EP3452773B1 - Procédé et dispositif pour la supervision d'un échangeur de chaleur - Google Patents

Procédé et dispositif pour la supervision d'un échangeur de chaleur Download PDF

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EP3452773B1
EP3452773B1 EP17731060.4A EP17731060A EP3452773B1 EP 3452773 B1 EP3452773 B1 EP 3452773B1 EP 17731060 A EP17731060 A EP 17731060A EP 3452773 B1 EP3452773 B1 EP 3452773B1
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heat exchanger
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cooling work
during
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G15/00—Details
    • F28G15/003—Control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/56—Boiler cleaning control devices, e.g. for ascertaining proper duration of boiler blow-down
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/08—Fluid driving means, e.g. pumps, fans

Definitions

  • the object of the present invention is to provide a method for determining a degree of pollution and / or a deterioration in the efficiency of a heat exchanger as a result of pollution.
  • the determination of the pollution or the change in efficiency should take place automatically with technical means during normal operation.
  • a further object of the invention is to specify a device for carrying out the method.
  • the invention provides that the determination of the cooling work is carried out in the learning mode and / or in the measuring mode after the heat exchanger is in a quasi-static or stationary operating state.
  • the cooling work of the electric motor is determined after a reaction time of the heat exchanger with a constant power consumption of the electric motor, with a constant temperature of the medium to be cooled before and after the energy conversion and with a constant coolant temperature.
  • the response time can be determined in different ways. For example, empirical values from the past can be used to conservatively estimate the response time. A value determined in this way for the reaction time of the heat exchanger can then be stored in a data memory and used before the method according to the invention is carried out.
  • the parameters of the system relevant to determining the steady operating state in particular the power consumption of the electric motor, the temperature of the medium to be cooled before and after the energy conversion and the coolant temperature are detected by sensors.
  • the stationary operating state can then be derived from the parameters recorded in this way of the heat exchanger can be determined.
  • the determination of the cooling work in the learning mode or in the measuring mode then follows.
  • any other energy sources can be monitored with regard to their power balance.
  • the energy consumption can, for example, be made available to the evaluation unit in a processed form.
  • the energy consumption of a gas burner provided for temperature control of a fluid can be recorded and compared with reference to the reference operating situation and the working operating situation.
  • the other process parameters are recorded in the same way as the process variables described above.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 1, to which a medium to be cooled is supplied via a first fluid channel 2 and a coolant is supplied via a coolant circuit 3.
  • the coolant circuit 3 is assigned a coolant pump 4 which is operated by an electric motor 5 responsible for cooling.
  • the coolant pumped around in the coolant circuit 3 has a coolant temperature T k .
  • the medium to be cooled which is guided via the fluid channel 2, is fed to the heat exchanger 1 at an inlet temperature T i and is removed at an outlet temperature T o .
  • the electric motor 5 the effective power P M and the cooling power P K are determined.
  • the active power PM in particular the motor current i, the voltage u and the phase are determined.
  • a difference between a value of the cooling work J B in the measuring mode and a value of the cooling work J R in the learning mode is used to deduce a change in an efficiency of the heat exchanger.
  • the values for the cooling work J B in measuring mode and for the cooling work J R in learning mode are determined after the heat exchanger 1 is in a quasi-static or steady state after a reaction time, which is characterized in that the electric motor 5 has a constant power consumption that the temperatures T i , T o of the medium to be cooled are constant before and after the energy conversion and that the coolant temperature T k is constant.
  • a point in time is determined at which cleaning the heat exchanger 1 and returning it to the cleaned reference operating state is more economical than continuing to operate the uncleaned heat exchanger 1.
  • the downtime or the production stop can be taken into account which is associated with a shutdown of the heat exchanger.
  • the costs for carrying out the cleaning in terms of personnel and material can also be taken into account or offset.

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Claims (13)

  1. Procédé pour surveiller un degré d'encrassement d'un échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) comprenant :
    - un mode d'apprentissage dans lequel, dans un état de fonctionnement de référence nettoyé ou neuf de l'échangeur de chaleur, le travail de refroidissement (JR) d'un moteur électrique (5) responsable du refroidissement est déterminé pour au moins une situation de fonctionnement de référence et stocké dans une mémoire de données, et
    - - un mode de mesure dans lequel le travail de refroidissement (JB) du moteur électrique (5) est déterminé dans une situation de fonctionnement de travail correspondant à au moins une situation de fonctionnement de référence,
    dans lequel, après exécution du mode d'apprentissage et du mode de mesure, une modification de l'efficacité de l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) est déduite d'une différence entre une valeur du travail de refroidissement (JB) dans le mode de mesure et la valeur du travail de refroidissement (JR) dans le mode d'apprentissage,
    caractérisé en ce qu'il est déterminé, sur la base de la modification de l'efficacité de l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4), un instant où un nettoyage de l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) et une remise de celui-ci à l'état de fonctionnement de référence nettoyé est plus économique que la poursuite du fonctionnement de l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) non nettoyé.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination du travail de refroidissement (JR, JB) est effectuée en mode d'apprentissage et/ou en mode de mesure après que la température (To) du milieu à refroidir après la conversion d'énergie ne change plus après un temps de réaction à consommation de puissance constante (P) du moteur électrique (5), à température constante (Ti) du milieu à refroidir avant la conversion d'énergie et à température constante de l'agent de refroidissement (Tk).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour déterminer le travail de refroidissement (JR, JB) en mode d'apprentissage et/ou en mode de mesure, la puissance active (PW) du moteur électrique (5) est mesurée.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le travail de refroidissement (JR, JB) est déterminé pendant qu'un débit volumique conduit à travers l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) et/ou une pression du milieu à refroidir sont maintenus constants, et/ou que, pour déterminer le travail de refroidissement (JR, JB), le débit volumique (V) et/ou la pression du milieu à refroidir sont détectés.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un intervalle de temps de détection pour déterminer le travail de refroidissement (JR) en mode d'apprentissage et un intervalle de temps de détection pour déterminer le travail de refroidissement (JB) en mode de mesure sont de même taille.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une pluralité de situations de fonctionnement de référence sont déterminées en mode d'apprentissage et le travail de refroidissement (JR) correspondant est enregistré séparément dans la mémoire de données pour la pluralité de situations de fonctionnement de référence.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la modification de l'efficacité de l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1. 4), pour une situation de fonctionnement de travail pour laquelle aucune situation de fonctionnement de référence exactement identique n'est documentée dans la mémoire de données, est déterminée à l'aide d'une interpolation des valeurs du travail de refroidissement (JR) déterminées pour au moins deux situations de fonctionnement de référence enregistrées dans la mémoire de données, lesdites au moins deux situations de fonctionnement de référence étant prises en considération avec une pondération identique ou différente dans la détermination de l'efficacité de l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4).
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une fin du temps de réaction de l'échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) est déterminée par une mesure de la consommation de puissance (P) du moteur électrique (5) et/ou de la température (Ti, To) du milieu à refroidir avant et après la conversion d'énergie et la température de l'agent de refroidissement (Tk) en mode d'apprentissage et/ou en mode de mesure, puis le travail de refroidissement (JB, JR) du moteur électrique (5) est déterminé.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que des paramètres pour déterminer le temps de réaction et/ou une durée du mode d'apprentissage sont enregistrés dans la mémoire de données.
  10. Dispositif conçu pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 9,
    dans lequel un moyen de mesure central (6) et une pluralité d'échangeurs de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) sont prévus, dans lequel une pluralité de capteurs associés aux échangeurs de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) sont connectés au moyen de mesure central (6) et dans lequel les capteurs associés à un échangeur de chaleur individuel (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) coopèrent avec une unité de calcul du moyen de mesure central (6) et une mémoire de données du moyen de mesure central (6) de telle sorte que, pour chaque échangeur de chaleur individuel (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) séparément, la modification d'efficacité est déterminée en comparant une valeur déterminée dans un mode de mesure du travail de refroidissement (JB) d'un moteur électrique (5) de l'échangeur de chaleur individuel (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) considéré et une valeur du travail de refroidissement (JR) du même échangeur de chaleur (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) enregistrée dans la mémoire de données pour au moins une situation de fonctionnement de référence qui est déterminée dans un état de fonctionnement de référence nettoyé.
  11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen de mesure central (6) est prévu à distance d'au moins des échangeurs de chaleur individuels (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) et/ou qu'un instant pour effectuer un nettoyage peut être déterminé individuellement pour chaque échangeur de chaleur raccordé (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4).
  12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'à chaque échangeur de chaleur individuel (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) est associé un module de commande décentralisé (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) coopérant avec les capteurs locaux et/ou l'échangeur de chaleur individuel (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) et/ou que le module de commande décentralisé (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) est relié par technique de traitement de données au moyen de mesure central (6).
  13. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les modules de commande décentralisés (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) sont reliés au moyen de mesure central (6) par un système de bus (8).
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