EP2128551A1 - Monitoring of heat exchangers in process control systems - Google Patents

Monitoring of heat exchangers in process control systems Download PDF

Info

Publication number
EP2128551A1
EP2128551A1 EP08009815A EP08009815A EP2128551A1 EP 2128551 A1 EP2128551 A1 EP 2128551A1 EP 08009815 A EP08009815 A EP 08009815A EP 08009815 A EP08009815 A EP 08009815A EP 2128551 A1 EP2128551 A1 EP 2128551A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat flow
heat exchanger
heat
flow
reference heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08009815A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Friedrich
Herbert Grieb
Thomas Dr. Müller-Heinzerling
Bernd-Markus Dr. Pfeiffer
Michael Schüler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP08009815A priority Critical patent/EP2128551A1/en
Priority to US12/474,310 priority patent/US8069003B2/en
Publication of EP2128551A1 publication Critical patent/EP2128551A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28GCLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G15/00Details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02Controlling, e.g. stopping or starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28GCLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G15/00Details
    • F28G15/003Control arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00Prediction; Simulation; Testing

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, for monitoring the effectiveness of a heat exchanger in which heat flows from a first medium into a second medium. Furthermore, the invention relates to a device for controlling a system with at least one heat exchanger.
  • Heat exchangers are technical apparatus in which, for example, fluids of a first temperature deliver part of their heat to, for example, fluids of a second temperature below the first temperature.
  • a first medium product medium
  • service medium can be, for example, cooling water or heating steam.
  • the service medium typically either flows through a piping arrangement which is disposed within the product medium or flows around the piping arrangement through which the product medium flows.
  • a particular disadvantage is that the pads are often not visible from the outside. Therefore, it is not clear when a cleaning is required. A cleaning is often only then made when problems caused by the poor performance of the heat exchanger occur. To avoid this, the heat exchanger must be cleaned preventively at regular intervals. This is also disadvantageous because the heat exchanger is cleaned in such a case, even if the deposits are not very strong.
  • simulation programs are known, which are used for the process engineering design and dimensioning of heat exchangers in the planning phase of a plant, which are based on a physico-thermodynamic modeling of the heat exchanger, which is mathematically divided into numerous segments, but it is not known, these simulation programs to use for on-line monitoring of heat exchangers during operation. Therefore, there is not yet a satisfactory solution to realize the monitoring of heat exchangers within a process control system, especially when the heat exchangers are driven in the operating phase at different operating points, for example, because flow or temperature of the product are not constant.
  • a method for monitoring the effectiveness of a heat exchanger in which heat flows from a first medium to a second medium characterized in that an actual heat flow is detected and with at least one each predetermined degree of contamination the heat exchanger corresponding reference heat flow is compared.
  • a device for controlling a system with at least one heat exchanger is characterized in that a memory is present in which at least one reference heat flow of the heat exchanger is stored.
  • Characterized in that a current heat flow is detected and compared with at least one respective predetermined degree of contamination of the heat exchanger corresponding reference heat flow, can be on the effectiveness of the heat exchanger make a very reliable statement; because by the inventive idea, to use the heat flow itself as a measure of the performance of the heat exchanger, a size is used as a measure of the effectiveness of the heat exchanger, which represents the most essential function of the heat exchanger. This eliminates problems associated with an indirect determination of the performance of the heat exchanger, d. H. when using another size characterizing the heat exchanger for determining the performance of the heat exchanger, may occur.
  • the determination of the current heat flow ( Q act ) can be done by the flow (F P ) of the product medium through the heat exchanger, the flow (F S ) of the service medium through the heat exchanger, the temperature (T P, A ) of the product medium at the inlet of the product medium in the heat exchanger, the Temperature (T P, Out ) of the product medium at the outlet of the product medium from the heat exchanger, the temperature (T S, Ein ) of the service medium at the entrance of the service medium into the heat exchanger and the temperature (T S, Out ) of the service medium at the output of the service medium be detected the heat exchanger.
  • the calculation of the reference heat flow is carried out by means of the simulation program.
  • To increase the accuracy measurements are made to fine-tune parameters of the simulation program at a few operating points in the clean state of the heat exchanger.
  • the current heat flow can be compared with the reference heat flow of the dirty heat exchanger.
  • the difference between the current heat flow and the reference heat flow then forms a reciprocal measure of the deposits, ie, the smaller the difference, the larger the deposits.
  • the current heat flow is advantageously compared with a reference heat flow corresponding to a contamination level of zero and with a reference heat flow corresponding to a maximum permissible degree of contamination. This allows a characteristic value to be determined which corresponds to the degree of soiling of the heat exchanger from 0 to 100%.
  • the characteristic value is 100% in the clean state of the heat exchanger and 0% in the maximum soiled state of the heat exchanger.
  • the characteristic value can be continuously calculated and displayed in the process control system in which the heat exchanger is integrated as a trend over longer periods of time. As soon as the characteristic value falls below a specified limit, a maintenance message can be generated.
  • the reference heat flow is exactly the same operating point, the z. B. as a combination of the two flows product medium F P and service medium F S and the two input temperatures product medium T P, A and service medium T S, Ein is defined, as the basis of the current heat flow.
  • This has a very advantageous effect on the accuracy of the method according to the invention.
  • Other sizes can be used for the definition of the operating point, if z. B. phase transitions (evaporation or condensation) occur within the heat exchanger.
  • the theoretically transferable amount of heat for a large number of possible operating points is first calculated with the aid of the process engineering simulation program with which the heat exchanger was designed or could be designed. Such simulation calculations are carried out both for the reference state "freshly cleaned” and for a reference state "maximally contaminated” in which a cleaning of the heat exchanger is absolutely necessary.
  • the calculated simulation values are used as interpolation points for two multidimensional maps each having a plurality of input variables (eg four input variables in each case) and one output variable.
  • the reference heat flow for the current operating point can be taken from the relevant characteristic field. If the operating point lies between several interpolation points, the reference heat flow for the current operating point can optionally be determined by a map interpolation.
  • the time-consuming simulation calculation can advantageously be carried out offline in advance of the operation of the process plant or of the heat exchanger. During operation of the process plant or the heat exchanger, only the map interpolation may be necessary.
  • hyperbolic cube in the high-dimensional lattice network of the input variables is the current operating point.
  • This hyperbolic cube with the simulation values of all vertices is transformed into the coordinate origin and normalized.
  • the searched starting point is then calculated by evaluating a multilinear polynomial.
  • the computation is preferably temporarily frozen because the underlying model describes only the steady state thermal balance.
  • the method according to the invention it is advantageously possible to carry out a monitoring of heat exchangers with a variable operating point in process control systems.
  • direct consideration of the heat flow can be hard to interpret auxiliary quantities to determine the effectiveness are dispensed with the heat exchanger, whereby the associated problems are avoided.
  • the process engineering simulation program the operating point dependence of the transmittable heat quantity can be predicted, for example, at several hundred interpolation points without having to carry out correspondingly time-consuming measurements on the real system.
  • the model of the heat exchanger is used several times: first in the planning phase for dimensioning the heat exchanger and then at the beginning of the operating phase for parameterizing the monitoring.
  • the online monitoring function is based on a linear map interpolation and can be implemented seamlessly within a process control system.
  • the actual wear stock of the heat exchanger can be calculated. If it is observed during operation that the wear reserve is slowly approaching the value zero, appropriate maintenance measures can be reasonably planned, for example between two batches of a batch plant or as part of another planned plant shutdown for a continuously operating plant.
  • a process plant 1 As Fig. 1 can be removed, a process plant 1, a heat exchanger 2.
  • the heat exchanger 2 has a container 2a, in which a pipe assembly 2b is arranged.
  • the container 2a has a first input 2 EP and a first output 2 AP .
  • Via the first input 2 EP a product medium flows into the container 2 a, which leaves the container 2 a again at the first outlet 2 AP .
  • the pipeline assembly 2 b is led out of the container 2 a of the heat exchanger 2 via a second input 2 ES and via a second output 2 AS . Via the second input 2 ES , a service medium can be conducted into the pipeline arrangement 2 b, which leaves the pipeline arrangement 2 b again at the second outlet 2 AS .
  • the amount of the product medium supplied to the container 2a can be detected.
  • the amount of the service medium supplied to the piping arrangement 2b can be detected.
  • a first temperature sensor 5 the temperature of the product medium supplied to the container 2a can be detected at the first inlet 2 EP of the container 2a.
  • a second temperature sensor 6 the temperature of the pipe assembly 2b supplied service medium be detected at the second input 2 ES of the pipe assembly 2b.
  • a third temperature sensor 7 the temperature of the product medium at the first output 2 AP of the container 2a can be detected.
  • a fourth temperature sensor 8 the temperature of the service medium at the second output 2 AS of the pipe assembly 2b can be detected.
  • the output signals 3a, 4a of the flow meter 3, 4 and the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6 are fed to a first map module 9 and a second map module 10.
  • the map modules 9, 10 each have a high-dimensional map is stored, which was calculated by means of a procedural simulation program, with which the heat exchanger 2 has been designed or can be designed.
  • a three-dimensional section through a five-dimensional characteristic field 16 stored in the map module 9 is shown in FIG Fig. 2 shown.
  • the map 16 relates to a predetermined temperature of the product medium at the first input 2 EP of the heat exchanger 2 and a predetermined temperature of the service medium at the second input 2 ES of the pipe assembly 2b.
  • first map module 9 operating point-dependent maps 16 are deposited, which relate to the heat exchanger 2 in the clean state.
  • maps are stored, which relate to the heat exchanger 2 in the maximum polluted state.
  • the maps of the first map module 9 give in response to the output signals 3a, 4a of the flow meter 3, 4 and the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6 a heat flow again, which can be used as a reference heat flow of the non-polluted heat exchanger 2.
  • the maps of the second map module 10 are in response to the output signals 3a, 4a of the flow meter 3, 4 and the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6 a heat flow again, which can be used as a reference heat flow of the maximum contaminated heat exchanger 2.
  • the reproduced heat flows are each as an output signal 9a, 10a of the relevant map module 9, 10 a monitoring module 11 is supplied.
  • variables other than those given above may also be used as input variables in the characteristic diagrams.
  • the map building blocks 9, 10 have a computer, by means of the intermediate values, for which no interpolation point is stored, are calculated by interpolation.
  • the monitoring module 11 is also supplied with the heat flows 9a, 10a determined by interpolation.
  • the monitoring module 11 is supplied with the output signals 3a, 4a of the flowmeters 3, 4 as well as the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6, which indicate the current operating point of the heat exchanger 2.
  • the monitoring module 11 nor the output signals 7a, 8a of the third temperature sensor 7 and the fourth temperature sensor 8 are supplied. In special cases, such as, for example, during phase transitions within the heat exchanger (evaporation, condensation), variables other than those indicated above may also be supplied to the monitoring module.
  • a current heat flow can thus be calculated.
  • the current heat flow is then linked to the characteristic block building blocks 9, 10 extracted operating point-dependent reference heat flows.
  • output signal 11a can then be given a value between 0 and 100%, indicating the degree of contamination of the heat exchanger 2.
  • signals 12 P , 13 P , 14 P of the process plant 1 to control modules 12, 13, 14 which are dependent on corresponding process parameters are output, which transmit the signals 12 P , 13 P , 14 P evaluate whether the process plant 1 is in a stationary state. If the process installation 1 is in a stationary state, a signal 12a, 13a, 14a is applied to the outputs of the control modules 12, 13, 14, which signals are logically linked together in an AND gate 15. The output signal 15a of the AND gate 15 is applied to the monitoring module 11 as an enable signal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

The method involves flowing heat from a product medium into a service medium e.g. cool water. Current heat flow is measured and compared with a reference heat flow that corresponds to a predetermined pollution degree of a heat exchanger (2). Calculation of the reference heat flow is performed by a simulation program, where the heat exchanger is dimensioned by the simulation program. The current heat flow is compared with a reference heat flow that corresponds with a pollution degree of zero, and with a reference heat flow that corresponds with a maximum pollution degree. Independent claims are also included for the following: (1) a device for controlling a system with a heat exchanger (2) a computer program product comprising a program-code sequence for executing a method for monitoring effectiveness of a heat exchanger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zur Überwachung der Wirksamkeit eines Wärmetauschers, bei dem Wärme von einem ersten Medium in ein zweites Medium strömt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Steuerung einer Anlage mit wenigstens einem Wärmetauscher.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, for monitoring the effectiveness of a heat exchanger in which heat flows from a first medium into a second medium. Furthermore, the invention relates to a device for controlling a system with at least one heat exchanger.

Wärmetauscher sind technische Apparate, in denen beispielsweise Fluide einer ersten Temperatur einen Teil ihrer Wärme an beispielsweise Fluide einer unterhalb der ersten Temperatur liegenden zweiten Temperatur abgeben. So kann beispielsweise ein erstes Medium (Produktmedium) mittels eines zweiten Mediums (Servicemedium) gekühlt oder erwärmt werden. Das Servicemedium kann beispielsweise Kühlwasser oder Heizdampf sein. Das Servicemedium fließt üblicherweise entweder durch eine Rohrleitungsanordnung, welche innerhalb des Produktmediums angeordnet ist, oder umströmt die Rohrleitungsanordnung, die vom Produktmedium durchströmt wird.Heat exchangers are technical apparatus in which, for example, fluids of a first temperature deliver part of their heat to, for example, fluids of a second temperature below the first temperature. For example, a first medium (product medium) can be cooled or heated by means of a second medium (service medium). The service medium can be, for example, cooling water or heating steam. The service medium typically either flows through a piping arrangement which is disposed within the product medium or flows around the piping arrangement through which the product medium flows.

In Abhängigkeit der Beschaffenheit des Produktmediums beziehungsweise Servicemediums können sich innerhalb oder außerhalb an der Rohrleitungsanordnung Beläge bilden (so genanntes Fouling). Durch die Ablagerungen reduziert sich die Wirksamkeit des wärmetauschers. Wenn die Stärke der Beläge ein bestimmtes Maß überschritten hat, ist es daher erforderlich, eine Reinigung der Rohrleitungsanordnung vorzunehmen. Hierzu muss der betreffende Wärmetauscher in der Regel außer Betrieb genommen werden. Dies ist zum einen sehr aufwendig und verursacht zum anderen erhebliche Kosten.Depending on the nature of the product medium or service medium, deposits can form inside or outside the pipe arrangement (so-called fouling). The deposits reduce the effectiveness of the heat exchanger. If the thickness of the pads has exceeded a certain level, it is therefore necessary to perform a cleaning of the piping arrangement. For this purpose, the heat exchanger in question must be taken out of service as a rule. This is on the one hand very expensive and causes on the other hand considerable costs.

Nachteilig ist insbesondere, dass die Beläge häufig von außen nicht sichtbar sind. Daher ist nicht erkennbar, wann eine Reinigung erforderlich ist. Eine Reinigung wird häufig erst dann vorgenommen, wenn durch die schlechte Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers verursachte Probleme auftreten. Um dies zu vermeiden, muss der Wärmetauscher vorbeugend in regelmäßigen Abständen gereinigt werden. Dies ist ebenfalls nachteilig, da der Wärmetauscher in einem solchen Fall auch dann gereinigt wird, wenn die Ablagerungen noch nicht sehr stark sind.A particular disadvantage is that the pads are often not visible from the outside. Therefore, it is not clear when a cleaning is required. A cleaning is often only then made when problems caused by the poor performance of the heat exchanger occur. To avoid this, the heat exchanger must be cleaned preventively at regular intervals. This is also disadvantageous because the heat exchanger is cleaned in such a case, even if the deposits are not very strong.

Es sind zwar Simulationsprogramme bekannt, welche zur verfahrenstechnischen Auslegung und Dimensionierung von Wärmetauschern in der Planungsphase einer Anlage verwendet werden, welche auf einer physikalisch-thermodynamischen Modellbildung des Wärmetauschers beruhen, der dafür rechnerisch in zahlreiche Segmente aufgeteilt ist, jedoch ist es nicht bekannt, diese Simulationsprogramme für eine Online-Überwachung von Wärmetauschern im laufenden Betrieb zu verwenden. Daher gibt es bisher keine zufrieden stellende Lösung, um die Überwachung von Wärmetauschern innerhalb eines Prozessleitsystems zu realisieren, insbesondere wenn die Wärmetauscher in der Betriebsphase an verschiedenen Arbeitspunkten gefahren werden, weil beispielsweise Durchfluss oder Temperatur des Produkts nicht konstant sind.Although simulation programs are known, which are used for the process engineering design and dimensioning of heat exchangers in the planning phase of a plant, which are based on a physico-thermodynamic modeling of the heat exchanger, which is mathematically divided into numerous segments, but it is not known, these simulation programs to use for on-line monitoring of heat exchangers during operation. Therefore, there is not yet a satisfactory solution to realize the monitoring of heat exchangers within a process control system, especially when the heat exchangers are driven in the operating phase at different operating points, for example, because flow or temperature of the product are not constant.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Verfahren beziehungsweise eine eingangs genannte Steuerung derart auszubilden, dass eine Aussage über die Wirksamkeit eines Wärmetauschers vorgenommen werden kann.It is an object of the invention to form an initially mentioned method or an aforementioned control such that a statement about the effectiveness of a heat exchanger can be made.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of this problem arises from the features of the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Wärmetauschers, bei dem Wärme von einem ersten Medium in ein zweites Medium strömt, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Wärmestrom erfasst wird und mit wenigstens einem einem jeweils vorbestimmten Verschmutzungsgrad des Wärmetauschers entsprechenden Referenz-Wärmestrom verglichen wird.According to the invention, a method for monitoring the effectiveness of a heat exchanger in which heat flows from a first medium to a second medium, characterized in that an actual heat flow is detected and with at least one each predetermined degree of contamination the heat exchanger corresponding reference heat flow is compared.

Des Weiteren ist gemäß der Erfindung eine Einrichtung zur Steuerung einer Anlage mit wenigstens einem Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher vorhanden ist, in dem wenigstens ein Referenz-Wärmestrom des Wärmetauschers abgespeichert ist.Furthermore, according to the invention, a device for controlling a system with at least one heat exchanger is characterized in that a memory is present in which at least one reference heat flow of the heat exchanger is stored.

Dadurch, dass ein aktueller Wärmestrom erfasst wird und mit wenigstens einem einem jeweils vorbestimmten Verschmutzungsgrad des Wärmetauschers entsprechenden Referenz-Wärmestrom verglichen wird, lässt sich über die Wirksamkeit des Wärmetauschers eine sehr zuverlässige Aussage machen; denn durch den erfindungsgemäßen Gedanken, den Wärmestrom selbst als Maß für die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers heranzuziehen, wird eine Größe als Maß für die Wirksamkeit des Wärmetauschers verwendet, die die wesentlichste Funktion des Wärmetauschers repräsentiert. Hierdurch entfallen Probleme, welche bei einer mittelbaren Bestimmung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers, d. h. bei einer Verwendung einer sonstigen den Wärmetauscher charakterisierenden Größe zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers, auftreten können.Characterized in that a current heat flow is detected and compared with at least one respective predetermined degree of contamination of the heat exchanger corresponding reference heat flow, can be on the effectiveness of the heat exchanger make a very reliable statement; because by the inventive idea, to use the heat flow itself as a measure of the performance of the heat exchanger, a size is used as a measure of the effectiveness of the heat exchanger, which represents the most essential function of the heat exchanger. This eliminates problems associated with an indirect determination of the performance of the heat exchanger, d. H. when using another size characterizing the heat exchanger for determining the performance of the heat exchanger, may occur.

Die Ermittlung des aktuellen Wärmestroms ( act) kann dadurch geschehen, dass der Durchfluss (FP) des Produktmediums durch den Wärmetauscher, der Durchfluss (FS) des Servicemediums durch den Wärmetauscher, die Temperatur (TP,Ein) des Produktmediums am Eingang des Produktmediums in den Wärmetauscher, die Temperatur (TP,Aus) des Produktmediums am Ausgang des Produktmediums aus dem Wärmetauscher, die Temperatur (TS,Ein) des Servicemediums am Eingang des Servicemediums in den Wärmetauscher und die Temperatur (TS,Aus) des Servicemediums am Ausgang des Servicemediums aus dem Wärmetauscher erfasst werden. Anhand der Messwerte der Durchflüsse und der Temperaturen sowie der Stoffdaten cP,P, cP,S, ρP und ρS lässt sich aus den stationären Energiebilanzen für Produkt- und Servicemedium innerhalb des Wärmetauschers der aktuelle Wärmestrom für einen flüssig-flüssig Wärmetauscher zuverlässig und aufwandsarm gemäß den folgenden Formeln berechnen: Q ˙ P = C P , P ρ P F P T P , Aus - T P , Ein

Figure imgb0001
Q ˙ S = C P , S ρ S F S T S , Aus - T S , Ein
Figure imgb0002
The determination of the current heat flow ( Q act ) can be done by the flow (F P ) of the product medium through the heat exchanger, the flow (F S ) of the service medium through the heat exchanger, the temperature (T P, A ) of the product medium at the inlet of the product medium in the heat exchanger, the Temperature (T P, Out ) of the product medium at the outlet of the product medium from the heat exchanger, the temperature (T S, Ein ) of the service medium at the entrance of the service medium into the heat exchanger and the temperature (T S, Out ) of the service medium at the output of the service medium be detected the heat exchanger. On the basis of the measured values of the flows and the temperatures as well as the substance data c P, P , c P, S , ρ P and ρ S can be calculated from the stationary energy balances for product and service medium within the heat exchanger calculate the current heat flow for a liquid-liquid heat exchanger reliably and with little effort according to the following formulas: Q ˙ P = C P . P ρ P F P T P . Out - T P . On
Figure imgb0001
Q ˙ S = C P . S ρ S F S T S . Out - T S . On
Figure imgb0002

Wegen des Energieerhaltungssatzes gilt theoretisch: Q ˙ p = - Q ˙ s

Figure imgb0003
Due to the law of conservation of energy, the following theoretically holds: Q ˙ p = - Q ˙ s
Figure imgb0003

Wegen Messungenauigkeiten wird für den aktuellen Wärmestrom ein Mittelwert der Absolutbeträge gebildet: Q ˙ act = 1 2 Q ˙ P + Q ˙ S

Figure imgb0004

wobei

  • P der Wärmestrom des Produktmediums,
  • S der Wärmestrom des Servicemediums,
  • act der aktuelle Wärmestrom,
  • cP,P die Wärmekapazität des Produktmediums,
  • cP,S die Wärmekapazität des Servicemediums,
  • ρP die Dichte des Produktmediums und
  • ρS die Dichte des Servicemediums ist.
Because of measurement inaccuracies, an average value of the absolute values is formed for the current heat flow: Q ˙ act = 1 2 Q ˙ P + Q ˙ S
Figure imgb0004

in which
  • Q P is the heat flow of the product medium,
  • Q S the heat flow of the service medium,
  • Q act the current heat flow,
  • c P, P is the heat capacity of the product medium,
  • c P, S is the heat capacity of the service medium,
  • ρ P is the density of the product medium and
  • ρ S is the density of the service medium.

In Fällen von Verdampfung oder Kondensation von Produkt- oder Servicemedium im Wärmetauscher müssen diese Formeln entsprechend angepasst werden.In cases of evaporation or condensation of product or service medium in the heat exchanger, these formulas must be adapted accordingly.

Mittels des verfahrenstechnischen Simulationsprogramms, mit dem der Wärmetauscher ausgelegt wurde beziehungsweise ausgelegt werden kann beziehungsweise dimensionierbar ist, lässt sich für unterschiedliche Verschmutzungsgrade des Wärmetauschers jeweils ein theoretischer Wärmestrom berechnen, der als Referenz-Wärmestrom verwendet werden kann.By means of the procedural simulation program, with which the heat exchanger has been designed or can be designed or dimensioned, can be calculated for different degrees of contamination of the heat exchanger in each case a theoretical heat flow, which can be used as a reference heat flow.

In vorteilhafter Weise wird die Berechnung des Referenz-Wärmestroms mittels des Simulationsprogramms vorgenommen. Hierdurch erhält man auf einfache Weise Referenz-Wärmeströme, welche den tatsächlichen Wärmeströmen des betreffenden Wärmetauschers bei denselben Randbedingungen sehr nahe kommen. Zur Erhöhung der Genauigkeit werden zur Feinabstimmung von Parametern des Simulationsprogramms an einigen wenigen Arbeitspunkten im sauberen Zustand des Wärmetauschers Messungen vorgenommen.Advantageously, the calculation of the reference heat flow is carried out by means of the simulation program. This gives a simple way reference heat flows, which come very close to the actual heat flows of the heat exchanger in question under the same conditions. To increase the accuracy measurements are made to fine-tune parameters of the simulation program at a few operating points in the clean state of the heat exchanger.

Durch einen Vergleich des aktuellen Wärmestroms mit dem mit dem Simulationsprogramm ermittelten Referenz-Wärmefluss beispielsweise im nicht verschmutzten Zustand des Wärmetauschers lässt sich eine zuverlässige Aussage über die aktuelle Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers vornehmen. Entspricht der aktuelle Wärmestrom dem Referenz-Wärmestrom, ist die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers durch Beläge nicht beeinträchtigt. Mit zunehmender Differenz zwischen dem aktuellen Wärmestrom und dem Referenz-Wärmestrom verringert sich die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers, d. h. haben die Ablagerungen zugenommen. Die Differenz zwischen dem aktuellen Wärmestrom und dem Referenz-Wärmestrom bildet somit ein Maß für die Ablagerungen, d. h. die Verschmutzung des Wärmetauschers. Je größer die Differenz ist, desto größer sind die Ablagerungen.By comparing the current heat flow with the reference heat flow determined with the simulation program, for example in the non-polluted state of the heat exchanger, a reliable statement can be made about the current efficiency of the heat exchanger. If the current heat flow corresponds to the reference heat flow, the efficiency of the heat exchanger is not affected by deposits. As the difference between the current heat flow and the reference heat flow increases, the performance of the heat exchanger decreases, i.e., decreases. H. the deposits have increased. The difference between the current heat flow and the reference heat flow thus provides a measure of the deposits, i. H. the pollution of the heat exchanger. The larger the difference, the larger the deposits.

Statt den aktuellen Wärmestrom mit dem Referenz-Wärmestrom des nicht verschmutzten Wärmetauschers zu vergleichen, kann der aktuelle Wärmestrom mit dem Referenz-Wärmestrom des verschmutzten Wärmetauschers verglichen werden. Die Differenz zwischen dem aktuellen Wärmestrom und dem Referenz-Wärmestrom bildet dann ein reziprokes Maß für die Ablagerungen, d. h., je kleiner die Differenz ist, desto größer sind die Ablagerungen.Instead of comparing the current heat flow with the reference heat flow of the non-polluted heat exchanger, the current heat flow can be compared with the reference heat flow of the dirty heat exchanger. The difference between the current heat flow and the reference heat flow then forms a reciprocal measure of the deposits, ie, the smaller the difference, the larger the deposits.

In vorteilhafter Weise wird der aktuelle Wärmestrom mit einem einem Verschmutzungsgrad Null entsprechenden Referenz-Wärmestrom und mit einem einem maximal zulässigen Verschmutzungsgrad entsprechenden Referenz-Wärmestrom verglichen. Hierdurch lässt sich ein Kennwert bestimmen, der dem Grad der Verschmutzung des Wärmetauschers von 0 bis 100 % entspricht.The current heat flow is advantageously compared with a reference heat flow corresponding to a contamination level of zero and with a reference heat flow corresponding to a maximum permissible degree of contamination. This allows a characteristic value to be determined which corresponds to the degree of soiling of the heat exchanger from 0 to 100%.

In vorteilhafter Weise wird der Kennwert dadurch bestimmt, dass der Quotient aus der Differenz zwischen dem aktuellen Wärmestrom und dem dem maximal zulässigen Verschmutzungsgrad entsprechenden Referenz-Wärmestrom zu der Differenz zwischen dem dem Verschmutzungsgrad Null entsprechenden Referenz-Wärmestrom und dem dem maximal zulässigen Verschmutzungsgrad entsprechenden Referenz-Wärmestrom gebildet wird. Wird der Kennwert, der als Abnutzungsvorrat bezeichnet werden kann, gemäß der Formel HeatPerf = Q ˙ act - Q ˙ dirty Q ˙ clean - Q ˙ dirty 100 %

Figure imgb0005

bestimmt, wobei

HeatPerf
der Kennwert (Abnutzungsvorrat),
act
der aktuelle Wärmestrom,
dirty
der Referenz-Wärmestrom im verschmutzten Zustand des Wärmetauschers und
clean
der Wärmestrom im sauberen Zustand des Wärmetauschers ist,
Advantageously, the characteristic value is determined by the quotient of the difference between the current heat flow and the reference heat flow corresponding to the maximum permissible degree of contamination being added to the difference between the reference heat flow corresponding to the contamination level zero and the reference temperature corresponding to the maximum permissible contamination level. Heat flow is formed. The characteristic value, which can be referred to as wear stock, according to the formula HeatPerf = Q ˙ act - Q ˙ dirty Q ˙ clean - Q ˙ dirty 100 %
Figure imgb0005

determined, where
HeatPerf
the characteristic value (wear stock),
Q act
the current heat flow,
Q dirty
the reference heat flow in the dirty state of the heat exchanger and
Q clean
the heat flow is in the clean state of the heat exchanger,

beträgt der Kennwert im sauberen Zustand des Wärmetauschers 100 % und im maximal verschmutzten Zustand des Wärmetauschers 0 %. Der Kennwert kann fortlaufend berechnet werden und in dem Prozessleitsystem, in dem der Wärmetauscher eingebunden ist, als Trend über längere Zeiträume angezeigt werden. Sobald der Kennwert eine spezifizierte Grenze unterschreitet, kann eine Instandhaltungsmeldung erzeugt werden.the characteristic value is 100% in the clean state of the heat exchanger and 0% in the maximum soiled state of the heat exchanger. The characteristic value can be continuously calculated and displayed in the process control system in which the heat exchanger is integrated as a trend over longer periods of time. As soon as the characteristic value falls below a specified limit, a maintenance message can be generated.

In vorteilhafter Weise liegt dem Referenz-Wärmestrom exakt derselbe Arbeitspunkt, der z. B. als Kombination der beiden Durchflüsse Produktmedium FP und Servicemedium FS und der beiden Eingangstemperaturen Produktmedium TP,Ein und Servicemedium TS,Ein definiert ist, zugrunde wie dem aktuellen Wärmestrom. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens aus. Es können auch andere Größen für die Definition des Arbeitspunktes herangezogen werden, wenn z. B. Phasenübergänge (Verdampfung oder Kondensation) innerhalb des Wärmetauschers auftreten.Advantageously, the reference heat flow is exactly the same operating point, the z. B. as a combination of the two flows product medium F P and service medium F S and the two input temperatures product medium T P, A and service medium T S, Ein is defined, as the basis of the current heat flow. This has a very advantageous effect on the accuracy of the method according to the invention. Other sizes can be used for the definition of the operating point, if z. B. phase transitions (evaporation or condensation) occur within the heat exchanger.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Vielzahl von Referenz-Wärmeströmen bei unterschiedlichen Arbeitspunkten ermittelt wird und der dem Arbeitspunkt des aktuellen Wärmestromes entsprechende Arbeitspunkt des Referenz-Wärmestroms mittels Interpolation ermittelt wird.It is particularly advantageous if a multiplicity of reference heat flows are determined at different operating points and the operating point of the reference heat flow corresponding to the operating point of the current heat flow is determined by means of interpolation.

Hierbei wird zunächst mit Hilfe des verfahrenstechnischen Simulationsprogramms, mit dem der Wärmetauscher ausgelegt wurde beziehungsweise ausgelegt werden könnte, die theoretisch übertragbare Wärmemenge für eine große Zahl von möglichen Arbeitspunkten berechnet. Solche Simulationsrechnungen werden sowohl für den Referenzzustand "frisch gereinigt" als auch für einen Referenzzustand "maximal verschmutzt", bei dem eine Reinigung des Wärmetauschers zwingend erforderlich ist, durchgeführt. Die berechneten Simulationswerte werden als Stützpunkte für jeweils zwei mehrdimensionale Kennfelder mit jeweils mehreren Eingangsgrößen (z. B. jeweils vier Eingangsgrößen) und einer Ausgangsgröße verwendet.In this case, the theoretically transferable amount of heat for a large number of possible operating points is first calculated with the aid of the process engineering simulation program with which the heat exchanger was designed or could be designed. Such simulation calculations are carried out both for the reference state "freshly cleaned" and for a reference state "maximally contaminated" in which a cleaning of the heat exchanger is absolutely necessary. The calculated simulation values are used as interpolation points for two multidimensional maps each having a plurality of input variables (eg four input variables in each case) and one output variable.

Nachdem eine Vielzahl von Stützpunkten berechnet wurde, kann dem betreffenden Kennfeld der Referenz-Wärmestrom für den aktuellen Arbeitspunkt entnommen werden. Liegt der Arbeitspunkt zwischen mehreren Stützpunkten, kann der Referenz-Wärmestrom für den aktuellen Arbeitspunkt gegebenenfalls durch eine Kennfeldinterpolation ermittelt werden.After a multiplicity of interpolation points have been calculated, the reference heat flow for the current operating point can be taken from the relevant characteristic field. If the operating point lies between several interpolation points, the reference heat flow for the current operating point can optionally be determined by a map interpolation.

Die zeitaufwendige Simulationsrechnung kann in vorteilhafter Weise offline im Vorfeld des Betriebs der Prozessanlage beziehungsweise des Wärmetauschers durchgeführt werden. Während des Betriebs der Prozessanlage beziehungsweise des Wärmetauschers ist gegebenenfalls nur noch die Kennfeldinterpolation erforderlich.The time-consuming simulation calculation can advantageously be carried out offline in advance of the operation of the process plant or of the heat exchanger. During operation of the process plant or the heat exchanger, only the map interpolation may be necessary.

Zur Interpolation wird ein aus der Mathematik bekannter Ansatz verwendet: Es wird zunächst geprüft, in welchem Hyperbelwürfel im hochdimensionalen Gitternetz der Eingangsgrößen sich der aktuelle Arbeitspunkt befindet. Dieser Hyperbelwürfel mit den Simulationswerten aller Eckpunkte wird in den Koordinatenursprung transformiert und normiert. Der gesuchte Ausgangspunkt wird dann durch Auswertung eines multilinearen Polynoms berechnet. Ein solches Verfahren lässt sich problemlos in eine Steuerung implementieren.For interpolation, an approach known from mathematics is used: It is first checked in which hyperbolic cube in the high-dimensional lattice network of the input variables is the current operating point. This hyperbolic cube with the simulation values of all vertices is transformed into the coordinate origin and normalized. The searched starting point is then calculated by evaluating a multilinear polynomial. Such a method can be easily implemented in a controller.

Bei einem instationären Übergangsvorgang zwischen verschiedenenArbeitspunkten wird die Berechnung vorzugsweise vorübergehend eingefroren, da das zugrunde liegende Modell nur die stationäre Wärmebilanz beschreibt. Zur Erkennung, ob ein stationärer Zustand vorliegt, wird vorzugsweise ein in der Patentanmeldung PCT/EP2007/004745 beschriebenes Verfahren verwendet.In a transient transient between different work points, the computation is preferably temporarily frozen because the underlying model describes only the steady state thermal balance. To detect whether a stationary state is present, is preferably in the patent application PCT / EP2007 / 004745 described method used.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Überwachung von Wärmetauschern mit variablem Arbeitspunkt in Prozessleitsystemen vorzunehmen. Durch die direkte Betrachtung des Wärmestroms kann auf schwer interpretierbare Hilfsgrößen zur Bestimmung der Wirksamkeit des Wärmetauschers verzichtet werden, wodurch die damit verbundenen Probleme vermieden werden. Durch den Einsatz des verfahrenstechnischen Simulationsprogramms kann die Arbeitspunktabhängigkeit der übertragbaren Wärmemenge beispielsweise an mehreren hundert Stützstellen vorherberechnet werden, ohne entsprechend zeitaufwendige Messungen an der realen Anlage durchführen zu müssen. Im Idealfall wird das Modell des Wärmetauschers mehrfach verwendet: zunächst in der Planungsphase zur Dimensionierung des Wärmetauschers und dann zu Beginn der Betriebsphase zur Parametrierung der Überwachung.By means of the method according to the invention, it is advantageously possible to carry out a monitoring of heat exchangers with a variable operating point in process control systems. By direct consideration of the heat flow can be hard to interpret auxiliary quantities to determine the effectiveness are dispensed with the heat exchanger, whereby the associated problems are avoided. By using the process engineering simulation program, the operating point dependence of the transmittable heat quantity can be predicted, for example, at several hundred interpolation points without having to carry out correspondingly time-consuming measurements on the real system. Ideally, the model of the heat exchanger is used several times: first in the planning phase for dimensioning the heat exchanger and then at the beginning of the operating phase for parameterizing the monitoring.

Durch die Speicherung der simulierten Werte in einem Kennfeld kann auf die rechenzeitaufwendige Simulation des verfahrenstechnischen Modells im Prozessleitsystem komplett verzichtet werden. Die Funktion zur Online-Überwachung basiert auf einer linearen Kennfeld-Interpolation und lässt sich nahtlos innerhalb eines Prozessleitsystems realisieren.By storing the simulated values in a map, it is possible to completely dispense with the computation time-consuming simulation of the procedural model in the process control system. The online monitoring function is based on a linear map interpolation and can be implemented seamlessly within a process control system.

Durch die Berechnung von Kennwerten für den frisch gereinigten und den maximal verschmutzten Wärmetauscher kann der tatsächliche Abnutzungsvorrat des Wärmetauschers berechnet werden. Wenn man im laufenden Betrieb beobachtet, dass sich der Abnutzungsvorrat langsam auf den Wert Null zu bewegt, können entsprechende Instandhaltungsmaßnahmen sinnvoll geplant werden, beispielsweise zwischen zwei Chargen einer Batch-Anlage oder im Rahmen eines anderweitigen geplanten Anlagenstillstands bei einer kontinuierlich arbeitenden Anlage.By calculating characteristic values for the freshly cleaned and the maximum soiled heat exchanger, the actual wear stock of the heat exchanger can be calculated. If it is observed during operation that the wear reserve is slowly approaching the value zero, appropriate maintenance measures can be reasonably planned, for example between two batches of a batch plant or as part of another planned plant shutdown for a continuously operating plant.

Durch das Einfrieren der Berechnung bei instationären Übergangsvorgängen werden Fehlalarme vermieden.Freezing the calculation during transient transients avoids false alarms.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further details, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a particular embodiment with reference to the drawings.

Es zeigt:

Fig. 1
eine schematische Darstellung einer einen Wärmetauscher aufweisenden Prozessanlage mit einem die Überwachung des Wärmetauschers betreffenden Teil einer Steuerung und
Fig. 2
eine schematische Darstellung eines dreidimensionalen Schnitts durch ein mit einem verfahrenstechnischen Simulationsprogramm erzeugtes fünfdimensionales Kennfeld der Größen FS, Fp und Rer bei vorbestimmten Temperaturen TS,Ein und TP,Ein.
It shows:
Fig. 1
a schematic representation of a heat exchanger having a process plant with a monitoring of the heat exchanger part of a control and
Fig. 2
a schematic representation of a three-dimensional section through a generated with a procedural simulation program five-dimensional map of the sizes F S , Fp and Q Rer at predetermined temperatures T S, A and T P, A.

Wie Fig. 1 entnommen werden kann, weist eine Prozessanlage 1 einen Wärmetauscher 2 auf. Der Wärmetauscher 2 weist einen Behälter 2a auf, in dem eine Rohrleitungsanordnung 2b angeordnet ist. Der Behälter 2a weist einen ersten Eingang 2EP sowie einen ersten Ausgang 2AP auf. Über den ersten Eingang 2EP fließt ein Produktmedium in den Behälter 2a, welches am ersten Ausgang 2AP den Behälter 2a wieder verlässt.As Fig. 1 can be removed, a process plant 1, a heat exchanger 2. The heat exchanger 2 has a container 2a, in which a pipe assembly 2b is arranged. The container 2a has a first input 2 EP and a first output 2 AP . Via the first input 2 EP , a product medium flows into the container 2 a, which leaves the container 2 a again at the first outlet 2 AP .

Die Rohrleitungsanordnung 2b ist über einen zweiten Eingang 2ES sowie über einen zweiten Ausgang 2AS aus dem Behälter 2a des Wärmetauschers 2 herausgeführt. Über den zweiten Eingang 2ES kann ein Servicemedium in die Rohrleitungsanordnung 2b geleitet werden, welches am zweiten Ausgang 2AS die Rohrleitungsanordnung 2b wieder verlässt.The pipeline assembly 2 b is led out of the container 2 a of the heat exchanger 2 via a second input 2 ES and via a second output 2 AS . Via the second input 2 ES , a service medium can be conducted into the pipeline arrangement 2 b, which leaves the pipeline arrangement 2 b again at the second outlet 2 AS .

Mittels eines ersten Durchflussmessers 3 kann die Menge des dem Behälter 2a zugeführten Produktmediums erfasst werden. Mittels eines zweiten Durchflussmessers 4 kann die Menge des der Rohrleitungsanordnung 2b zugeführten Servicemediums erfasst werden. Mittels eines ersten Temperatursensors 5 kann die Temperatur des dem Behälter 2a zugeführten Produktmediums am ersten Eingang 2EP des Behälters 2a erfasst werden. Mittels eines zweiten Temperatursensors 6 kann die Temperatur des der Rohrleitungsanordnung 2b zugeführten Servicemediums am zweiten Eingang 2ES der Rohrleitungsanordnung 2b erfasst werden. Mittels eines dritten Temperatursensors 7 kann die Temperatur des Produktmediums am ersten Ausgang 2AP des Behälters 2a erfasst werden. Mittels eines vierten Temperatursensors 8 kann die Temperatur des Servicemediums am zweiten Ausgang 2AS der Rohrleitungsanordnung 2b erfasst werden.By means of a first flow meter 3, the amount of the product medium supplied to the container 2a can be detected. By means of a second flow meter 4, the amount of the service medium supplied to the piping arrangement 2b can be detected. By means of a first temperature sensor 5, the temperature of the product medium supplied to the container 2a can be detected at the first inlet 2 EP of the container 2a. By means of a second temperature sensor 6, the temperature of the pipe assembly 2b supplied service medium be detected at the second input 2 ES of the pipe assembly 2b. By means of a third temperature sensor 7, the temperature of the product medium at the first output 2 AP of the container 2a can be detected. By means of a fourth temperature sensor 8, the temperature of the service medium at the second output 2 AS of the pipe assembly 2b can be detected.

Die Ausgangssignale 3a, 4a der Durchflussmesser 3, 4 sowie die Ausgangssignale 5a, 6a der Temperatursensoren 5, 6 werden einem ersten Kennfeldbaustein 9 sowie einem zweiten Kennfeldbaustein 10 zugeführt. In den Kennfeldbausteinen 9, 10 ist jeweils ein hochdimensionales Kennfeld hinterlegt, welches mittels eines verfahrenstechnischen Simulationsprogramms, mit dem der Wärmetauscher 2 ausgelegt wurde beziehungsweise ausgelegt werden kann, berechnet wurde. Ein dreidimensionaler Schnitt durch ein fünfdimensionales im Kennfeldbaustein 9 hinterlegtes Kennfeld 16 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Kennfeld 16 betrifft eine vorbestimmte Temperatur des Produktmediums am ersten Eingang 2EP des Wärmetauschers 2 sowie eine vorbestimmte Temperatur des Servicemediums am zweiten Eingang 2ES der Rohrleitungsanordnung 2b.The output signals 3a, 4a of the flow meter 3, 4 and the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6 are fed to a first map module 9 and a second map module 10. In the map modules 9, 10 each have a high-dimensional map is stored, which was calculated by means of a procedural simulation program, with which the heat exchanger 2 has been designed or can be designed. A three-dimensional section through a five-dimensional characteristic field 16 stored in the map module 9 is shown in FIG Fig. 2 shown. The map 16 relates to a predetermined temperature of the product medium at the first input 2 EP of the heat exchanger 2 and a predetermined temperature of the service medium at the second input 2 ES of the pipe assembly 2b.

Im ersten Kennfeldbaustein 9 sind arbeitspunktabhängige Kennfelder 16 hinterlegt, welche den Wärmetauscher 2 im sauberen Zustand betreffen. Im zweiten Kennfeldbaustein 10 sind Kennfelder hinterlegt, welche den Wärmetauscher 2 im maximal verschmutzten Zustand betreffen. Die Kennfelder des ersten Kennfeldbausteins 9 geben in Abhängigkeit der Ausgangssignale 3a, 4a der Durchflussmesser 3, 4 sowie der Ausgangssignale 5a, 6a der Temperatursensoren 5, 6 einen Wärmestrom wieder, der als Referenz-Wärmestrom des nicht verschmutzten Wärmetauschers 2 verwendet werden kann. Die Kennfelder des zweiten Kennfeldbausteins 10 geben in Abhängigkeit der Ausgangssignale 3a, 4a der Durchflussmesser 3, 4 sowie der Ausgangssignale 5a, 6a der Temperatursensoren 5, 6 einen Wärmestrom wieder, der als Referenz-Wärmestrom des maximal verschmutzten Wärmetauschers 2 verwendet werden kann. Die wiedergegebenen Wärmeströme werden jeweils als Ausgangssignal 9a, 10a des betreffenden Kennfeldbausteins 9, 10 einem Überwachungsbaustein 11 zugeführt. In speziellen Fällen wie beispielsweise bei Phasenübergängen innerhalb des Wärmetauschers (Verdampfung, Kondensation) können auch andere als die oben angegebenen Größen als Eingangsgrößen in den Kennfeldern verwendet werden.In the first map module 9 operating point-dependent maps 16 are deposited, which relate to the heat exchanger 2 in the clean state. In the second map module 10 maps are stored, which relate to the heat exchanger 2 in the maximum polluted state. The maps of the first map module 9 give in response to the output signals 3a, 4a of the flow meter 3, 4 and the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6 a heat flow again, which can be used as a reference heat flow of the non-polluted heat exchanger 2. The maps of the second map module 10 are in response to the output signals 3a, 4a of the flow meter 3, 4 and the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6 a heat flow again, which can be used as a reference heat flow of the maximum contaminated heat exchanger 2. The reproduced heat flows are each as an output signal 9a, 10a of the relevant map module 9, 10 a monitoring module 11 is supplied. In special cases, such as, for example, during phase transitions within the heat exchanger (evaporation, condensation), variables other than those given above may also be used as input variables in the characteristic diagrams.

Die Kennfeldbausteine 9, 10 weisen einen Rechner auf, mittels dem Zwischenwerte, für welche kein Stützpunkt hinterlegt ist, durch Interpolation berechnet werden. Neben den den Kennfeldern direkt entnommenen Wärmeströmen werden dem Überwachungsbaustein 11 auch die durch Interpolation ermittelten Wärmeströme 9a, 10a zugeführt. Dem Überwachungsbaustein 11 werden des Weiteren die Ausgangssignale 3a, 4a der Durchflussmesser 3, 4 sowie die Ausgangssignale 5a, 6a der Temperatursensoren 5, 6, die den aktuellen Arbeitspunkt des Wärmetauschers 2 angeben, zugeführt. Darüber hinaus werden dem Überwachungsbaustein 11 noch die Ausgangssignale 7a, 8a des dritten Temperatursensors 7 und des vierten Temperatursensors 8 zugeführt. In speziellen Fällen wie beispielsweise bei Phasenübergängen innerhalb des Wärmetauschers (Verdampfung, Kondensation) können auch andere als die oben angegebenen Größen dem Überwachungsbaustein zugeführt werden.The map building blocks 9, 10 have a computer, by means of the intermediate values, for which no interpolation point is stored, are calculated by interpolation. In addition to the heat flows taken directly from the maps, the monitoring module 11 is also supplied with the heat flows 9a, 10a determined by interpolation. Furthermore, the monitoring module 11 is supplied with the output signals 3a, 4a of the flowmeters 3, 4 as well as the output signals 5a, 6a of the temperature sensors 5, 6, which indicate the current operating point of the heat exchanger 2. In addition, the monitoring module 11 nor the output signals 7a, 8a of the third temperature sensor 7 and the fourth temperature sensor 8 are supplied. In special cases, such as, for example, during phase transitions within the heat exchanger (evaporation, condensation), variables other than those indicated above may also be supplied to the monitoring module.

Im Überwachungsbaustein 11 kann somit ein aktueller Wärmestrom berechnet werden. Der aktuelle Wärmestrom wird dann mit den den Kennfeldbausteinen 9, 10 entnommenen arbeitspunktabhängigen Referenz-Wärmeströmen verknüpft. Als Ausgangssignal 11a kann dann ein Wert zwischen 0 und 100 % angegeben werden, der den Verschmutzungsgrad des Wärmetauschers 2 angibt.In the monitoring module 11, a current heat flow can thus be calculated. The current heat flow is then linked to the characteristic block building blocks 9, 10 extracted operating point-dependent reference heat flows. As output signal 11a can then be given a value between 0 and 100%, indicating the degree of contamination of the heat exchanger 2.

Um zu vermeiden, dass im Überwachungsbaustein 11 instationäre Zustände berücksichtigt werden, werden von entsprechenden Prozessparametern abhängige Signale 12P, 13P, 14P der Prozessanlage 1 an Kontrollbausteine 12, 13, 14 gegeben, die die Signale 12P, 13P, 14P dahingehend auswerten, ob sich die Prozessanlage 1 in einem stationären Zustand befindet. Befindet sich die Prozessanlage 1 in einem stationären Zustand, liegt an den Ausgängen der Kontrollbausteine 12, 13, 14 jeweils ein Signal 12a, 13a, 14a an, welche in einem Und-Glied 15 logisch miteinander verknüpft werden. Das Ausgangssignal 15a des Und-Glieds 15 liegt als Freigabesignal am Überwachungsbaustein 11 an.In order to avoid that transient conditions are taken into account in the monitoring module 11, signals 12 P , 13 P , 14 P of the process plant 1 to control modules 12, 13, 14 which are dependent on corresponding process parameters are output, which transmit the signals 12 P , 13 P , 14 P evaluate whether the process plant 1 is in a stationary state. If the process installation 1 is in a stationary state, a signal 12a, 13a, 14a is applied to the outputs of the control modules 12, 13, 14, which signals are logically linked together in an AND gate 15. The output signal 15a of the AND gate 15 is applied to the monitoring module 11 as an enable signal.

Claims (9)

Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Wärmetauschers, bei dem Wärme von einem ersten Medium in ein zweites Medium strömt, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Wärmestrom erfasst wird und mit wenigstens einem einem jeweils vorbestimmten Verschmutzungsgrad des Wärmetauschers entsprechenden Referenz-Wärmestrom verglichen wird.A method for monitoring the effectiveness of a heat exchanger in which heat flows from a first medium into a second medium, characterized in that an actual heat flow is detected and compared with at least one respective predetermined degree of contamination of the heat exchanger corresponding reference heat flow. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des wenigstens einen Referenz-Wärmestromes mittels eines Simulationsprogramms, mittels welchem der Wärmetauscher dimensionierbar ist, vorgenommen wird.A method according to claim 1, characterized in that the calculation of the at least one reference heat flow by means of a simulation program, by means of which the heat exchanger is dimensioned, is made. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Wärmestrom mit einem einem Verschmutzungsgrad Null entsprechenden Referenz-Wärmestrom und mit einem einem maximal zulässigen Verschmutzungsgrad entsprechenden Referenz-Wärmestrom verglichen wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the current heat flow is compared with a pollution degree zero corresponding reference heat flow and with a maximum permissible degree of contamination corresponding reference heat flow. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Qualitätswert bestimmt wird, der dem Quotienten aus der Differenz zwischen dem aktuellen Wärmestrom und dem dem maximal zulässigen Verschmutzungsgrad entsprechenden Referenz-Wärmestrom zu der Differenz zwischen dem dem Verschmutzungsgrad Null entsprechenden Referenz-Wärmestrom und dem dem maximal zulässigen Verschmutzungsgrad entsprechenden Referenz-Wärmestrom entspricht.A method according to claim 3, characterized in that a quality value is determined, the quotient of the difference between the current heat flow and the maximum allowable degree of contamination corresponding reference heat flow to the difference between the pollution degree zero corresponding reference heat flow and the maximum permissible degree of contamination corresponds to the reference heat flow. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Referenz-Wärmestrom derselbe Arbeitspunkt zugrunde liegt wie dem aktuellen Wärmestrom.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one reference heat flow is based on the same operating point as the current heat flow. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Referenz-Wärmeströmen bei unterschiedlichen Arbeitspunkten ermittelt wird und der dem Arbeitspunkt des aktuellen Wärmestromes entsprechende Arbeitspunkt des Referenz-Wärmestromes mittels Interpolation ermittelt wird.A method according to claim 5, characterized in that a plurality of reference heat flows is determined at different operating points and the operating point of the current heat flow corresponding operating point of the reference heat flow is determined by means of interpolation. Einrichtung zur Steuerung einer Anlage (1) mit wenigstens einem Wärmetauscher (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (9, 10) vorhanden ist, in dem wenigstens ein Kennfeld (16) für einen Referenz-Wärmestrom des Wärmetauschers (2) abgespeichert ist.Device for controlling a system (1) with at least one heat exchanger (2), characterized in that a memory (9, 10) is present, in which at least one characteristic diagram (16) for a reference heat flow of the heat exchanger (2) is stored , Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher (9, 10) mehr als zehn unterschiedlichen Arbeitspunkten entsprechende und/oder wenigstens zwei unterschiedlichen Verschmutzungsgraden des Wärmespeichers entsprechende Kennfelder (16) für Referenz-Wärmeströme gespeichert sind.Device according to claim 7, characterized in that in the memory (9, 10) more than ten different operating points corresponding and / or at least two different degrees of contamination of the heat storage corresponding maps (16) are stored for reference heat flows. Computerprogrammprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass es Programmcode-Sequenzen aufweist, bei deren Ausführung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchgeführt wird.Computer program product, characterized in that it comprises program code sequences, in the execution of which a method according to one of claims 1 to 6 is performed.
EP08009815A 2008-05-29 2008-05-29 Monitoring of heat exchangers in process control systems Withdrawn EP2128551A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08009815A EP2128551A1 (en) 2008-05-29 2008-05-29 Monitoring of heat exchangers in process control systems
US12/474,310 US8069003B2 (en) 2008-05-29 2009-05-29 Monitoring of heat exchangers in process control systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08009815A EP2128551A1 (en) 2008-05-29 2008-05-29 Monitoring of heat exchangers in process control systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2128551A1 true EP2128551A1 (en) 2009-12-02

Family

ID=39938381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08009815A Withdrawn EP2128551A1 (en) 2008-05-29 2008-05-29 Monitoring of heat exchangers in process control systems

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8069003B2 (en)
EP (1) EP2128551A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017190729A1 (en) * 2016-05-03 2017-11-09 Jens-Werner Kipp Method and device for monitoring a heat exchanger
WO2019001683A1 (en) 2017-06-26 2019-01-03 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for monitoring a heat exchanger
WO2021180581A1 (en) 2020-03-09 2021-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for determining fouling in a heat exchanger
WO2022207100A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for ascertaining fouling in a heat exchanger

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1021400C2 (en) * 2002-09-05 2004-03-08 Tno Method and device for determining a phase transition of a substance.
US8147130B2 (en) * 2008-04-18 2012-04-03 General Electric Company Heat flux measurement device for estimating fouling thickness
US10234361B2 (en) 2013-07-01 2019-03-19 Knew Value Llc Heat exchanger testing device
EP3017289B1 (en) * 2013-07-01 2019-11-06 Knew Value LLC A process for monitoring a heat exchanger
US9631585B2 (en) * 2013-09-11 2017-04-25 GM Global Technology Operations LLC EGHR mechanism diagnostics
CH709194A2 (en) * 2014-01-17 2015-07-31 Joulia Ag Heat exchanger for a shower or bath.
JP6797135B2 (en) * 2015-05-28 2020-12-09 リンデ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLinde GmbH How to identify the condition of the heat exchanger
PL3685113T4 (en) 2017-09-19 2023-02-27 Ecolab Usa Inc. Method for cooling water monitoring and control

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4390058A (en) * 1979-12-05 1983-06-28 Hitachi, Ltd. Method of monitoring condenser performance and system therefor
EP0470676A2 (en) * 1990-08-09 1992-02-12 RICCIUS + STROSCHEN GmbH Procedure to determine the state of clogging of heat conducting tubes
US5181482A (en) * 1991-12-13 1993-01-26 Stone & Webster Engineering Corp. Sootblowing advisor and automation system
DE19502096A1 (en) * 1995-01-24 1996-07-25 Bergemann Gmbh Method and device for controlling sootblowers in a boiler system
DE10217975A1 (en) * 2002-04-22 2003-11-13 Danfoss As Method for discovering changes in a first media stream of a heat or cold transport medium in a refrigeration system
US6736089B1 (en) * 2003-06-05 2004-05-18 Neuco, Inc. Method and system for sootblowing optimization
US20050105583A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 General Electric Company Deposition sensor based on differential heat flux measurement
DE202004021057U1 (en) * 2004-06-28 2006-09-14 Wiessner Gmbh State finding process for heat transfer device involves measuring at least one physical measuring variable of one heating medium during heat transfer
EP2105081A2 (en) * 2008-03-26 2009-09-30 MEIKO Maschinenbau GmbH & Co. KG Heat reclaim device with self-cleaning

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3918300A (en) * 1974-01-03 1975-11-11 Aaron Weisstuch Heat transfer measuring device
US5248198A (en) * 1992-08-19 1993-09-28 Droege Thomas F Method and apparatus for evaluating heat exchanger efficiency
DE4309313A1 (en) * 1993-03-23 1994-09-29 Armin Niederer Process for monitoring the contamination and / or calcification status of heat exchangers in heating or cooling systems
US20080023917A1 (en) 2006-07-28 2008-01-31 Hydril Company Lp Seal for blowout preventer with selective debonding
US7827006B2 (en) * 2007-01-31 2010-11-02 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Heat exchanger fouling detection

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4390058A (en) * 1979-12-05 1983-06-28 Hitachi, Ltd. Method of monitoring condenser performance and system therefor
EP0470676A2 (en) * 1990-08-09 1992-02-12 RICCIUS + STROSCHEN GmbH Procedure to determine the state of clogging of heat conducting tubes
US5181482A (en) * 1991-12-13 1993-01-26 Stone & Webster Engineering Corp. Sootblowing advisor and automation system
DE19502096A1 (en) * 1995-01-24 1996-07-25 Bergemann Gmbh Method and device for controlling sootblowers in a boiler system
DE10217975A1 (en) * 2002-04-22 2003-11-13 Danfoss As Method for discovering changes in a first media stream of a heat or cold transport medium in a refrigeration system
US6736089B1 (en) * 2003-06-05 2004-05-18 Neuco, Inc. Method and system for sootblowing optimization
US20050105583A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 General Electric Company Deposition sensor based on differential heat flux measurement
DE202004021057U1 (en) * 2004-06-28 2006-09-14 Wiessner Gmbh State finding process for heat transfer device involves measuring at least one physical measuring variable of one heating medium during heat transfer
EP2105081A2 (en) * 2008-03-26 2009-09-30 MEIKO Maschinenbau GmbH & Co. KG Heat reclaim device with self-cleaning

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZOLZER K ET AL.: "Einsatz des Kessel-Diagnose-Systems KEDI im Kraftwerk Staudinger 5", VGB KRAFTWERKSTECHNIK, vol. 75, no. 9, 1 September 1995 (1995-09-01), pages 755 - 762, XP000525900
ZOLZER K ET AL: "EINSATZ DES KESSEL-DIAGNODE-SYSTEMS KEDI IM KRAFTWERK STAUDINGER 5. REALISIERUNG UND BETRIEBSERFAHRUNG", VGB KRAFTWERKSTECHNIK, ESSEN, DE, vol. 75, no. 9, 1 September 1995 (1995-09-01), pages 755 - 762, XP000525900, ISSN: 0372-5715 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017190729A1 (en) * 2016-05-03 2017-11-09 Jens-Werner Kipp Method and device for monitoring a heat exchanger
WO2019001683A1 (en) 2017-06-26 2019-01-03 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for monitoring a heat exchanger
WO2021180581A1 (en) 2020-03-09 2021-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for determining fouling in a heat exchanger
WO2022207100A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for ascertaining fouling in a heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
US20100036638A1 (en) 2010-02-11
US8069003B2 (en) 2011-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2128551A1 (en) Monitoring of heat exchangers in process control systems
EP1743133B1 (en) Method and arrangement for determining the capacity of a heat exchanger
DE102014100855A1 (en) Systems and methods for monitoring operational processes
EP3279756B1 (en) Diagnostic device and method for monitoring the operation of a technical plant
DE102010017273A1 (en) Method and apparatus for predicting a process quality in a process control system
EP2587328A1 (en) Support for troubleshooting an industrial assembly
DE102012105308A1 (en) Virtual sensor systems and methods for estimating the efficiency of steam turbine sections
DE112020005513T5 (en) Valve condition detection system, display device and rotary valve, valve condition detection program, recording medium and valve condition detection method
WO2018215095A1 (en) Method and system for determining a remaining service life of a process device thorugh which fluid flows
CN106845826A (en) A kind of cold continuous rolling production line military service quality state appraisal procedure based on PCA Cpk
EP2067080B1 (en) Method for operating an industrial scale installation and guidance system for same
EP3599583A1 (en) Determining the consumption of heating or cooling energy of a structural subunit
DE3136225A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR TESTING FLUIDS
EP2327971B1 (en) Method for analysing the heat volume distribution in a heating system and device for executing the method
EP3864279B1 (en) Method for detecting and predicting the fouling of an egr cooler in a diesel combustion engine
EP2398345B1 (en) Method and device for monitoring a pasteurization installation
DE19504325C2 (en) Method and device for cost-oriented monitoring and / or display of the operating state of a cleanable heat exchanger
WO2019001683A1 (en) Method and device for monitoring a heat exchanger
EP1598717B1 (en) Method for monitoring of a plurality of gas plants
EP4088077B1 (en) Method and device for determining fouling in a heat exchanger
EP3441694B1 (en) Method for operating a thermotechnical system
WO2022207100A1 (en) Method and device for ascertaining fouling in a heat exchanger
WO2020043413A1 (en) Method for monitoring a measurement point in a process automation system
DE4110934A1 (en) Control system for hydraulic or thermohydraulic pipeline network
EP4246262A1 (en) Method and device for monitoring a state of a component of a process engineering plant

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20090506

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA MK RS

AKX Designation fees paid

Designated state(s): DE FR GB IT

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20161205

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20180426

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180907