DE4406050A1 - Verfahren zur Kontrolle der Austrittstemperatur bei Wärmeaustauschern, insbesondere Wasserbadverdampfer mit gewickelten Rohrbündel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Austrittstemperatur eines Fluidstromes, der aus mehreren, durch verschiedene, parallel geschaltete Wärmetauschersektionen geführten Teilströmen gebildet wird.

Die Austrittstemperatur des Fluidstromes bei Mehrstromwärmetauschern, bei denen mehrere Teilströme des Fluids durch parallel geschaltete Wärmetauschersektionen geleitet werden, ist abhängig von Menge und Temperatur der einzelnen Teilströme bei deren Mischung zum austretenden Fluidstrom. Insbesondere bei verdampfenden Fluiden mit großer Überhitzung und stark schwankendem Mengenstrom bereitet die Kontrolle der Austrittstemperatur bisher erhebliche Schwierigkeiten. Als Beispiel sei die Verdampfung und Anwärmung von flüssigen Sauerstoff in gewickelten Wasserbadverdampfern, benutzt als Notverdampfer, genannt. Zur Kontrolle und Absenkung der Austrittstemperatur des verdampften Fluids wird hier bisher kaltes Gas aus einer weiteren Quelle in den austretenden Fluidstrom geregelt eingebracht oder eine kalte Flüssigkeit zugedüst, auch die Absenkung der Wasserbadtemperatur bietet sich an. Nachteilig wirken sich bei diesen Methoden der zusätzliche Aufwand, der nur geringe Regelbereich und in letztem Fall die Vereisungsgefahr des Wasserbades aus.

Besonders bei geringen Teillasten ist die Kontrolle der Austrittstemperatur mit den bisherigen Lösungen nicht möglich.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist deshalb, bei mehrstromigen Wärmetauschern die Austrittstemperatur des Fluidstromes über einen weiten Lastbereich ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand weitgehend automatisch zu kontrollieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mengen der in die verschiedenen Wärmetauschersektionen eingeführten Teilströme in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Fluidstromes oder der einzelnen Teilströme geregelt werden.

Dieses erfindungsgemäße Temperaturkontrollverfahren läßt sich auf sämtliche mehrstromfähige Wärmetauscher anwenden. Die verschiedenen Wärmetauschersektionen können einzelne unabhängige Strömungsbereiche eines Wärmetauschers oder mehrere parallele Wärmetauscher sein, auch Kombinationen daraus sind möglich.

Das Fluid, dessen Austrittstemperatur auf einen bestimmten Wert geregelt werden soll, wird durch die verschiedenen Wärmetauschersektionen geleitet, in denen der Wärmetausch mit einem weiteren Fluid erfolgt. Nach Durchströmen der Sektionen werden die Teilströme zu einem Fluidstrom zusammengefaßt und die Temperatur des letzteren gemessen.

Um die Temperatur auf einen bestimmten Wert oder in einem bestimmten Bereich zu halten, wird über ein Regelsystem eine Umverteilung des Fluids auf die einzelnen Wärmetauschersektionen vorgenommen. Dazu werden erfindungsgemäß die Mengen der in die einzelnen Sektionen eingeführten Teilströme mittels Regelventile variiert, wobei das Regelsystem eine optimale Umverteilung im Hinblick auf die gewünschte Austrittstemperatur vornimmt.

Nachdem nach Anfahren der Anlage ein bestimmter Betriebspunkt gewählt ist, erfolgt die Kontrolle der Austrittstemperatur automatisch durch geringe Umverteilungen des Fluids auf die verschiedenen Wärmetauschersektionen. Der apparative Aufwand ist gering, da lediglich Regelventile in die zu den einzelnen Wärmetauschersektionen führenden Leitungen vorgesehen werden müssen, wobei die Regelventile von einem die Austrittstemperatur des Fluidstromes messenden Regelsystem angesteuert werden. Auch die Ansteuerung durch ein die Austrittstemperaturen der einzelnen Teilströme messenden Regelsystem ist möglich, wenngleich aufwendiger.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, die Austrittstemperatur über einem weiten Lastbereich zu regeln, ohne den Einsatzbereich des oder der Wärmetauscher einzuschränken.

Als vorteilhafte Ausgestaltung lassen sich die Geometrie und die Abmessung der verschiedenen Wärmetauschersektionen an den gewünschten Kontrollbereich für die Austrittstemperatur des Fluidstromes anpassen. Je nach gewünschtem Regelbereich und den prozeßtechnischen Anforderungen gibt es eine optimale Gestaltung der Wärmetauschersektionen. Unterschiedliche Heizflächen beispielsweise durch Variation der Rohrzahlen, des Rohrdurchmessers oder der Rohrlänge in den einzelnen Wärmetauschersektionen sind möglich.

Um die Regelung praktisch einfach handhabbar zu machen, werden vorteilhaft die Menge und die Temperatur des den Wärmetausch mit den Teilströmen des austretenden Fluidstromes bewirkenden Fluids auf feste Werte eingestellt. Bei Wasserbadverdampfern heißt dies, daß Menge und Temperaturgang des Wasserbades (Heizmedium) nicht zur Regelung der Austrittstemperatur des verdampften Fluidstromes verwendet werden und fest eingestellte Werte haben können.

Anhand der einzigen Zeichnung soll das erfindungsgemäße Verfahren in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist schematisch ein Wasserbadverdampfer 1 für die Verdampfung verflüssigter Gase wie Stickstoff, Sauerstoff, Argon oder Ethylen, dargestellt. Das verflüssigte Gas wird durch Leitung 6 in das Innere des Wasserbadverdampfers 1 geleitet. Vor dem Wärmetauscher erfolgt eine Verzweigung in zwei (oder auch mehrere) Leitungen. Diese beiden auf die Ringleitungen 9 und 10 führenden Leitungen 7 und 8 bilden zwei verschiedene, parallele Sektionen im Wärmetauscher. Von den Ringleitungen 9 und 10 gehen Bündelrohre 11 und 12 aus, die sich um das Kernrohr 21 im Inneren des Wasserbadverdampfers 1 winden. In diesem Ausführungsbeispiel strömt folglich die verdampfende Flüssigkeit durch zwei parallel geschaltete Wärmetauschersektionen, die durch die Leitungen 7, 10 und 12 beziehungsweise durch die Leitungen 8, 9 und 11 gebildet werden. Nach Verdampfen der Flüssigkeit wird diese angewärmt und die beiden Teilströme der Wärmetauschersektionen werden auf die Ringleitung 13 gegeben, von wo aus der Austritt über die Leitung 14 aus dem Wasserbadverdampfer 1 erfolgt. Der mit dem Heizmedium Wasser gefüllte Wasserbadverdampfer 1 wird mittels Dampf der über die Leitung 2 in das Innere des Wasserbadverdampfers 1 geleitet wird, beheizt. Die Dampfeinspeisung erfolgt temperaturgeregelt über ein Regelventil 3, das von einem Temperaturregler 5 über die Steuerleitung 4 angesteuert wird. Bei geöffnetem Regelventil 3 strömt Dampf in das Innere des Kernrohrs 21 an dessen unterem Ende. Der Anteil des kondensierten Dampfes wird über die Überlaufleitung 20 wieder aus dem Inneren des Wasserbadverdampfers 1 entfernt.

Erfindungsgemäß wird nun die Austrittstemperatur des aus dem Wasserbadverdampfer 1 über die Leitung 14 austretenden Fluidstromes dadurch kontrolliert, daß die Mengen der in die beiden Wärmetauschersektionen über die Leitungen 7 und 8 eingeführten Teilströme in Abhängigkeit von der gemessenen Austrittstemperatur des Fluidstromes geregelt werden. Dazu werden die beiden Regelventile 18 und 19 in den Leitungen 7 und 8 von der Temperaturregeleinheit 15 über die Steuerleitungen 16 und 17 angesteuert. Bei schwankender Austrittstemperatur des Fluidstromes in der Leitung 14 wird von dieser Regeleinheit 15 eine Umverteilung der durch Leitung 6 fließenden Flüssigkeit auf die beiden Leitungen 7 und 8 vorgenommen. Die Umverteilung erfolgt solange, bis eine stabile Austrittstemperatur des Fluidstromes erreicht ist.

Der durch Leitung 6 in den Wasserbadverdampfer 1 einströmende Fluidstrom kann selbstverständlich auch in mehr als zwei Teilströme aufgespalten werden. Es sind dann ebenfalls mehr als zwei Ringleitungen 9 und 10 erforderlich sowie mehr als zwei Bündelrohre 11 und 12.

Weiterhin läßt sich insbesondere durch die Gestalt dieser Bündelrohre 11 und 12 der Wärmetausch, d. h. Menge und Temperatur der Teilströme, beeinflussen. Bei Realisierung eines etwas aufwendigeren Regelsystems, ließen sich auch die Temperaturen der einzelnen Teilströme, die auf die Ringleitung 13 geleitet werden, messen und die Mengen der in den Leitungen 7 und 8 eingeführten Teilströme in Abhängigkeit von den dort gemessenen Temperaturen regeln. Diese Regelmethode ist aufwendiger, bietet aber oftmals die Möglichkeit einer noch genaueren Temperaturregelung des austretenden Fluidstroms.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Menge und Temperatur des Heizmediums Wasser nicht in den Regelvorgang miteinbezogen. Die Dampfzuspeisung über das Regelventil 3 erfolgt im Hinblick auf eine konstante Temperatur des Wasserbads, die Menge an Wasser wird durch Überlauf 20 konstant gehalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt insbesondere bei der Verdampfung verflüssigter Gase in Wasserbadverdampfern, dort insbesondere bei Notfallverdampfern, eine hervorragende Kontrolle der Austrittstemperatur auch bei geringen Gasmengen. Aber auch bei anderen mehrstromfähigen Wärmetauschern wie Aluminium-Plattenwärmetauschern ist das erfindungsgemäße Verfahren analog verwendbar.

Claims (4)

1. Verfahren zur Kontrolle der Austrittstemperatur eines Fluidstromes, der aus mehreren, durch verschiedene, parallel geschaltete Wärmetauschersektionen geführten Teilströmen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen der in die verschiedenen Wärmetauschersektionen eingeführten Teilströme in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Fluidstromes oder der einzelnen Teilströme geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie und Abmessung der verschiedenen Wärmetauschersektionen an den gewünschten Kontrollbereich für die Austrittstemperatur des Fluidstromes angepaßt werden.

3. Verfahren nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge und die Temperatur des den Wärmetausch mit den Teilströmen des austretenden Fluidstromes bewirkenden Fluids auf feste Werte eingestellt werden.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf die Verdampfung verflüssigter Gase in Wasserbadverdampfern (1).