Messen des Verschmutzungsgrades in Wärmeaustauschern und anderen Rohrleitungen«

Bei Wärmeaustauschern und ähnlichen Anlagen, die Heizrohre enthalten, tritt das Problem auf, daß die Heizrohre und andere Flächen mehr oder weniger verstopfen oder auf andere V/eise verschmutzen oder oxydieren oder daß sonstige Schvaerigkeiten entstehen. Der Grund für die Verschmutzung besteht darin, daß schmutzführende Mittel, wie schmutzige Industriewässer, Hafen- und Plußwässer, Abwässer von Großstädten, mit diesen Anordnungen in Berührung kommen. Es ist daher aus wirtschaftlichen und funktionellen Gründen bei Wärmeaustauschern erforderlich, daß man den Verschmutzungsgrad überwacht, um rechtzeitig erforderliche Maßnahmen, wie z.B. eine Reinigung, zu treffen. Wärmeaustauscherflächen werden von allen Kühlwasserarten in Form eines Belages verschmutzt, der von im Wasser enthaltenen Substanzen oder von einer Oxydation der wärmeübertragenden Flächen herrührt. Dieser Belag verschlechtert allmählich den Wärmeübergang, bis schließlich der Wärmeaustauscher die ihm zugedachte Funktion nicht mehr erfüllt .

Möglichkeiten zur Feststellung des Verschmutzungsgrades sind die Wärmebalancemessung des Wärmeaustauschers oder seine Demontage zwecks Prüfung. Beide Methoden sind sehr zeitraubend und werden nur gelegentlich von Wartungsarbeiten angewendet oder erst dann, wenn der Wärmeaustauscher seinen Anforderungen nicht mehr gerecht wird. Außerdem sind beide Methoden infolge der optischen Beurteilung in ihrer Aussage ungenau und unsicher.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile der bekannten Meßanordnungen zu beseitigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Mittels des druckmessenden Gerätes an der Hülle kann der Verschmutzungsgrad schnell abgelesen werden, und durch Auslösung eines Warnsignals können die erforderlichen Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Erwärmen der Flüssigkeit in der Hülle eine Heizeinrichtung an der Hülle angeordnet. Durch diese wird die Flüssigkeit im unteren Teil der Hülle auf Siedetemperatur erhitzt, wodurch sich Dampf bildet, der an dem Prüf rohr und seinen eventuell vorhandenen, oberflächenvergrößernden Rippen kondensiert. Dabei wird die

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Wärme auf das das Rohr durchfließende Kühlwasser übertragen. Die Wärmezufuhr wird am besten dem Erwärmungsgrad des Kühlmittels angepaßt, damit man in dem Raum innerhalb der Hülle (Druckgefäß) den gewünschten Druck aufrechterhalten kann. Der Druck im Druckgefäß ist bei konstanten Werten der Wärmezufuhr und des Flusses nur vom Verschmutzungsgrad des Kühlmittels abhängig, das durch das Rohr (und den Wärmeaustauscher) strömt, so daß man anhand der Druckmessung einen schnellen und sicheren Wert des Verschmutzungsgrades erhalten kann.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen;

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des eigentlichen Meßgerätes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Anschluß der gesamten Meßanordnung an einen Wärmeaustauscher.

Das Meßgerät in Fig. 1 dient zur direkten Messung der Verschmutzung von Wärmeaustauschern oder zum Messen der Verschmutzungsneigung des Kühlwassers. Bekanntlich beeinflußt eine derartige Verschmutzung sowohl den Wirkungsgrad der Gesamtanlage als auch die Betriebssicherheit. Eine Meßanordnung nach der Erfindung ist daher von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Die Faktoren, welche die Verschmutzung beeinflussen, sind Wasserqualität, Wassergeschwindigkeit, Wassertemperatur, Wärmebelastung (Kühlung oder Erwärmung),

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Struktur und Wiaterial der warmeübertragenden Flächen. Wärmeaustauscherflächen mit Voraussetzungen, die mit den vorgenannten Parametern identisch sind, werden genauso verschmutzt. Die Verschmutzungsprobleme sind bekanntlich besonders groß, wenn das Mittel stark verunreinigt ist, was für die eingangs genannten Beispiele von V/ässern zutrifft.

Das Prinzip der Erfindung gründet sich - wie oben erwähnt - auf die genannten identischen Voraussetzungen für Wärmeaustauscherflächen sowie darauf, daß man auf der anderen Seite der warmeübertragenden Fläche einen von äußeren Verhältnissen nicht beeinflußbaren Zustand hat und daß man diesen Zustand auf einfache Weise messen kann.

Das in Figur 1 dargestellte Gerät besteht aus einer Prüfstrecke, vorzugsweise einem Rohr 2 aus demselben Material und mit denselben Abmessungen wie der Wärmeaustauscher 1 (Fig. 2), an den es angeschlossen ist. Das Rohr 2 wird von einer hermetisch verschlossenen, vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch geformten Hülle 3 umgeben, die z.T. mit Flüssigkeit 16, z.B. Wasser, und im übrigen mit verdampfter Flüssigkeit gefüllt ist. Um den Einfluß des äußeren Wärmeübergangs zu vermindern und die Prüfstrecke so kurz wie möglich zu halten, kann die Außenfläche des Rohrs in geeigneter Weise vergrößert werden, wie beispielsweise durch Rippen 4. Statt Wasser kann auch eine andere Flüssigkeit verwendet werden, vorzugsweise eine Flüssigkeit mit einem geringeren Siedepunkt als Wasser. Die flächenvergrößernden Rippen 4 haben auch die Aufgabe, die Wirkung der Verschmutzung zu verstärken und die Wärmebelastung des Rohres zu erhöhen. Die Hülle ist an

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den Stellen 5 und 6 hermetisch an die Außenwände des Prüfrohres 2 angeschlossen»

Das Prüfrohr 2 mit der Hülle 3 wird vorzugsweise horizontal (Fig. 1) angeordnet, und man kann das Rohr zum Beispiel mit einer Heizeinrichtung 7 (beispielsweise einer elektrischen) zum Erwärmen (Kochen) der Flüssigkeit ausrüsten, was in Fig. 1 am unteren Teil der Hülle bei 16 geschehen ist, Für die Erwärmung kann auch ein an die Hülle angeschlossener separater Behälter verwendet werden. Die verdampfte Flüssigkeit kondensiert an dem Prüfrohr 2 und dessen Rippen 4, wobei Wärme an das durch das Prüfrohr 2 zirkulierende Kühlwasser abgegeben wird. Die Prüfstrecke durch das Rohr 2 wird über eine äußere Rohrleitung 8 (Fig. 2) an das Kühlwassersystern angeschlossen, die eine Zirkulationspumpe 9 sowie Meßinstrumente für den Fluß 10 und die Temperatur (11}enthält. Die Wärmezufuhr erfolgt am besten durch das elektrische Element 7 und wird dem Erwärmungsgrad des Kühlmittels angepaßt, so daß man in der Hülle 3 den gewünschten Niveaudruck erhält.

Am oberen Teil der Hülle ist ein Druckmesser 12 mit einer Skala für den Verschmutzungsgrad angeordnet, die in bezug auf die hereinkommende Wassertemperatur justierbar ist, welche bei 11 gemessen wird. Die Druckmessung kann durch eine Temperaturmessung ersetzt werden, welche die dem Druck entsprechende Sättigungstemperatur mißt. Die Druckmessung kann auf ein elektronisches Meßinstrument übertragen werden, das automatisch gemäß der ankommenden Wassertemperatur kompensiert. Der Fluß durch das Prüf-

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rohr 2 wird so justiert, daß die Strömungsgeschwindigkeit in dem Rohr 2 derjenigen im Wärmeaustauscher entspricht. Die dem Gerät zugeführte Heizleistung wird konstant gehalten und gemessen (bei 13 in Pig. 2). Das Gerät gemäß Fig. 1 ist bei 14 in Fig. 2 gezeigt. Da die Heizleistung für die Prüfstrecke auch konstant ist, wird der Druck in der Hülle 3 nur von der V/assertemperatur und der Verschmutzung beeinflußt. Die augenblickliche V/assertemperatur wird bei 11 abgelesen, und die Skala im Meßinstrument 12 wird hierauf einjustiert.

Die Hülle 3 ist somit hermetisch verschlossen und enthält Dampf, der nahezu vollkommen frei von unkondensierbaren Gasen und korrosiven Mitteln ist, so daß man davon ausgehen kann, daß der Zustand auf dieser Seite während der Lebensdauer des Gerätes nicht mehr beeinflußt wird. Ein eventuelles Leck in der Hülle 3 kann während des Betriebs oder bei stillgesetztem Gerät leicht festgestellt werden. Der Druck in der Hülle kann unter oder über dem Atmosphärendruck liegen, was von dem gewählten Mittel abhängt. Da der Ausschlag des Meßinstruments 12 vom Wärmeübergang dieses Mittels abhängt, empfiehlt es sich, ein Mittel mit einer hohen Wärmeübergangszahl zu wählen. Eine niedrige V/ärme übergang sz ahl läßt sich jedoch durch eine Vergrößerung der Außenfläche des Rohres 2 kompensieren (z_fB. die Rippen 4 in Fig. 1).

Das Kühlmittel wird vom Wärmeaustauscher 1 (Fig. 2) oder von an diesen angeschlossenen Leitungen über die Pumpe 9 entnommen, und diese soll das Mittel mit einem konstanten Fluß über die Prüf-

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rohre (14, 2) zum Wärmeaustauscher oder zur Leitung zurückpumpen. Der Fluß und die Temperatur des Mittels werden vorzugsweise vor dem Einlaufen in die Prüfrohre gemessen (10, 11, Fig. 2).

Eine eventuelle Verschmutzung an der Innenseite des Prüfrohres, die durch eine Verschmutzung des Kühlmittels entstanden ist, wird am Druckmesser 12 abgelesen. Ein Druckanstieg in der Hülle bei im übrigen konstanten Verhältnissen weist auf eine Verschmutzung hin. Der Verschmutzungsgrad ist proportional dem Druckanstieg. Der Druckmesser wird mit einer verschiebbaren Skala zur Kompensierung der Kühlmitteltemperatur versehen. Der Druckmesser 12 wird durch das Verwenden eines sauberen Rohres und eines reinen Mittels kalibriert.

Statt Wasser oder einer anderen Flüssigkeit kann als Kühlmittel auch Gas oder kondensierender Dampf dienen. Die Erwärmung in der Hülle 3 Euß in diesem Fall später gegen eine Art eines kontrollierten Kühlprozesses ausgetauscht werden. Allgemein kann gesagt werden, daß die Methode gemäß der Erfindung für verschiedene Anwendungsbereiche weiterentwickelt werden kann.

Die Meßanordnung gemäß der Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

Patentansprüche;

1.1 Anordnung zum Messen des Verschmutzungsgrades in Wärmeaustauschern und anderen Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem vorzugsweise kurzen Rohr (2) für den Durchfluß des auch den Wärmeaustauscher durchfließenden Mittels besteht, aus einer dieses Rohr umgebenden Hülle (3), die sich hermetisch um das Rohr (2) schließt und zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt ist, und aus einem an den Innenraum der Hülle angeschlossenen druckmessenden Gerät (12).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) innerhalb der Hülle (3) mit oberflächenvergrößernden Elementen (4), z.B. Rippen, versehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hülle (3) eine Heizeinrichtung (16) zur Erwärmung der Flüssigkeit in der Hülle angeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, .daß das Kühlmittel vom Wärmeaustauscher (1) mittels einer Pumpe (9) durch das Rohr (2) pumpbar ist und Meßgeräte für die Temperatur des Kühlmittels vorhanden sind·

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmutzung mit Druck- oder Temperaturimpulsen meßbar ist.

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