EP0622586B1 - Verfahren zum Betreiben einer Rohrleitung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP0622586B1
EP0622586B1 EP94106367A EP94106367A EP0622586B1 EP 0622586 B1 EP0622586 B1 EP 0622586B1 EP 94106367 A EP94106367 A EP 94106367A EP 94106367 A EP94106367 A EP 94106367A EP 0622586 B1 EP0622586 B1 EP 0622586B1
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heat exchanger
actuator
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/003—Feed-water heater systems

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a apparatus provided with a bypass line, e.g. Heat exchanger for flowing media, preferably for water, deionized water or condensate, which media at least in the partial flow flow through the bypass line, and a device for Execution of the procedure.
  • a bypass line e.g. Heat exchanger for flowing media, preferably for water, deionized water or condensate, which media at least in the partial flow flow through the bypass line, and a device for Execution of the procedure.
  • the problem described above can also occur if due to an accident Interruption of the volume flow, e.g. due to pump failure or malfunction a pipeline shut-off in the previous pipeline section, the promotion the medium is temporarily omitted.
  • this can happen in the heat exchanger for the reasons described above located medium evaporated, which has the consequence that through the formation of vapor bubbles in the heat exchanger whose resistance to the flow is so great that the flow comes to a standstill here.
  • the flow resistance is the following arrangement referred to as a circuit of the heat exchanger Bypass line lower in the pipeline. It can happen that a Circuit arrangement that operates stably at a high total current is now unstable will, d. H. that the effects described above occur.
  • the characteristic features are used to achieve the object of claim 1. It is provided that when reducing of the volume flow of the medium an increase in the flow resistance in Apparatus occurs, the division of the partial flows is changed in that the flow resistance in the bypass line is increased so that the apparatus is sufficient is fed with flow medium.
  • the flow resistance in the bypass line is variably adjustable so that it is always the same as the flow resistance of the Apparatus. This ensures that the apparatus is sufficiently fluid is fed, so that there are undesirable partial or full evaporation, which increase the flow resistance of the apparatus, avoided or at least be overcome.
  • the partial flow through the bypass line is interrupted as soon as in the apparatus an increased flow resistance occurs.
  • This variant requires little circuitry or measurement and control engineering effort and is therefore easy and inexpensive to implement.
  • a stepless one Change in the division of the partial flows and thus a change in the flow resistance to make the required process parameters in this way to comply as best as possible, d. H. the flow rate of the flowing To regulate the medium through the apparatus.
  • a continuous change of the flow cross section of the bypass line is compared to the first Variant more complex, but also with regard to the operation of the circuit arrangement cheaper.
  • the flow resistance of the bypass line also increased when the flow resistance of the apparatus is increased.
  • a known device for performing the method mentioned in the introduction contains an apparatus, preferably a heat exchanger, with a bypass line is provided, in which an actuator for changing the Flow resistance of the bypass line is arranged.
  • a solution of the The object underlying the invention is according to the invention through the features of the characterizing part of claim 3. After that is provided that the actuator is integrated in a measuring and control system and is controlled so that when the volume flow is reduced of the medium an increase in the flow resistance in the heat exchanger occurs, the flow resistance in the bypass line increased so that it is equal the flow resistance in the heat exchanger or exceeds it, so the heat exchanger is sufficiently supplied with medium.
  • the actuator is a control valve educated. This allows a continuous adjustment of the flow cross section the bypass line and thus its flow resistance.
  • the actuator can be expedient trained as a gate valve.
  • the sole figure shows a circuit arrangement according to the invention.
  • a circuit arrangement 10 is shown in the single figure, which has a pipeline 12 in which a as Heat exchanger trained apparatus 14 is arranged, the is provided with a bypass line 16.
  • this bypass line is an actuator according to the invention 18 arranged, the motor-driven in the example shown Shut-off valve is shown and in concrete use as a gate valve, throttle valve or control valve can be trained.
  • the total volume flow is divided accordingly the setting of the actuator 18 in the same Ratio like at full load.
  • This can lead to instabilities lead to the flow, since it heats up the flowing Medium-serving apparatus 14 initially unchanged with heating medium is fed, but the amount of heat to the Volume flow flowing through full load operation is coordinated. Because of this excess supply of heat, it comes in the apparatus 14 for rapid heating of the flowing medium and finally to its evaporation.
  • the invention employs the flow resistance in the bypass line by adjusting the actuator 18 is increased so far that he the flow resistance in the apparatus exceeds 14, so that the current flow pressure expels the vapor bubbles in the apparatus 14 and trouble-free part-load operation is possible. Around to ensure the latter, it may be necessary to To change the setting of the actuator 18 again.
  • Procedure according to the invention for use by the Flow resistance in the bypass line 16 by changing the setting of the actuator 18 is increased so far that it prevails in apparatus 14 due to vapor bubble formation Flow resistance exceeds. This will achieved that the flowing medium is now due to the upcoming Pressure displaces the vapor bubbles from the apparatus 14 and thereby its flow resistance again brings the initial value. Once that is done, will the setting value of the actuator 18 is changed again and adjusted to these operating conditions.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mit einer Bypassleitung versehenen Apparats, z.B. Wärmetauscher für strömende Medien, vorzugsweise für Wasser, Deionat oder Kondensat, welche Medien zumindest im Teilstrom die Bypassleitung durchströmen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Im Anlagenbau ist allgemein bekannt, einen in einem Rohrleitungsstrang angeordneten Wärmetauscher mit einer Bypassleitung zu versehen (siehe z.B. US-A-2 823 650). Dabei kann das Verhältnis der Teilströme, welche den Wärmetauscher und die Bypassleitung durchströmen, üblicherweise mittels einer Blende in der Bypassleitung fest vorgegeben, sein.
Unter bestimmten Umständen, z. B. bei Teillast, kommt es zu einer Verringerung des Volumenstroms des durchströmenden Mediums. Aufgrund der Verringerung des Durchflusses durch den Wärmetauscher kann es hier infolge der unveränderten Einspeisung des Heizmediums, z. B. Dampf, zu einer spontanen Aufheizung des Strömungsmediums mit anschließender Dampfbildung in den Wärmetauscherrohren kommen, so daß diese schließlich nur noch mit Dampf gefüllt sind. Der hierdurch stark erhöhte Strömungswiderstand ist dabei deutlich größer als der Widerstand der Blende in der Bypassleitung, so daß es zu einem Strömungsstillstand in dem Wärmetauscher kommen kann und aufgrund dessen das strömende Medium ausschließlich über die Bypassleitung geführt wird.
Das zuvor geschilderte Problem kann auch auftreten, wenn infolge störfallbedingter Unterbrechung des Volumenstroms, z.B. infolge Pumpenausfall oder Fehlfunktion einer Rohrleitungsabsperrung im vorangehenden Rohrleitungsabschnitt, die Förderung des Medium zeitweise unterbleibt. Beim Wiederanfahren, d. h. nach Beseitigung der Störung, kann aus den zuvor geschilderten Gründen das im Wärmetauscher befindliche Medium verdampft sein, was zur Folge hat, daß durch die Dampfblasenbildung im Wärmetauscher dessen Widerstand für die Strömung so groß ist, daß es hier zu einem Stillstand der Strömung kommt.
Bei Teillasten, d. h. bei kleinen Gesamtströmen ist der Strömungswiderstand der im folgenden als Schaltung bezeichneten Anordnung des Wärmetauschers mit Bypassleitung in der Rohrleitung niedriger. Hierbei kann geschehen, daß eine Schaltungsanordnung, die bei hohem Gesamtstrom stabil arbeitet, nunmehr instabil wird, d. h. daß die zuvor geschilderten Effekte auftreten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, um so auf einfache Weise Instabilitäten beim Betrieb des hydraulischen Systems sicher auszuschließen.
Zur Lösung der Aufgabe dienen erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist vorgesehen, daß dann, wenn bei Verringerung des Volumenstromes des Mediums eine Erhöhung des Strömungswiderstands im Apparat auftritt, die Aufteilung der Teilströme dadurch geändert wird, daß der Strömungswiderstand in der Bypassleitung so erhöht wird, daß der Apparat ausreichend mit Strömungsmedium gespeist wird.
Das bedeutet, daß erfindungsgemäß der Strömungswiderstand in der Bypassleitung veränderlich einstellbar ist, so daß er stets gleich ist dem Strömungswiderstand des Apparates. Hierdurch wird erreicht, daß der Apparat ausreichend mit Strömungsmedium gespeist wird, so daß es zu unerwünschten Teil- oder Vollverdampfungen, welche den Strömungswiderstand des Apparates heraufsetzen, vermieden oder zumindest überwunden werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Teilstrom durch die Bypassleitung unterbrochen wird, sobald im Apparat ein erhöhter Strömungswiderstand auftritt. Diese Variante erfordert nur geringen schaltungstechnischen bzw. meß- und regelungstechnischen Aufwand und ist daher einfach und kostengünstig realisierbar.
Gemäß einer weiteren Variante kann es aber zweckmäßig sein, eine stufenlose Änderung der Aufteilung der Teilströme und damit eine Änderung des Strömungswiderstandes vorzunehmen, um auf diese Weise die geforderten Verfahrensparameter bestmöglich einzuhalten, d. h. die Durchflußmenge des strömenden Mediums durch den Apparat zu regeln. Eine derartige stufenlose Änderung des Durchflußquerschnitts der Bypassleitung ist im Vergleich zur ersten Variante aufwendiger, dafür aber auch im Hinblick auf den Betrieb der Schaltungsanordnung günstiger. Dabei wird der Strömungswiderstand der Bypassleitung bei Erhöhung des Strömungswiderstands des Apparats ebenfalls erhöht.
Bei der Anwendung dieses Verfahrens an kreuzgeschalteten Enthitzern bei Dampfkraftanlagen ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil daraus, daß bei Teillasten der Teilstrom des Speisewassers durch den Enthitzer erhöht wird, als Folge die Austrittstemperatur des Speisewassers erhöht wird und der thermische Wirkungsgrad des Prozesses verbessert wird.
Eine bekannte Vorrichtung für die Durchführung des eingangs genannten Verfahrens enthält einen Apparat, vorzugsweise einen Wärmetauscher, der mit einer Bypassleitung versehen ist, in welcher ein Stellglied zur Veränderung des Strömungswiderstands der Bypassleitung angeordnet ist. Eine Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 3 gekennzeichnet. Danach ist vorgesehen, daß das Stellglied in eine Meß- und Regelstrecke eingebunden und so gesteuert ist, daß es dann, wenn bei Verringerung des Volumenstroms des Mediums eine Erhöhung des Strömungswiderstands im Wärmetauscher auftritt, den Strömungswiderstand in der Bypassleitung so erhöht, daß er gleich dem Strömungswiderstand im Wärmetauscher ist oder diesen übersteigt, damit der Wärmetauscher ausreichend mit Medium gespeist wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stellglied als Regelventil ausgebildet. Dieses gestattet eine stufenlose Einstellung des Durchlaufquerschnitts der Bypassleitung und damit deren Strömungswiderstand.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, das Stellglied als Absperrschieber auszubilden.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Aus der US-A-2 823 650 ist eine Anordnung für den Wärmeaustausch zwischen strömenden Medien, vorzugsweise für Fernheizsysteme, bekannt, bei welcher ein Wärmetauscher längsdurchströmt wird. Im wärmeaufnehmenden Strömungsweg ist eine Bypassleitung mit einem von einem Thermostaten geregelten Ventil vorgesehen, über welche eine gleichbleibende Temperatur im Heizkreislauf gewährleistet ist. Druckabhängige Regelungsmaßnahmen sind nicht vorgesehen.
Anhand eines Ausführungsbeispieles sollen die Erfindung und ihre besondere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt die einzige Figur eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
In der einzigen Figur ist eine Schaltungsanordnung 10 gezeigt, die eine Rohrleitung 12 aufweist, in welcher ein als Wärmetauscher ausgebildeter Apparat 14 angeordnet ist, der mit einer Bypassleitung 16 versehen ist. In dieser Bypassleitung ist entsprechend der Erfindung ein Stellglied 18 angeordnet, das im gezeigten Beispiel als motorbetriebene Absperrarmatur dargestellt ist und im konkreten Einsatzfall als Absperrschieber, Drosselklappe oder Regelventil ausgebildet sein kann.
Die Verfahrensweise dieser Schaltung soll nachstehend erläutert werden. Dabei sind zwei Fallunterscheidungen zu treffen.
Fall 1:
Bei Teillastbetrieb teilt sich der Gesamtvolumenstrom entsprechend der Einstellung des Stellgliedes 18 im gleichen Verhältnis ein wie bei Vollast. Dies kann zu Instabilitäten der Strömung führen, da der zur Aufheizung des strömenden Mediums dienende Apparat 14 zunächst unverändert mit Heizmedium gespeist wird, dessen Wärmemenge jedoch auf den bei Vollastbetrieb durchströmenden Volumenstrom abgestimmt ist. Aufgrund dieses Überangebots an Wärme kommt es im Apparat 14 zu einer raschen Aufheizung des strömenden Mediums und schließlich zu dessen Verdampfung. Die in den Wärmetauscherrohren des Apparats 14 befindlichen Dampfblasen bilden einen gegenüber Normalbetrieb stark erhöhten Widerstand für die Strömung oder Verschluß, so daß es zu einem Strömungsstillstand des strömenden Mediums kommen kann, solange die Bypassleitung 16 geöffnet ist, deren Strömungswiderstand in diesem Fall geringer ist als der des Apparats 14. An dieser Stelle setzt die Erfindung ein, indem der Strömungswiderstand in der Bypassleitung durch Verstellen des Stellgliedes 18 soweit erhöht wird, daß er den Strömungswiderstand im Apparat 14 übersteigt, so daß der anstehende Strömungsdruck die im Apparat 14 befindlichen Dampfblasen austreibt und ein störungsfreier Teillastbetrieb möglich ist. Um letzteres sicherzustellen, kann es erforderlich sein, die Einstellung des Stellgliedes 18 erneut zu verändern.
Fall 2:
Es kann gelegentlich vorkommen, daß aufgrund unvorhersehbarer Störungen, z. B. Ausfall der Förderpumpe oder infolge Fehlbetätigung ein unbeabsichtigtes Schließen einer Absperrarmatur im vorangehenden Leitungsabschnitt, daß das im Apparat 14 befindliche strömende Medium ähnlich wie zuvor beschrieben rasch aufgeheizt und schließlich verdampft wird, weil kein Medium nachströmt. Auf diese Weise wird infolge Dampfblasenbildung im Apparat 14 dessen Widerstand für die Strömung stark erhöht, so daß er den Strömungswiderstand der Bypassleitung 16 erheblich übersteigt. Bei Wiederaufnahme des Betriebs, d. h., bei erneuter Förderung des Strömungsmediums kann es auf diese Weise geschehen, daß infolge der stark unterschiedlichen Strömungswiderstände im Apparat 14 weiterhin ein Strömungsstillstand vorherrscht, während die Bypassleitung 16 unter stark erhöhtem Druck durchströmt wird. Ist dies der Fall, so kommt auch hier die erfindungsgemäße Verfahrensweise zur Anwendung, indem der Strömungswiderstand in der Bypassleitung 16 durch Verändern der Einstellung des Stellgliedes 18 so weit erhöht wird, daß er den im Apparat 14 infolge Dampfblasenbildung vorherrschenden Strömungswiderstand übersteigt. Hierdurch wird erreicht, daß das strömende Medium nunmehr aufgrund des anstehenden Drucks die Dampfblasen aus dem Apparat 14 verdrängt und hierdurch dessen Strömungswiderstand wieder auf den Ausgangswert bringt. Sobald dies geschehen ist, wird der Einstellwert des Stellgliedes 18 erneut verändert und auf diese Betriebsbedingungen eingestellt.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines mit einer Bypassleitung versehenen Apparats, z. B. Wärmetauscher für strömende Medien, vorzugsweise für Wasser, Deionat oder Kondensat, welche Medien zumindest im Teilstrom die Bypassleitung durchströmen, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn bei Verringerung des Volumenstromes des Mediums eine Erhöhung des Strömungswiderstands im Apparat auftritt, die Aufteilung der Teilströme dadurch geändert wird, daß der Strömungswiderstand in der Bypassleitung so erhöht wird, daß der Apparat ausreichend mit Strömungsmedium gespeist wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom durch die Bypassleitung unterbrochen wird, wenn im Apparat infolge erhöhten Strömungswiderstandes ein Strömungsstillstand auftritt.
  3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem Wärmetauscher (14), einer Bypassleitung (16) für den Wärmetauscher und einem in der Bypassleitung (16) vorgesehenen Stellglied (18) zur Veränderung des Strömungswiderstands der Bypassleitung (16), dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (18) in eine Meß- und Regelstrecke eingebunden und so gesteuert ist, daß es dann, wenn bei Verringerung des Volumenstroms des Mediums eine Erhöhung des Strömungswiderstands im Wärmetauscher (14) auftritt, den Strömungswiderstand in der Bypassleitung (16) so erhöht, daß er gleich dem Strömungswiderstand im Wärmetauscher (14) ist oder diesen übersteigt, damit der Wärmetauscher ausreichend mit Medium gespeist wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (18) ein Regelventil ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (18) ein Absperrschieber ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (18) eine Drosselklappe ist.
EP94106367A 1993-04-30 1994-04-23 Verfahren zum Betreiben einer Rohrleitung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Lifetime EP0622586B1 (de)

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DE4314390C2 (de) 1997-01-30
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