EP4300024A1 - Plate heat exchanger and method - Google Patents

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Publication number
EP4300024A1
EP4300024A1 EP22020309.5A EP22020309A EP4300024A1 EP 4300024 A1 EP4300024 A1 EP 4300024A1 EP 22020309 A EP22020309 A EP 22020309A EP 4300024 A1 EP4300024 A1 EP 4300024A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
leak detection
plate
detection layer
active area
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.)
Pending
Application number
EP22020309.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Axel Lehmacher
Rudolf Wanke
Cecile Turcey
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.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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 Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP22020309.5A priority Critical patent/EP4300024A1/en
Priority to EP23020316.8A priority patent/EP4300025A1/en
Publication of EP4300024A1 publication Critical patent/EP4300024A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/16Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing leakage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00Thermal insulation; Thermal decoupling
    • F28F2270/02Thermal insulation; Thermal decoupling by using blind conduits

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger and a method for operating such a plate heat exchanger.
  • the EP 2 244 046 A2 describes a plate heat exchanger which is constructed of heat transfer elements and partition plates as mentioned above, which are arranged alternately.
  • the separating plates and the heat transfer elements form layers of the plate heat exchanger.
  • Two edge layers each, which are made up of two heat transfer elements and separating plates arranged between them, are connected to an analysis unit, which enables a leak to be detected.
  • a separating plate is provided between the two end layers, which serves as a sensor plate for detecting the leak.
  • the analysis unit is set up to detect a leak in or on the separating plate provided between the leak detection layer and the active area, it is not necessary to also equip the empty layer with such an analysis unit. This allows a simplified structure to be achieved.
  • the plate heat exchanger is in particular a so-called Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) or can be referred to as such.
  • the plate heat exchanger is made up of a large number of alternately arranged heating surface elements and separating plates.
  • a separating plate is arranged between two heating surface elements and a heating surface element is arranged between two separating plates.
  • the heating surface elements and the separating plates are thus stacked on top of one another and form a heat exchanger block of the plate heat exchanger.
  • the heating surface elements are so-called fins, in particular so-called heat transfer fins, or can be referred to as fins.
  • the heating surface elements can be designed as corrugated or ribbed sheets, for example as aluminum sheets.
  • the partition plates are partition plates or can be referred to as partition plates.
  • the separating plates can also be made of aluminum.
  • the number of heating surface elements and the number of separating plates is arbitrary.
  • the plate heat exchanger or the previously mentioned heat exchanger block preferably has a cuboid geometry with a width direction or x-direction, a vertical direction or y-direction and a depth direction or z-direction.
  • the heat exchanger block preferably has a larger dimension than in the width direction and the depth direction, so that an elongated cuboid geometry of the heat exchanger block results.
  • the Heating surface elements and the separating plates can be arranged next to one another in the depth direction or stacked one above the other in the vertical direction.
  • the plate heat exchanger differs from the heat exchanger block in that the analysis unit is part of the plate heat exchanger, but preferably not part of the heat exchanger block.
  • the heating surface elements are preferably framed with the help of edge strips, in particular aluminum edge strips, which are also part of the heat exchanger block.
  • the edge strips are soldered to the separating plates and/or the heating surface elements.
  • the edge strips can form a frame surrounding the respective heating surface element.
  • the heat exchanger block can have cover plates that close the heat exchanger block in the vertical direction up and down.
  • the cover plates can be external partition plates.
  • the cover plates can be soldered to outermost heating surface elements.
  • separating plates can also be provided between the cover plates and the outermost heating surface elements.
  • the cover plates differ from the partition plates preferably only in their wall thickness or thickness. In contrast to the separating plates, the cover plates preferably do not have any solder plating.
  • the void is in fluid communication with the environment or an atmosphere.
  • suitable openings or breakthroughs can be provided which connect the empty layer with the surroundings.
  • the fact that the empty layer is “in fluid connection” with the environment means in particular that a fluid, for example air, can flow from the empty layer into the environment and back.
  • the empty position is therefore pressure-free or pressure-free.
  • pressure-free” or “unpressurized” means in particular that ambient pressure prevails in the empty position.
  • exactly one leak detection position is provided between the active area and the empty position.
  • the separation plate can be part of the leak detection layer. However, the separating layer can also be part of the active area. Furthermore, the separating plate can also be assigned to both the leak detection layer and the active area.
  • the leak detection layer arranged between the active area and the empty layer can be referred to as the first leak detection layer.
  • the plate heat exchanger can have a second leak detection layer or any other leak detection layers.
  • the leak detection layer has the separating plate, a further separating plate which delimits the leak detection layer from the empty layer, and a heating surface element which is arranged between the two separating plates.
  • the two separating plates can be assigned to the leak detection layer.
  • the two separating plates and the heating surface element form the leak detection layer.
  • the fact that the further separating plate “delimits” the leak detection layer from the empty layer means in particular that the separating plate arranged between the leak detection layer and the empty layer is fluid-tight, so that the leak detection layer is separated from the empty layer in a fluid-tight manner.
  • the leak detection position is depressurized during operation of the plate heat exchanger.
  • the plate heat exchanger further comprises a heat exchanger block having the active region, the empty layer and the leak detection layer, wherein the analysis unit is in fluid communication with the leak detection layer.
  • the leak detection layer is therefore integrated into the heat exchanger block or into the plate heat exchanger.
  • the fact that the analysis unit is “in fluid communication” with the leak detection layer means in particular that the process medium penetrating into the leak detection layer can flow from the leak detection layer to the analysis unit.
  • the analysis unit is arranged outside the heat exchanger block.
  • the analysis unit can be spatially separated from the heat exchanger block. However, this is not absolutely necessary.
  • the analysis unit can also be mounted directly on the heat exchanger block. However, the analysis unit is preferably not part of the heat exchanger block, but rather part of the plate heat exchanger. Several analysis units can be provided.
  • the analysis unit is in fluid communication with the leak detection layer with the aid of a line leading away from the leak detection layer and a collecting line into which the line opens.
  • each leak detection layer is assigned a line.
  • the lines of all leak detection layers open into the common collecting line, which is in fluid communication with the analysis unit. This means that the analysis unit can be assigned to several leak detection layers.
  • Each leak detection layer can also be assigned its own analysis unit.
  • the plate heat exchanger further comprises an overpressure protection unit which is in fluid communication with the leak detection layer.
  • the overpressure protection unit can be or include, for example, an overpressure valve or a bursting membrane.
  • the overpressure protection unit is connected in particular to the aforementioned manifold.
  • the overpressure protection unit can be used to prevent the leak detection layer from being loaded beyond a design pressure. This reliably prevents the leak detection layer from bursting.
  • the leak detection layer and the analysis unit form a leak detection device of the plate heat exchanger.
  • the leak detection device can include the overpressure protection unit.
  • the collecting line can branch upstream of the analysis unit and the overpressure protection unit and lead to both the analysis unit and the overpressure protection unit.
  • “connected in parallel” means that the respective process medium that has penetrated into the leak detection position is simultaneously supplied to both the analysis unit and the overpressure protection unit and is not passed through the analysis unit and the overpressure protection unit one after the other.
  • the plate heat exchanger further comprises a cover plate facing the environment, the empty layer being arranged between the cover plate and the leak detection layer.
  • a separating plate can be provided between the empty layer and the cover plate.
  • the separating plate can be part of the empty layer. However, this separating plate is not absolutely necessary.
  • the heating surface element of the empty layer can be connected directly to the cover plate.
  • the cover plates differ from the separating plates preferably only in their wall thickness or thickness. In contrast to the separating plates, the cover plates preferably do not have any solder plating.
  • the plate heat exchanger comprises two cover plates, which, as mentioned above, can be provided at the bottom and top of the heat exchanger block when viewed along the vertical direction.
  • the plate heat exchanger further comprises a first heat exchanger block module with a first cover plate and a second cover plate and a second heat exchanger block module with a first cover plate and a second cover plate, wherein the first heat exchanger block module is connected at its first cover plate to the second cover plate of the second heat exchanger block module.
  • the plate heat exchanger further comprises a further inactive leak detection layer which is arranged between the active region and the first cover plate of the first heat exchanger block module and/or between the active region and the second cover plate of the second heat exchanger block module.
  • the further leak detection layer is preferably identical in construction to the previously mentioned first leak detection layer.
  • the further leak detection layer can also be referred to as a second leak detection layer.
  • each heat exchanger block module can be assigned a first leak detection layer, which is arranged between the active area and the empty layer, and a second leak detection layer, which is arranged between the active area and the respective cover plate.
  • Both the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module can each have a first leak detection layer and a second leak detection layer.
  • the second leak detection layer differs from the first leak detection layer in that the second leak detection layer directly adjoins the cover plate and, in contrast to the first leak detection layer, no empty layer is arranged between the cover plate and the second leak detection layer.
  • the leak detection layer or the leak detection layers can be arranged at any position within the heat exchanger block or the heat exchanger.
  • a leak detection layer or several leak detection layers can also be placed within the active area.
  • the plate heat exchanger comprises a collecting area arranged downstream of the analysis unit for collecting the process medium penetrating from the active area into the leak detection layer.
  • the process medium preferably flows through the analysis unit into the collection area.
  • the collecting area can be, for example, a storage container or the like. With the help of the collecting area, the process medium that has penetrated into the leak detection layer can be stored until a planned shutdown of the plate heat exchanger, for example for repair purposes, can be carried out.
  • the collecting area can also be suitable for thermally utilizing, i.e. burning, the process medium that has penetrated into the leak detection layer.
  • the process medium can be fed to a flare system.
  • the plate heat exchanger comprises an active area, an inactive empty layer which is in fluid communication with an environment of the plate heat exchanger, an inactive leak detection layer which is arranged between the active area and the empty layer, the leak detection layer being separated from the active area using a separating plate , and a unit of analysis.
  • the method has the following steps: a) flowing different process media through the active area, with a heat exchange being carried out between the process media, and b) chemically analyzing process medium penetrating from the active area into the leak detection layer due to a leak on or in the separating plate with the help of the analysis unit, whereby the leak is detected.
  • the leak detection layer is kept depressurized during step b).
  • the leak detection layer is operated under ambient pressure. Accordingly, the empty position can also be operated under ambient pressure and is therefore preferably unpressurized.
  • the leak detection layer can be protected against penetration of components from the environment backwards into the leak detection layer, which could otherwise trigger a false alarm on the analysis unit. This can be done, for example, with the help of continuous flushing with an inert gas, a check valve, a defined low point near an exit from the leak detection layer with a liquid closure or the like.
  • plate heat exchanger and/or the method also include combinations of features or embodiments described previously or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned.
  • the expert will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the plate heat exchanger and/or the process.
  • the Fig. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plate heat exchanger or plate heat exchanger 1.
  • the Fig. 2 shows a schematic sectional view of an embodiment of a heat exchanger block 2 for the plate heat exchanger 1 according to Fig. 1 .
  • Fig. 1 and 2 referred to at the same time.
  • the plate heat exchanger 1 is in particular a Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) or can be referred to as such.
  • PFHE Plate Fin Heat Exchanger
  • the plate heat exchanger 1 is preferably constructed from components that are made of aluminum and soldered, in particular hard-soldered, together.
  • the plate heat exchanger 1 can therefore also be referred to as a brazed aluminum plate heat exchanger.
  • the heat exchanger block 2 has a cuboid or block-shaped structure and includes a large number of passages or heating surface elements 3 as well as a large number of separating plates 4.
  • the heating surface elements 3 are so-called fins, in particular so-called heat transfer fins, or can be referred to as fins.
  • the heating surface elements 3 can be designed as corrugated or ribbed sheets, for example as aluminum sheets.
  • the separating plates 4 are separating plates or can be referred to as separating plates.
  • the separating plates 4 can also be made of aluminum.
  • the number of heating surface elements 3 and the number of separating plates 4 is arbitrary.
  • the heat exchanger block 2 is assigned a coordinate system with a first spatial direction or width direction x, a second spatial direction or vertical direction y and a third spatial direction or depth direction z.
  • the directions x, y, z are oriented perpendicular to each other.
  • the width direction x can also be referred to as the x direction of the heat exchanger block 2.
  • the vertical direction y can also be referred to as the y direction of the heat exchanger block 2.
  • the depth direction z can also be referred to as the z direction of the heat exchanger block 2.
  • the heating surface elements 3 and the separating plates 4 are arranged alternately. This means that a separating plate 4 is positioned between two heating surface elements 3 and a heating surface element 3 is positioned between two separating plates 4.
  • the heating surface elements 3 and the separating plates 4 can be cohesively connected to one another. In cohesive connections, the connection partners are held together by atomic or molecular forces. Cohesive connections are non-detachable connections that can only be separated from one another by destroying the connecting means and/or the connecting partners.
  • heating surface elements 3 and the separating plates 4 can be soldered, in particular hard-soldered, together.
  • the heat exchanger block 2 further comprises cover plates 5, 6, between which the plurality of heating surface elements 3 and the plurality of separating plates 4 are arranged.
  • a first cover plate 5 and a second cover plate 6 are provided.
  • the cover plates 5, 6 can be constructed identically to the separating plates 4. However, the cover plates 5, 6 can differ from the separating plates 4 in their thickness or wall thickness. In contrast to the separating plates 4, the cover plates 5, 6 preferably have no solder plating.
  • the cover plates 5, 6 are positioned on the outside on an outermost heating surface element 3 and close the heat exchanger block 2 in the orientation of the Fig. 1 forwards and backwards.
  • the heat exchanger block 2 includes so-called sidebars or edge strips 7, 8, which laterally delimit the heating surface elements 3.
  • the edge strips 7, 8 can be materially connected to the separating plates 4 and/or the heating surface elements 3, for example soldered, in particular hard-soldered.
  • the previously mentioned components of the heat exchanger block 2 are made, for example, from the material 3003 (AlMn1Cu).
  • the plate heat exchanger 1 forms a large number of parallel heat transfer passages in which the process media A to E can flow. Heat can thus be indirectly transferred between process media A to E guided in adjacent heat transfer passages.
  • the individual heat transfer passages can be supplied with a respective process medium A to E with the aid of connection devices 9 to 18 by supplying the respective process medium A to E to the plate heat exchanger 1, or the respective process medium A to E can be supplied with the aid of such a connection device 9 to 18 be led away from the plate heat exchanger 1.
  • the connection devices 9 to 18 are so-called headers or can be referred to as such.
  • the connection devices 9 to 18 can also be referred to as distributors or collectors, depending on their function.
  • connection devices 11, 13, 15 are suitable for supplying the process media A, B, D to the plate heat exchanger 1
  • connection devices 9, 10, 12, 14 are suitable for supplying the process media A, C, D, E from the plate heat exchanger 1 to be discharged.
  • connection device 9 to 18 is assigned a connection piece 19 to 25, with the help of which the respective connection device 9 to 18 can be supplied with the corresponding process medium A to E or the corresponding process medium A to E can be led away from the connection device 9 to 18.
  • the connection devices 9 to 18 are materially connected to the heat exchanger block 2. In particular, the connection devices 9 to 18 are welded to the heat exchanger block 2. The connection devices 9 to 18 can also be soldered to the heat exchanger block 2.
  • the plate heat exchanger 1 can be part of a process engineering system 26.
  • the process engineering plant 26 can be, for example, a plant for air separation, for the production of liquefied natural gas (LNG), a plant used in the petrochemical industry or the like.
  • LNG liquefied natural gas
  • the process engineering system 26 can include a large number of such plate heat exchangers 1.
  • the heat exchanger block 2 To produce the heat exchanger block 2, its individual parts, namely the heating surface elements 3, the separating plates 4, the cover plates 5, 6 and the edge strips 7, 8 are soldered together, in particular hard soldered, using an aluminum solder in a soldering oven.
  • the aluminum solder can be applied to the separating plates 4 on one or both sides as a solder layer, in particular as a solder plating.
  • the plate heat exchanger 1 has a leak detection device 27, which will be explained later.
  • the heat exchanger block 2 has a modular structure and includes a first heat exchanger block module 28 and a second heat exchanger block module 29. Viewed along the vertical direction y, the heat exchanger block modules 28, 29 are arranged one above the other or stacked on top of one another. The heat exchanger block modules 28, 29 can be firmly connected to one another, for example soldered.
  • the cover plate 6 of the first heat exchanger block module 28 and the cover plate 5 of the second heat exchanger block module 29 are external.
  • An empty layer 30 (dummy layer) is provided below the cover plate 6 of the first heat exchanger block module 28.
  • the empty layer 30 comprises a heating surface element 3 as mentioned above, which is arranged between two separating plates 4.
  • a dummy layer 32 is provided above the cover plate 5 of the second heat exchanger block module 29.
  • the empty layer 32 corresponds to the empty layer 30.
  • the empty layer 32 accordingly comprises a heating surface element 3 which is arranged between two separating plates 4.
  • Each heat exchanger block module 28, 29 has an active area 33, 34.
  • the active area 33 is assigned to the first heat exchanger block module 28.
  • the active area 34 is assigned to the second heat exchanger block module 29.
  • Each active area 33, 34 includes a plurality of heat transfer passages which are formed by the heating surface elements 3 and the separating plates 4. The process media A to E flow through these heat transfer passages.
  • the first leak detection layer 35 is fluidically separated from the active area 33 with a separating plate 4.
  • This aforementioned separation plate 4 can be assigned to the first leak detection layer 35, the active area 33 or both the first leak detection layer 35 and the active area 33.
  • the second leak detection layer 36 has a separating plate 4, which is firmly connected, in particular soldered, to the cover plate 5.
  • This aforementioned separation plate 4 can be part of the second leak detection layer 36.
  • the second leak detection layer 36 is arranged between the cover plate 5 and the active area 33.
  • the second leak detection layer 36 is fluidically separated from the active area 33 with a separating plate 4.
  • This aforementioned separation plate 4 can be assigned to the second leak detection layer 36, the active area 33 or both the second leak detection layer 36 and the active area 33.
  • the leak detection layers 35, 36 are not flowed through by the process media A to E.
  • the leak detection layers 35, 36 are therefore “inactive”.
  • the second heat exchanger block module 29 is preferably constructed identically to the first heat exchanger block module 28. Accordingly, the second heat exchanger block module 29 also has a first leak detection layer 37 and a second leak detection layer 38.
  • the active area 34 is placed between these two leak detection layers 37, 38.
  • the process media A to E also do not flow through the leak detection layers 37, 38. Accordingly, the leak detection layers 37, 38 are also inactive. All leak detection layers 35 to 38 are closed off from the environment 31. However, the leak detection layers 35 to 38 are preferably unpressurized.
  • the analysis unit 44 is set up to detect and identify chemical substances, such as hydrocarbons, which are contained in the process media A to E.
  • the analysis unit 44 can be a mass spectrometer or have a mass spectrometer.
  • the analysis unit 44 can have a computer, a data memory or the like.
  • the analysis unit 44 can also be suitable for outputting an analysis result. This can be done visually on a screen, for example. Depending on the analysis result, an acoustic and/or visual warning signal can also be issued.
  • the overpressure protection unit 45 prevents an undesirable pressure build-up in the leak detection layers 35 to 38.
  • the overpressure protection unit 45 can be or have an overpressure valve or a bursting membrane.
  • the overpressure protection unit 45 prevents a pressure increase within the leak detection layers 35 to 38 above a design pressure of the heat exchanger block 2.
  • the leak detection layers 35 to 38 are provided at active areas of the heat exchanger block 2 where leaks are most likely.
  • this is an active area where the two heat exchanger block modules 28, 29 are connected to one another and an active area which includes the external cover plates 5, 6.
  • high mechanical stresses can occur due to temperature, which can lead to cracks.
  • the two second leak detection layers 36, 38 are provided here for leak detection. Furthermore, the first leak detection layers 35, 37 are provided on the cover plates 5, 6 facing the surroundings 31. In principle, however, the leak detection layers 35 to 38 can be provided anywhere, in particular within the active areas 33, 34. At least exactly one leak detection layer 35 to 38 is provided for leak detection.
  • the separating plate 4 provided between the first detection layer 35 and the active region 33 has a leak, part of the respective process medium A to E flows into the first detection layer 35. It is sufficient here if very small amounts of the respective process medium A to E penetrate from the active area 33 into the first detection layer 35.
  • the process medium A to E is then fed via line 39 and the collecting line 43 to the analysis unit 44, which chemically analyzes the process medium A to E.
  • Chemical analysis looks for chemical substances, such as hydrocarbons, that are contained in the process media A to E. If the analysis is positive, that is, for example, that hydrocarbons are detected, an alarm can be issued, for example. From the analysis unit 44, the leaked process medium A to E is directed or disposed of into a suitable collection area 46, so that the process medium A to E does not escape into the environment 31 reached.
  • the collection area 46 may be a storage container or the like. As a rule, however, the process medium A to E is fed to a flare system.
  • the Fig. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for operating the plate heat exchanger 1.
  • the method includes a step S1 of flowing through the respective active area 33, 34 with the process media A to E, wherein a heat exchange between the process media A to E is carried out.
  • a step S2 due to a leak on or in the separating plate 4, process medium A to E penetrating from the active area 33, 34 into the leak detection layer 35 to 38 is chemically analyzed with the aid of the analysis unit 44, whereby the leak is detected.
  • the leak detection layer 35 to 38 is kept depressurized during step S2.

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Abstract

Ein Plattenwärmetauscher (1) mit einem aktiven Bereich (33, 34), der im Betrieb des Plattenwärmetauschers (1) zum Wärmeaustausch zwischen unterschiedlichen Prozessmedien (A- E) mit den Prozessmedien (A - R) durchströmbar ist, einer inaktiven Leerlage (30, 32), die in Fluidverbindung mit einer Umgebung (31) des Plattenwärmetauschers (1) steht, einer inaktiven Leckdetektionslage (35, 37), die zwischen dem aktiven Bereich (33, 34) und der Leerlage (30, 32) angeordnet ist, wobei die Leckdetektionslage (35, 37) mit Hilfe einer Trennplatte (4) von dem aktiven Bereich (33, 34) abgetrennt ist, und einer Analyseeinheit (44) zur chemischen Analyse von aufgrund eines Lecks an oder in der Trennplatte (4) aus dem aktiven Bereich (33, 34) in die Leckdetektionslage (35, 37) eindringendem Prozessmedium (A - E), um das Leck zu detektieren.

Figure imgaf001
A plate heat exchanger (1) with an active area (33, 34), through which the process media (A - R) can flow during operation of the plate heat exchanger (1) for heat exchange between different process media (A - E), an inactive empty layer (30, 32), which is in fluid communication with an environment (31) of the plate heat exchanger (1), an inactive leak detection layer (35, 37) which is arranged between the active area (33, 34) and the empty layer (30, 32), where the leak detection layer (35, 37) is separated from the active area (33, 34) with the aid of a separating plate (4), and an analysis unit (44) for chemical analysis of the active area due to a leak on or in the separating plate (4). Area (33, 34) into the leak detection layer (35, 37) penetrating process medium (A - E) in order to detect the leak.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Plattenwärmetauschers.The invention relates to a plate heat exchanger and a method for operating such a plate heat exchanger.

Ein Plattenwärmetauscher ist aus abwechselnd angeordneten Heizflächenelementen, insbesondere sogenannten Fins oder Heat Transfer Fins, und Trennplatten aufgebaut. Die Heizflächenelemente sind aus gewellten oder gerippten Aluminiumblechen gefertigt, wohingegen die Trennplatten aus glatten Aluminiumblechen gefertigt sein können. Mit Hilfe der Heizflächenelemente und der Trennplatten bildet der Plattenwärmetauscher eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen Prozessmedien strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Prozessmedien übertragen können. Undichtigkeiten an dem Plattenwärmetauscher erfordern in der Regel ein Herunterfahren desselben. Ungeplante Ausfallzeiten, eine Reparatur oder ein Ersatz führt im Vergleich zu einem geplanten Herunterfahren zu höheren Kosten. Daher ist eine frühzeitige Leckerkennung, die eine rechtzeitige Planung des Herunterfahrens ermöglicht, wünschenswert.A plate heat exchanger is made up of alternately arranged heating surface elements, in particular so-called fins or heat transfer fins, and separating plates. The heating surface elements are made of corrugated or ribbed aluminum sheets, whereas the separating plates can be made of smooth aluminum sheets. With the help of the heating surface elements and the separating plates, the plate heat exchanger forms a large number of parallel heat transfer passages in which process media can flow and indirectly transfer heat to process media guided in adjacent heat transfer passages. Leaks in the plate heat exchanger usually require it to be shut down. Unplanned downtime, repair or replacement results in higher costs compared to a planned shutdown. Therefore, early leak detection that enables timely shutdown planning is desirable.

Die EP 2 244 046 A2 beschreibt einen Plattenwärmetauscher, der aus wie zuvor erwähnten Wärmeübertragungselementen und Trennplatten aufgebaut ist, die abwechselnd angeordnet sind. Die Trennplatten und die Wärmeübertragungselemente bilden Lagen des Plattenwärmetauschers. Jeweils zwei randseitige Lagen, die aus zwei Wärmeübertragungselementen und dazwischen angeordneten Trennplatten aufgebaut sind, sind mit einer Analyseeinheit verbunden, welche eine Detektion eines Lecks ermöglicht. Hierbei ist jeweils zwischen den beiden endseitigen Lagen eine Trennplatte vorgesehen, welche als Sensorplatte zum Detektieren des Lecks dient.The EP 2 244 046 A2 describes a plate heat exchanger which is constructed of heat transfer elements and partition plates as mentioned above, which are arranged alternately. The separating plates and the heat transfer elements form layers of the plate heat exchanger. Two edge layers each, which are made up of two heat transfer elements and separating plates arranged between them, are connected to an analysis unit, which enables a leak to be detected. A separating plate is provided between the two end layers, which serves as a sensor plate for detecting the leak.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Plattenwärmetauscher zur Verfügung zu stellen.Against this background, an object of the present invention is to provide an improved plate heat exchanger.

Demgemäß wird ein Plattenwärmetauscher vorgeschlagen. Der Plattenwärmetauscher umfasst einen aktiven Bereich, der im Betrieb des Plattenwärmetauschers zum Wärmeaustausch zwischen unterschiedlichen Prozessmedien mit den Prozessmedien durchströmbar ist, eine inaktive Leerlage, die in Fluidverbindung mit einer Umgebung des Plattenwärmetauschers steht, eine inaktive Leckdetektionslage, die zwischen dem aktiven Bereich und der Leerlage angeordnet ist, wobei die Leckdetektionslage mit Hilfe einer Trennplatte von dem aktiven Bereich abgetrennt ist, und eine Analyseeinheit zur chemischen Analyse von aufgrund eines Lecks an oder in der Trennplatte aus dem aktiven Bereich in die Leckdetektionslage eindringendem Prozessmedium, um das Leck zu detektieren.Accordingly, a plate heat exchanger is proposed. The plate heat exchanger includes an active area, which is used during operation of the plate heat exchanger Heat exchange between different process media can be flowed through with the process media, an inactive empty layer which is in fluid communication with an environment of the plate heat exchanger, an inactive leak detection layer which is arranged between the active area and the empty layer, the leak detection layer being separated from the active area using a separating plate is separated, and an analysis unit for the chemical analysis of process medium penetrating from the active area into the leak detection layer due to a leak on or in the separation plate in order to detect the leak.

Dadurch, dass die Analyseeinheit dazu eingerichtet ist, ein Leck in oder an der zwischen der Leckdetektionslage und dem aktiven Bereich vorgesehenen Trennplatte zu detektieren, kann darauf verzichtet werden, die Leerlage ebenfalls mit einer derartigen Analyseeinheit auszustatten. Hierdurch kann ein vereinfachter Aufbau erzielt werden.Because the analysis unit is set up to detect a leak in or on the separating plate provided between the leak detection layer and the active area, it is not necessary to also equip the empty layer with such an analysis unit. This allows a simplified structure to be achieved.

Der Plattenwärmetauscher ist insbesondere ein sogenannter Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher ist aus einer Vielzahl abwechselnd angeordneter Heizflächenelemente und Trennplatten aufgebaut. Dabei ist jeweils eine Trennplatte zwischen zwei Heizflächenelementen und ein Heizflächenelement zwischen zwei Trennplatten angeordnet. Die Heizflächenelemente und die Trennplatten sind somit aufeinandergestapelt und bilden einen Wärmetauscherblock des Plattenwärmetauschers. Die Heizflächenelemente sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die Heizflächenelemente können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Die Trennplatten sind Trennbleche oder können als Trennbleche bezeichnet werden. Die Trennplatten können ebenfalls aus Aluminium gefertigt sein. Die Anzahl der Heizflächenelemente und die Anzahl der Trennplatten ist jeweils beliebig.The plate heat exchanger is in particular a so-called Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) or can be referred to as such. The plate heat exchanger is made up of a large number of alternately arranged heating surface elements and separating plates. A separating plate is arranged between two heating surface elements and a heating surface element is arranged between two separating plates. The heating surface elements and the separating plates are thus stacked on top of one another and form a heat exchanger block of the plate heat exchanger. The heating surface elements are so-called fins, in particular so-called heat transfer fins, or can be referred to as fins. The heating surface elements can be designed as corrugated or ribbed sheets, for example as aluminum sheets. The partition plates are partition plates or can be referred to as partition plates. The separating plates can also be made of aluminum. The number of heating surface elements and the number of separating plates is arbitrary.

Der Plattenwärmetauscher beziehungsweise der zuvor erwähnte Wärmetauscherblock weist bevorzugt eine quaderförmige Geometrie mit einer Breitenrichtung oder x-Richtung, einer Hochrichtung oder y-Richtung und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung auf. In der Hochrichtung weist der Wärmetauscherblock bevorzugt eine größere Dimension als in der Breitenrichtung und der Tiefenrichtung auf, so dass sich eine langgestreckte quaderförmige Geometrie des Wärmetauscherblocks ergibt. Die Heizflächenelemente und die Trennplatten können in der Tiefenrichtung nebeneinander angeordnet oder in der Hochrichtung übereinandergestapelt sein. Der Plattenwärmetauscher unterscheidet sich von dem Wärmetauscherblock dadurch, dass die Analyseeinheit Teil des Plattenwärmetauschers, jedoch bevorzugt nicht Teil des Wärmetauscherblocks ist.The plate heat exchanger or the previously mentioned heat exchanger block preferably has a cuboid geometry with a width direction or x-direction, a vertical direction or y-direction and a depth direction or z-direction. In the vertical direction, the heat exchanger block preferably has a larger dimension than in the width direction and the depth direction, so that an elongated cuboid geometry of the heat exchanger block results. The Heating surface elements and the separating plates can be arranged next to one another in the depth direction or stacked one above the other in the vertical direction. The plate heat exchanger differs from the heat exchanger block in that the analysis unit is part of the plate heat exchanger, but preferably not part of the heat exchanger block.

Die Heizflächenelemente sind bevorzugt mit Hilfe von Randleisten, insbesondere Aluminiumrandleisten, eingefasst, die ebenfalls Teil des Wärmetauscherblocks sind. Die Randleisten sind mit den Trennplatten und/oder den Heizflächenelementen verlötet. Die Randleisten können einen um das jeweilige Heizflächenelement umlaufenden Rahmen bilden. Der Wärmetauscherblock kann Deckplatten aufweisen, die den Wärmetauscherblock in der Hochrichtung nach oben und unten hin abschließen. Die Deckplatten können außenliegende Trennplatten sein. Die Deckplatten können mit äußersten Heizflächenelementen verlötet sein. Alternativ können zwischen den Deckplatten und den äußersten Heizflächenelementen auch Trennplatten vorgesehen sein. Die Deckplatten unterscheiden sich von den Trennplatten vorzugsweise nur durch ihre Wandstärke oder Dicke. Im Gegensatz zu den Trennplatten weisen die Deckplatten bevorzugt keine Lotplattierung auf.The heating surface elements are preferably framed with the help of edge strips, in particular aluminum edge strips, which are also part of the heat exchanger block. The edge strips are soldered to the separating plates and/or the heating surface elements. The edge strips can form a frame surrounding the respective heating surface element. The heat exchanger block can have cover plates that close the heat exchanger block in the vertical direction up and down. The cover plates can be external partition plates. The cover plates can be soldered to outermost heating surface elements. Alternatively, separating plates can also be provided between the cover plates and the outermost heating surface elements. The cover plates differ from the partition plates preferably only in their wall thickness or thickness. In contrast to the separating plates, the cover plates preferably do not have any solder plating.

Der Plattenwärmetauscher kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann beispielsweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquified Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher umfassen. Demgemäß wird auch eine verfahrenstechnische Anlage mit einem derartigen Plattenwärmetauscher vorgeschlagen.The plate heat exchanger can be part of a process engineering system. The process engineering plant can be, for example, a plant for air separation, for the production of liquefied natural gas (LNG), a plant used in the petrochemical industry or the like. The process engineering system can include a large number of such plate heat exchangers. Accordingly, a process engineering system with such a plate heat exchanger is also proposed.

"Aktiv" heißt im Zusammenhang mit dem aktiven Bereich insbesondere, dass dieser im Betrieb des Plattenwärmetauschers von den Prozessmedien durchströmt wird, wobei ein Wärmeaustausch zwischen unterschiedlichen Prozessmedien erfolgt. Der Wärmeaustausch erfolgt dabei durch die Trennplatten hindurch. Der aktive Bereich umfasst eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Trennplatten und Heizflächenelemente. Vorzugsweise unterscheidet sich der aktive Bereich konstruktiv nicht von der Leerlage und der Leckdetektionslage. Im Unterschied zu der Leerlage und der Leckdetektionslage wird der aktive Bereich beziehungsweise werden die Wärmeübertragungspassagen des aktiven Bereichs mit den Prozessmedien durchströmt. Im Gegensatz hierzu werden die Leckdetektionslage und die Leerlage im Betrieb des Plattenwärmetauschers nicht mit den Prozessmedien durchströmt. Die Leerlage kann auch als Dummy Layer bezeichnet werden.In connection with the active area, “active” means in particular that the process media flows through it during operation of the plate heat exchanger, with heat exchange taking place between different process media. The heat exchange takes place through the separating plates. The active area includes a large number of alternately arranged separating plates and heating surface elements. Preferably, the active area does not differ structurally from the empty position and the leak detection position. In contrast to the empty layer and the leak detection layer, the active area or the heat transfer passages of the active area with the process media flows through. In contrast, the leak detection position and the empty position are not flowed through by the process media when the plate heat exchanger is in operation. The empty layer can also be referred to as a dummy layer.

"Inaktiv" heißt demgemäß im Zusammenhang mit der Leerlage und der Leckdetektionslage, dass diese nicht von den Prozessmedien durchströmbar sind oder durchströmt werden. Dies schließt jedoch nicht aus, dass im Falle eines Lecks ein Teil des Prozessmediums auch in die Leckdetektionslage einströmen oder durch diese hindurchströmen kann. Für den Fall, dass kein Leck vorhanden ist, ist die Leckdetektionslage jedoch frei von Prozessmedien.In connection with the empty position and the leak detection position, “inactive” means that the process media cannot or will not flow through them. However, this does not rule out the possibility that in the event of a leak, part of the process medium can also flow into or flow through the leak detection layer. However, in the event that there is no leak, the leak detection layer is free of process media.

Die Leerlage steht in Fluidverbindung mit der Umgebung oder einer Atmosphäre. Hierzu können geeignete Öffnungen oder Durchbrüche vorgesehen sein, welche die Leerlage mit der Umgebung verbinden. Dass die Leerlage "in Fluidverbindung" mit der Umgebung ist, bedeutet vorliegend insbesondere, dass ein Fluid, beispielsweise Luft, aus der Leerlage in die Umgebung und zurück strömen kann. Die Leerlage ist somit druckfrei oder drucklos. Unter "druckfrei" oder "drucklos" ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass in der Leerlage Umgebungsdruck herrscht. Insbesondere ist genau eine Leckdetektionslage zwischen dem aktiven Bereich und der Leerlage vorgesehen. Die Trennplatte kann Teil der Leckdetektionslage sein. Die Trennlage kann jedoch auch Teil des aktiven Bereichs sein. Ferner kann die Trennplatte auch sowohl der Leckdetektionslage als auch dem aktiven Bereich zugeordnet sein.The void is in fluid communication with the environment or an atmosphere. For this purpose, suitable openings or breakthroughs can be provided which connect the empty layer with the surroundings. In the present case, the fact that the empty layer is “in fluid connection” with the environment means in particular that a fluid, for example air, can flow from the empty layer into the environment and back. The empty position is therefore pressure-free or pressure-free. In the present case, “pressure-free” or “unpressurized” means in particular that ambient pressure prevails in the empty position. In particular, exactly one leak detection position is provided between the active area and the empty position. The separation plate can be part of the leak detection layer. However, the separating layer can also be part of the active area. Furthermore, the separating plate can also be assigned to both the leak detection layer and the active area.

Die Analyseeinheit ist dazu eingerichtet, Komponenten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, der Prozessmedien zu detektieren. Hierdurch ist es möglich, auch bei sehr kleinen Lecks, die nur ein tropfenweises Eindringen des jeweiligen Prozessmediums in die Detektionslage ermöglichen, eine zuverlässige Detektion des Lecks zu ermöglichen. Es ist somit möglich, Leckagen zu erkennen, bevor diese kritisch für den Betrieb des Plattenwärmetauschers werden. In der Regel entwickeln sich Risse oder Lecks in einem derartigen Wärmetauscherblock sehr langsam und vergrößern sich dabei zunehmend. Daher ist zu erwarten, dass ein Leckvolumenstrom des in die Leckdetektionslage einströmenden Prozessmediums über eine gewisse Zeit zu einem Auffangbereich geleitet werden kann, während der Plattenwärmetauscher weiter betrieben werden kann.The analysis unit is set up to detect components, such as hydrocarbons, of the process media. This makes it possible to reliably detect the leak even in the case of very small leaks, which only allow the respective process medium to penetrate dropwise into the detection position. It is therefore possible to detect leaks before they become critical for the operation of the plate heat exchanger. As a rule, cracks or leaks in such a heat exchanger block develop very slowly and become increasingly larger. It is therefore to be expected that a leakage volume flow of the process medium flowing into the leak detection layer can be directed to a collecting area over a certain time, while the plate heat exchanger can continue to be operated.

Währenddessen kann ein gezieltes Herunterfahren, ein Ersatz und/oder eine Reparatur des Plattenwärmetauschers beziehungsweise des Wärmetauscherblocks vorbereitet werden. Die Analyseeinheit kann beispielsweise ein Massenspektrometer sein oder ein Massenspektrometer umfassen. Das Leck wird dabei dann dadurch detektiert, dass die Analyseeinheit chemische Bestandteile der Prozessmedien erkennen kann. Ist diese Analyse positiv, das heißt beispielsweise, dass Kohlenwasserstoffe detektiert werden, kann beispielsweise ein Alarm ausgegeben werden. Der Alarm kann optisch oder akustisch sein.Meanwhile, a targeted shutdown, replacement and/or repair of the plate heat exchanger or the heat exchanger block can be prepared. The analysis unit can be, for example, a mass spectrometer or include a mass spectrometer. The leak is then detected because the analysis unit can detect chemical components of the process media. If this analysis is positive, that is, for example, that hydrocarbons are detected, an alarm can be issued, for example. The alarm can be visual or acoustic.

Gemäß einer Ausführungsform ist genau eine Leckdetektionslage zwischen dem aktiven Bereich und der Leerlage angeordnet.According to one embodiment, exactly one leak detection layer is arranged between the active area and the empty layer.

Die zwischen dem aktiven Bereich und der Leerlage angeordnete Leckdetektionslage kann als erste Leckdetektionslage bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher kann neben der ersten Detektionslage eine zweite Leckdetektionslage oder beliebige weitere Leckdetektionslagen aufweisen.The leak detection layer arranged between the active area and the empty layer can be referred to as the first leak detection layer. In addition to the first detection layer, the plate heat exchanger can have a second leak detection layer or any other leak detection layers.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Leckdetektionslage die Trennplatte, eine weitere Trennplatte, welche die Leckdetektionslage gegenüber der Leerlage abgrenzt, und ein Heizflächenelement, das zwischen den beiden Trennplatten angeordnet ist, auf.According to a further embodiment, the leak detection layer has the separating plate, a further separating plate which delimits the leak detection layer from the empty layer, and a heating surface element which is arranged between the two separating plates.

Die beiden Trennplatten können der Leckdetektionslage zugeordnet sein. In diesem Fall bilden die beiden Trennplatten und das Heizflächenelement die Leckdetektionslage. Dass die weitere Trennplatte die Leckdetektionslage gegenüber der Leerlage "abgrenzt", bedeutet vorliegend insbesondere, dass die zwischen der Leckdetektionslage und der Leerlage angeordnete Trennplatte fluiddicht ist, so dass die Leckdetektionslage von der Leerlage fluiddicht abgeteilt ist.The two separating plates can be assigned to the leak detection layer. In this case, the two separating plates and the heating surface element form the leak detection layer. In the present case, the fact that the further separating plate “delimits” the leak detection layer from the empty layer means in particular that the separating plate arranged between the leak detection layer and the empty layer is fluid-tight, so that the leak detection layer is separated from the empty layer in a fluid-tight manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Leckdetektionslage im Betrieb des Plattenwärmetauschers drucklos.According to a further embodiment, the leak detection position is depressurized during operation of the plate heat exchanger.

Wie zuvor erwähnt, ist unter "drucklos" insbesondere zu verstehen, dass in der Leckdetektionslage Umgebungsdruck herrscht. Alternativ kann in der Leckdetektionslage auch gegenüber dem Umgebungsdruck ein leicht erhöhter oder ein leicht reduzierter Druck vorliegen. Für die chemische Analyse mit Hilfe der Analyseeinheit ist jedoch ein druckloser Betrieb der Leckdetektionslage ausreichend.As mentioned above, “unpressurized” is to be understood in particular as meaning that there is ambient pressure in the leak detection position. Alternatively, in the leak detection position There is also a slightly increased or slightly reduced pressure compared to the ambient pressure. However, for chemical analysis using the analysis unit, unpressurized operation of the leak detection layer is sufficient.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Plattenwärmetauscher ferner einen Wärmetauscherblock, der den aktiven Bereich, die Leerlage und die Leckdetektionslage aufweist, wobei die Analyseeinheit in Fluidverbindung mit der Leckdetektionslage steht.According to a further embodiment, the plate heat exchanger further comprises a heat exchanger block having the active region, the empty layer and the leak detection layer, wherein the analysis unit is in fluid communication with the leak detection layer.

Die Leckdetektionslage ist somit in den Wärmetauscherblock beziehungsweise in den Plattenwärmetauscher integriert. Dass die Analyseeinheit mit der Leckdetektionslage "in Fluidverbindung" steht, bedeutet vorliegend insbesondere, dass das in die Leckdetektionslage eindringende Prozessmedium von der Leckdetektionslage zu der Analyseeinheit strömen kann.The leak detection layer is therefore integrated into the heat exchanger block or into the plate heat exchanger. In the present case, the fact that the analysis unit is “in fluid communication” with the leak detection layer means in particular that the process medium penetrating into the leak detection layer can flow from the leak detection layer to the analysis unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Analyseeinheit außerhalb des Wärmetauscherblocks angeordnet.According to a further embodiment, the analysis unit is arranged outside the heat exchanger block.

Die Analyseeinheit kann räumlich von dem Wärmetauscherblock getrennt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Analyseeinheit kann auch direkt an dem Wärmetauscherblock montiert sein. Die Analyseeinheit ist jedoch bevorzugt nicht Teil des Wärmetauscherblocks, sondern Teil des Plattenwärmetauschers. Es können mehrere Analyseeinheiten vorgesehen sein.The analysis unit can be spatially separated from the heat exchanger block. However, this is not absolutely necessary. The analysis unit can also be mounted directly on the heat exchanger block. However, the analysis unit is preferably not part of the heat exchanger block, but rather part of the plate heat exchanger. Several analysis units can be provided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform steht die Analyseeinheit mit Hilfe einer von der Leckdetektionslage wegführenden Leitung und einer Sammelleitung, in welche die Leitung einmündet, in Fluidverbindung mit der Leckdetektionslage.According to a further embodiment, the analysis unit is in fluid communication with the leak detection layer with the aid of a line leading away from the leak detection layer and a collecting line into which the line opens.

Für den Fall, dass mehrere Leckdetektionslagen vorgesehen sind, ist jeder Leckdetektionslage eine Leitung zugeordnet. Die Leitungen aller Leckdetektionslagen münden in die gemeinsame Sammelleitung ein, welche in Fluidverbindung mit der Analyseeinheit ist. Das heißt, dass die Analyseeinheit mehreren Leckdetektionslagen zugeordnet sein kann. Es kann auch jeder Leckdetektionslage ihre eigene Analyseeinheit zugeordnet sein.In the event that several leak detection layers are provided, each leak detection layer is assigned a line. The lines of all leak detection layers open into the common collecting line, which is in fluid communication with the analysis unit. This means that the analysis unit can be assigned to several leak detection layers. Each leak detection layer can also be assigned its own analysis unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Plattenwärmetauscher ferner eine Überdruckschutzeinheit, die mit der Leckdetektionslage in Fluidverbindung steht.According to a further embodiment, the plate heat exchanger further comprises an overpressure protection unit which is in fluid communication with the leak detection layer.

Die Überdruckschutzeinheit kann beispielsweise ein Überdruckventil oder eine Berstmembran sein oder umfassen. Die Überdruckschutzeinheit ist insbesondere an der zuvor erwähnten Sammelleitung angeschlossen. Mit Hilfe der Überdruckschutzeinheit kann verhindert werden, dass die Leckdetektionslage über einen Auslegungsdruck hinaus belastet wird. Ein Bersten der Leckdetektionslage wird hierdurch zuverlässig verhindert. Die Leckdetektionslage und die Analyseeinheit bilden eine Leckdetektionseinrichtung des Plattenwärmetauschers. Die Leckdetektionseinrichtung kann die Überdruckschutzeinheit umfassen.The overpressure protection unit can be or include, for example, an overpressure valve or a bursting membrane. The overpressure protection unit is connected in particular to the aforementioned manifold. The overpressure protection unit can be used to prevent the leak detection layer from being loaded beyond a design pressure. This reliably prevents the leak detection layer from bursting. The leak detection layer and the analysis unit form a leak detection device of the plate heat exchanger. The leak detection device can include the overpressure protection unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Analyseeinheit und die Überdruckschutzeinheit parallelgeschaltet.According to a further embodiment, the analysis unit and the overpressure protection unit are connected in parallel.

Hierzu kann sich die Sammelleitung stromaufwärts der Analyseeinheit und der Überdruckschutzeinheit verzweigen und sowohl zu der Analyseeinheit als auch zu der Überdruckschutzeinheit führen. "Parallelgeschaltet" bedeutet vorliegend, dass das jeweilige in die Leckdetektionslage eingedrungene Prozessmedium gleichzeitig sowohl der Analyseeinheit als auch der Überdruckschutzeinheit zugeführt wird und nicht nacheinander durch die Analyseeinheit und die Überdruckschutzeinheit geführt wird.For this purpose, the collecting line can branch upstream of the analysis unit and the overpressure protection unit and lead to both the analysis unit and the overpressure protection unit. In the present case, “connected in parallel” means that the respective process medium that has penetrated into the leak detection position is simultaneously supplied to both the analysis unit and the overpressure protection unit and is not passed through the analysis unit and the overpressure protection unit one after the other.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Plattenwärmetauscher ferner eine Deckplatte, die zu der Umgebung hinweist, wobei die Leerlage zwischen der Deckplatte und der Leckdetektionslage angeordnet ist.According to a further embodiment, the plate heat exchanger further comprises a cover plate facing the environment, the empty layer being arranged between the cover plate and the leak detection layer.

Zwischen der Leerlage und der Deckplatte kann eine Trennplatte vorgesehen sein. Die Trennplatte kann Teil der Leerlage sein. Diese Trennplatte ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Alternativ kann das Heizflächenelement der Leerlage direkt mit der Deckplatte verbunden sein. Wie zuvor erwähnt, unterscheiden sich die Deckplatten von den Trennplatten vorzugsweise nur durch ihre Wandstärke oder Dicke. Die Deckplatten weisen im Gegensatz zu den Trennplatten bevorzugt keine Lotplattierung auf. Vorzugsweise umfasst der Plattenwärmetauscher zwei Deckplatten, die, wie zuvor erwähnt, entlang der Hochrichtung betrachtet unten und oben an dem Wärmetauscherblock vorgesehen sein können.A separating plate can be provided between the empty layer and the cover plate. The separating plate can be part of the empty layer. However, this separating plate is not absolutely necessary. Alternatively, the heating surface element of the empty layer can be connected directly to the cover plate. As mentioned above, the cover plates differ from the separating plates preferably only in their wall thickness or thickness. In contrast to the separating plates, the cover plates preferably do not have any solder plating. Preferably, the plate heat exchanger comprises two cover plates, which, as mentioned above, can be provided at the bottom and top of the heat exchanger block when viewed along the vertical direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Plattenwärmetauscher ferner ein erstes Wärmetauscherblockmodul mit einer ersten Deckplatte und einer zweiten Deckplatte und ein zweites Wärmetauscherblockmodul mit einer ersten Deckplatte und einer zweiten Deckplatte, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul an seiner ersten Deckplatte mit der zweiten Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls verbunden ist.According to a further embodiment, the plate heat exchanger further comprises a first heat exchanger block module with a first cover plate and a second cover plate and a second heat exchanger block module with a first cover plate and a second cover plate, wherein the first heat exchanger block module is connected at its first cover plate to the second cover plate of the second heat exchanger block module.

Grundsätzlich kann der Plattenwärmetauscher eine beliebige Anzahl derartiger Wärmetauscherblockmodule umfassen. Entlang der Hochrichtung betrachtet können die Wärmetauscherblockmodule aufeinander platziert sein. Jedes Wärmetauscherblockmodul weist außenseitig zwei derartige Deckplatten auf. Beispielsweise ist das erste Wärmetauscherblockmodul an seiner ersten Deckplatte mit der zweiten Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls verschweißt oder durch eine andere Art und Weise verbunden.In principle, the plate heat exchanger can include any number of such heat exchanger block modules. Viewed along the vertical direction, the heat exchanger block modules can be placed on top of each other. Each heat exchanger block module has two such cover plates on the outside. For example, the first heat exchanger block module is welded at its first cover plate to the second cover plate of the second heat exchanger block module or connected in another way.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Plattenwärmetauscher ferner eine weitere inaktive Leckdetektionslage, die zwischen dem aktiven Bereich und der ersten Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und/oder zwischen dem aktiven Bereich und der zweiten Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls angeordnet ist.According to a further embodiment, the plate heat exchanger further comprises a further inactive leak detection layer which is arranged between the active region and the first cover plate of the first heat exchanger block module and/or between the active region and the second cover plate of the second heat exchanger block module.

Die weitere Leckdetektionslage ist vorzugsweise baugleich mit der zuvor erwähnten ersten Leckdetektionslage. Die weitere Leckdetektionslage kann auch als zweite Leckdetektionslage bezeichnet werden. Demgemäß können jedem Wärmetauscherblockmodul eine erste Leckdetektionslage, die zwischen dem aktiven Bereich und der Leerlage angeordnet ist, und eine zweite Leckdetektionslage, die zwischen dem aktiven Bereich und der jeweiligen Deckplatte angeordnet ist, zugeordnet sein. Dabei kann sowohl das erste Wärmetauscherblockmodul als auch das zweite Wärmetauscherblockmodul jeweils eine erste Leckdetektionslage und eine zweite Leckdetektionslage aufweisen. Die zweite Leckdetektionslage unterscheidet sich von der ersten Leckdetektionslage dadurch, dass die zweite Leckdetektionslage direkt an die Deckplatte angrenzt und im Gegensatz zu der ersten Leckdetektionslage zwischen der Deckplatte und der zweiten Leckdetektionslage keine Leerlage angeordnet ist. Grundsätzlich kann die Leckdetektionslage oder können die Leckdetektionslagen an beliebigen Positionen innerhalb des Wärmetauscherblocks beziehungsweise des Wärmetauschers angeordnet sein. Insbesondere kann auch eine Leckdetektionslage oder es können mehrere Leckdetektionslagen innerhalb des aktiven Bereichs platziert sein.The further leak detection layer is preferably identical in construction to the previously mentioned first leak detection layer. The further leak detection layer can also be referred to as a second leak detection layer. Accordingly, each heat exchanger block module can be assigned a first leak detection layer, which is arranged between the active area and the empty layer, and a second leak detection layer, which is arranged between the active area and the respective cover plate. Both the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module can each have a first leak detection layer and a second leak detection layer. The second leak detection layer differs from the first leak detection layer in that the second leak detection layer directly adjoins the cover plate and, in contrast to the first leak detection layer, no empty layer is arranged between the cover plate and the second leak detection layer. In principle, the leak detection layer or the leak detection layers can be arranged at any position within the heat exchanger block or the heat exchanger. In particular, a leak detection layer or several leak detection layers can also be placed within the active area.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Plattenwärmetauscher einen stromabwärts der Analyseeinheit angeordneten Auffangbereich zum Auffangen des aus dem aktiven Bereich in die Leckdetektionslage eindringenden Prozessmediums.According to a further embodiment, the plate heat exchanger comprises a collecting area arranged downstream of the analysis unit for collecting the process medium penetrating from the active area into the leak detection layer.

Das Prozessmedium strömt vorzugsweise durch die Analyseeinheit hindurch in den Auffangbereich. Der Auffangbereich kann beispielsweise ein Speicherbehälter oder dergleichen sein. Mit Hilfe des Auffangbereichs kann das in die Leckdetektionslage eingedrungene Prozessmedium so lange gespeichert werden, bis ein geplantes Herunterfahren des Plattenwärmetauschers, beispielsweise zu Reparaturzwecken, durchgeführt werden kann. Alternativ kann der Auffangbereich auch geeignet sein, das in die Leckdetektionslage eingedrungene Prozessmedium thermisch zu verwerten, also zu verbrennen. Insbesondere kann das Prozessmedium einem Fackelsystem zugeführt werden.The process medium preferably flows through the analysis unit into the collection area. The collecting area can be, for example, a storage container or the like. With the help of the collecting area, the process medium that has penetrated into the leak detection layer can be stored until a planned shutdown of the plate heat exchanger, for example for repair purposes, can be carried out. Alternatively, the collecting area can also be suitable for thermally utilizing, i.e. burning, the process medium that has penetrated into the leak detection layer. In particular, the process medium can be fed to a flare system.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Plattenwärmetauschers vorgeschlagen. Der Plattenwärmetauscher umfasst dabei einen aktiven Bereich, eine inaktive Leerlage, die in Fluidverbindung mit einer Umgebung des Plattenwärmetauschers steht, eine inaktive Leckdetektionslage, die zwischen dem aktiven Bereich und der Leerlage angeordnet ist, wobei die Leckdetektionslage mit Hilfe einer Trennplatte von dem aktiven Bereich abgetrennt ist, und eine Analyseeinheit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Durchströmen des aktiven Bereichs mit unterschiedlichen Prozessmedien, wobei ein Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien durchgeführt wird, und b) chemisches Analysieren von aufgrund eines Lecks an oder in der Trennplatte aus dem aktiven Bereich in die Leckdetektionslage eindringendem Prozessmedium mit Hilfe der Analyseeinheit, wodurch das Leck detektiert wird.Furthermore, a method for operating such a plate heat exchanger is proposed. The plate heat exchanger comprises an active area, an inactive empty layer which is in fluid communication with an environment of the plate heat exchanger, an inactive leak detection layer which is arranged between the active area and the empty layer, the leak detection layer being separated from the active area using a separating plate , and a unit of analysis. The method has the following steps: a) flowing different process media through the active area, with a heat exchange being carried out between the process media, and b) chemically analyzing process medium penetrating from the active area into the leak detection layer due to a leak on or in the separating plate with the help of the analysis unit, whereby the leak is detected.

Wie zuvor erwähnt, weist der aktive Bereich eine Vielzahl aufeinandergestapelter Heizflächenelemente und Trennplatten auf. Hierdurch werden Wärmeübertragungspassagen ausgebildet. Bei benachbarten Wärmeübertragungspassagen kann der Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien über die jeweilige Trennplatte erfolgen. Der Wärmeaustausch kann dabei im Gleichstrom, im Kreuzstrom und/oder im Gegenstrom erfolgen. Der Schritt b) wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. Das heißt insbesondere, dass die Analyseeinheit stets in Betrieb ist, um Lecks zu detektieren. Alternativ kann die Analyseeinheit auch jeweils erst nach einem vorbestimmten Zeitintervall aktiviert werden. Bei dem chemischen Analysieren können insbesondere Bestandteile der Prozessmedien, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, von der Analyseeinheit erkannt werden. Sobald die Analyseeinheit diese Bestandteile erkennt oder detektieren kann, kann davon ausgegangen werden, dass ein Leck vorhanden ist.As previously mentioned, the active area has a plurality of stacked heating surface elements and separating plates. This creates heat transfer passages. In the case of adjacent heat transfer passages, the Heat exchange between the process media takes place via the respective separating plate. The heat exchange can take place in cocurrent, crosscurrent and/or countercurrent. Step b) is preferably carried out continuously. This means in particular that the analysis unit is always in operation to detect leaks. Alternatively, the analysis unit can only be activated after a predetermined time interval. During chemical analysis, in particular components of the process media, for example hydrocarbons, can be recognized by the analysis unit. As soon as the analysis unit recognizes or can detect these components, it can be assumed that a leak is present.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Leckdetektionslage während des Schritts b) drucklos gehalten.According to one embodiment, the leak detection layer is kept depressurized during step b).

Wie zuvor erwähnt, bedeutet dies insbesondere, dass die Leckdetektionslage unter Umgebungsdruck betrieben wird. Entsprechend kann auch die Leerlage unter Umgebungsdruck betrieben werden und ist somit bevorzugt drucklos. Die Leckdetektionslage kann gegen ein Eindringen von Komponenten aus der Umgebung rückwärts in die Leckdetektionslage geschützt sein, die sonst gegebenenfalls an der Analyseneinheit einen Fehlalarm auslösen könnten. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines kontinuierlichen Spülens mit einem Inertgas, einem Rückschlagventil, einem definierten Tiefpunkt in der Nähe eines Austritts aus der Leckdetektionslage mit einem Flüssigkeitsverschluss oder dergleichen erfolgen.As mentioned previously, this means in particular that the leak detection layer is operated under ambient pressure. Accordingly, the empty position can also be operated under ambient pressure and is therefore preferably unpressurized. The leak detection layer can be protected against penetration of components from the environment backwards into the leak detection layer, which could otherwise trigger a false alarm on the analysis unit. This can be done, for example, with the help of continuous flushing with an inert gas, a check valve, a defined low point near an exit from the leak detection layer with a liquid closure or the like.

Die für den Plattenwärmetauscher erläuterten Ausführungsformen und Erläuterungen gelten für das Verfahren entsprechend und umgekehrt.The embodiments and explanations explained for the plate heat exchanger apply accordingly to the method and vice versa.

"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl an Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the present case, “on” is not necessarily to be understood as limiting it to exactly one element. Rather, several elements, such as two, three or more, can also be provided. Any other counting word used here should not be understood to mean that there is a limitation to exactly the number of elements mentioned. Rather, numerical deviations upwards and downwards are possible, unless otherwise stated.

Weitere mögliche Implementierungen des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens hinzufügen.Further possible implementations of the plate heat exchanger and/or the method also include combinations of features or embodiments described previously or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The expert will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the plate heat exchanger and/or the process.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden der Plattenwärmetauscher und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

  • Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers;
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1; und
  • Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1.
Further advantageous refinements and aspects of the plate heat exchanger and/or the method are the subject of the subclaims and the exemplary embodiments of the plate heat exchanger and/or the method described below. The plate heat exchanger and/or the method are explained in more detail using preferred embodiments with reference to the accompanying figures.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plate heat exchanger;
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of an embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to Fig. 1 ; and
  • Fig. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for operating the plate heat exchanger according to Fig. 1 .

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.In the figures, identical or functionally identical elements have been given the same reference numbers unless otherwise stated.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers 1. Die Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2 für den Plattenwärmetauscher 1 gemäß Fig. 1. Nachfolgend wird auf die Fig. 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen.The Fig. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plate heat exchanger or plate heat exchanger 1. The Fig. 2 shows a schematic sectional view of an embodiment of a heat exchanger block 2 for the plate heat exchanger 1 according to Fig. 1 . Below we will refer to the Fig. 1 and 2 referred to at the same time.

Mit Hilfe des in der Fig. 1 dargestellten Plattenwärmetauschers 1 lässt sich ein Wärmeaustausch zwischen mehreren verschiedenen Prozessmedien A bis E realisieren. Die Prozessmedien A bis E können auch als Fluide oder Medien bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist insbesondere ein Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist vorzugsweise aus Bauteilen aufgebaut, die aus Aluminium gefertigt und miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet, sind. Der Plattenwärmetauscher 1 kann daher auch als hartgelöteter Aluminium-Plattenwärmetauscher (Engl.: Brazed Aluminum Plate Fin Heat Exchanger) bezeichnet werden.With the help of the in the Fig. 1 Plate heat exchanger 1 shown, heat exchange between several different process media A to E can be realized. The process media A to E can also be used as fluids or media be referred to. The plate heat exchanger 1 is in particular a Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) or can be referred to as such. The plate heat exchanger 1 is preferably constructed from components that are made of aluminum and soldered, in particular hard-soldered, together. The plate heat exchanger 1 can therefore also be referred to as a brazed aluminum plate heat exchanger.

Der Wärmetauscherblock 2 ist quaderförmig oder blockförmig aufgebaut und umfasst eine Vielzahl an Passagen oder Heizflächenelementen 3 sowie eine Vielzahl an Trennplatten 4. Die Heizflächenelemente 3 sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die Heizflächenelemente 3 können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Die Trennplatten 4 sind Trennbleche oder können als Trennbleche bezeichnet werden. Die Trennplatten 4 können ebenfalls aus Aluminium gefertigt sein. Die Anzahl der Heizflächenelemente 3 und die Anzahl der Trennplatten 4 ist jeweils beliebig.The heat exchanger block 2 has a cuboid or block-shaped structure and includes a large number of passages or heating surface elements 3 as well as a large number of separating plates 4. The heating surface elements 3 are so-called fins, in particular so-called heat transfer fins, or can be referred to as fins. The heating surface elements 3 can be designed as corrugated or ribbed sheets, for example as aluminum sheets. The separating plates 4 are separating plates or can be referred to as separating plates. The separating plates 4 can also be made of aluminum. The number of heating surface elements 3 and the number of separating plates 4 is arbitrary.

Dem Wärmetauscherblock 2 ist ein Koordinatensystem mit einer ersten Raumrichtung oder Breitenrichtung x, einer zweiten Raumrichtung oder Hochrichtung y und einer dritten Raumrichtung oder Tiefenrichtung z zugeordnet. Die Richtungen x, y, z sind senkrecht zueinander orientiert. Die Breitenrichtung x kann auch als x-Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden. Die Hochrichtung y kann auch als y-Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden. Die Tiefenrichtung z kann auch als z-Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden.The heat exchanger block 2 is assigned a coordinate system with a first spatial direction or width direction x, a second spatial direction or vertical direction y and a third spatial direction or depth direction z. The directions x, y, z are oriented perpendicular to each other. The width direction x can also be referred to as the x direction of the heat exchanger block 2. The vertical direction y can also be referred to as the y direction of the heat exchanger block 2. The depth direction z can also be referred to as the z direction of the heat exchanger block 2.

Die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 sind abwechselnd angeordnet. Das heißt, zwischen zwei Heizflächenelementen 3 ist jeweils eine Trennplatte 4 und zwischen zwei Trennplatten 4 ist jeweils ein Heizflächenelement 3 positioniert. Die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 können dabei stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner voneinander trennen lassen.The heating surface elements 3 and the separating plates 4 are arranged alternately. This means that a separating plate 4 is positioned between two heating surface elements 3 and a heating surface element 3 is positioned between two separating plates 4. The heating surface elements 3 and the separating plates 4 can be cohesively connected to one another. In cohesive connections, the connection partners are held together by atomic or molecular forces. Cohesive connections are non-detachable connections that can only be separated from one another by destroying the connecting means and/or the connecting partners.

Insbesondere können die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet, sein.In particular, the heating surface elements 3 and the separating plates 4 can be soldered, in particular hard-soldered, together.

Der Wärmetauscherblock 2 umfasst weiterhin Deckplatten 5, 6, zwischen denen die Vielzahl an Heizflächenelementen 3 und die Vielzahl an Trennplatten 4 angeordnet sind. Es sind eine erste Deckplatte 5 und eine zweite Deckplatte 6 vorgesehen. Die Deckplatten 5, 6 können dabei identisch wie die Trennplatten 4 aufgebaut sein. Die Deckplatten 5, 6 können sich jedoch in ihrer Dicke oder Wandstärke von den Trennplatten 4 unterscheiden. Im Gegensatz zu den Trennplatten 4 weisen die Deckplatten 5, 6 bevorzugt keine Lotplattierung auf. Die Deckplatten 5, 6 sind dabei außenseitig auf einem jeweils äußersten Heizflächenelement 3 positioniert und schließen den Wärmetauscherblock 2 in der Orientierung der Fig. 1 nach vorne und hinten ab.The heat exchanger block 2 further comprises cover plates 5, 6, between which the plurality of heating surface elements 3 and the plurality of separating plates 4 are arranged. A first cover plate 5 and a second cover plate 6 are provided. The cover plates 5, 6 can be constructed identically to the separating plates 4. However, the cover plates 5, 6 can differ from the separating plates 4 in their thickness or wall thickness. In contrast to the separating plates 4, the cover plates 5, 6 preferably have no solder plating. The cover plates 5, 6 are positioned on the outside on an outermost heating surface element 3 and close the heat exchanger block 2 in the orientation of the Fig. 1 forwards and backwards.

Weiterhin umfasst der Wärmetauscherblock 2 sogenannte Sidebars oder Randleisten 7, 8, die die Heizflächenelemente 3 seitlich begrenzen. Die Randleisten 7, 8 können mit den Trennplatten 4 und/oder den Heizflächenelementen 3 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verlötet, insbesondere hartverlötet, sein. Die zuvor genannten Bauteile des Wärmetauscherblocks 2 sind beispielsweise aus dem Werkstoff 3003 (AlMn1Cu) gefertigt.Furthermore, the heat exchanger block 2 includes so-called sidebars or edge strips 7, 8, which laterally delimit the heating surface elements 3. The edge strips 7, 8 can be materially connected to the separating plates 4 and/or the heating surface elements 3, for example soldered, in particular hard-soldered. The previously mentioned components of the heat exchanger block 2 are made, for example, from the material 3003 (AlMn1Cu).

Mit Hilfe der Heizflächenelemente 3 und der Trennplatten 4 bildet der Plattenwärmetauscher 1 eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen die Prozessmedien A bis E strömen können. Somit kann indirekt Wärme zwischen in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführten Prozessmedien A bis E übertragen werden. Die einzelnen Wärmeübertragungspassagen können mit Hilfe von Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit einem jeweiligen Prozessmedium A bis E beaufschlagt werden, indem das jeweilige Prozessmedium A bis E dem Plattenwärmetauscher 1 zugeführt wird, oder das jeweilige Prozessmedium A bis E kann mit Hilfe einer derartigen Anschlusseinrichtung 9 bis 18 von dem Plattenwärmetauscher 1 weggeführt werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind sogenannte Header oder können als solche bezeichnet werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können je nach Funktion auch als Verteiler oder Sammler bezeichnet werden.With the help of the heating surface elements 3 and the separating plates 4, the plate heat exchanger 1 forms a large number of parallel heat transfer passages in which the process media A to E can flow. Heat can thus be indirectly transferred between process media A to E guided in adjacent heat transfer passages. The individual heat transfer passages can be supplied with a respective process medium A to E with the aid of connection devices 9 to 18 by supplying the respective process medium A to E to the plate heat exchanger 1, or the respective process medium A to E can be supplied with the aid of such a connection device 9 to 18 be led away from the plate heat exchanger 1. The connection devices 9 to 18 are so-called headers or can be referred to as such. The connection devices 9 to 18 can also be referred to as distributors or collectors, depending on their function.

Beispielsweise sind die Anschlusseinrichtungen 11, 13, 15 dazu geeignet, dem Plattenwärmetauscher 1 die Prozessmedien A, B, D zuzuführen, und die Anschlusseinrichtungen 9, 10, 12, 14 sind dazu geeignet, die Prozessmedien A, C, D, E von dem Plattenwärmetauscher 1 abzuführen.For example, the connection devices 11, 13, 15 are suitable for supplying the process media A, B, D to the plate heat exchanger 1, and the connection devices 9, 10, 12, 14 are suitable for supplying the process media A, C, D, E from the plate heat exchanger 1 to be discharged.

Jeder Anschlusseinrichtung 9 bis 18 ist ein Anschlussstutzen 19 bis 25 zugeordnet, mit dessen Hilfe die jeweilige Anschlusseinrichtung 9 bis 18 mit dem entsprechenden Prozessmedium A bis E beaufschlagt werden kann oder das entsprechende Prozessmedium A bis E von der Anschlusseinrichtung 9 bis 18 weggeführt werden kann. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind stoffschlüssig mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden. Insbesondere sind die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit dem Wärmetauscherblock 2 verschweißt. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können auch mit dem Wärmetauscherblock 2 verlötet sein.Each connection device 9 to 18 is assigned a connection piece 19 to 25, with the help of which the respective connection device 9 to 18 can be supplied with the corresponding process medium A to E or the corresponding process medium A to E can be led away from the connection device 9 to 18. The connection devices 9 to 18 are materially connected to the heat exchanger block 2. In particular, the connection devices 9 to 18 are welded to the heat exchanger block 2. The connection devices 9 to 18 can also be soldered to the heat exchanger block 2.

Der Plattenwärmetauscher 1 kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage 26 sein. Die verfahrenstechnische Anlage 26 kann beispielsweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquified Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage 26 kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher 1 umfassen.The plate heat exchanger 1 can be part of a process engineering system 26. The process engineering plant 26 can be, for example, a plant for air separation, for the production of liquefied natural gas (LNG), a plant used in the petrochemical industry or the like. The process engineering system 26 can include a large number of such plate heat exchangers 1.

Wie zuvor erwähnt, sind die Bauteile des Plattenwärmetauschers 1 bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Aus Festigkeitsgründen kommt für die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 bevorzugt eine hochmagnesiumhaltige Aluminiumlegierung, wie beispielsweise der Werkstoff 5083 (AlMg4,5Mn) oder ein vergleichbarer Werkstoff, zur Anwendung. Derartige hochmagnesiumhaltige Aluminiumlegierungen weisen einen Magnesiumgehalt von etwa 4 bis 5 % auf. Derartige Aluminiumlegierungen weisen eine hohe Festigkeit auf.As mentioned above, the components of the plate heat exchanger 1 are preferably made of an aluminum alloy. For reasons of strength, an aluminum alloy with a high magnesium content, such as material 5083 (AlMg4.5Mn) or a comparable material, is preferably used for the connection devices 9 to 18. Such high-magnesium aluminum alloys have a magnesium content of approximately 4 to 5%. Such aluminum alloys have high strength.

Zum Herstellen des Wärmetauscherblock 2 werden dessen Einzelteile, nämlich die Heizflächenelemente 3, die Trennplatten 4, die Deckplatten 5, 6 sowie die Randleisten 7, 8 unter Verwendung eines Aluminiumlots in einem Lötofen unter Vakuum miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet. Das Aluminiumlot kann dabei einseitig oder beidseitig als Lotschicht, insbesondere als Lotplattierung, auf die Trennplatten 4 aufgebracht sein.To produce the heat exchanger block 2, its individual parts, namely the heating surface elements 3, the separating plates 4, the cover plates 5, 6 and the edge strips 7, 8 are soldered together, in particular hard soldered, using an aluminum solder in a soldering oven. The aluminum solder can be applied to the separating plates 4 on one or both sides as a solder layer, in particular as a solder plating.

Undichtigkeiten an dem Wärmetauscherblock 2 erfordern in der Regel ein Abschalten des Plattenwärmetauschers 1 oder der ganzen verfahrenstechnischen Anlage 26. Ungeplante Ausfallzeiten, eine Reparatur oder ein Ersatz führt im Vergleich zu einem geplanten Herunterfahren zu höheren Kosten. Daher ist eine frühzeitige Leckerkennung, die eine frühzeitige Planung des Herunterfahrens ermöglicht, wünschenswert. Hierzu weist der Plattenwärmetauscher 1 eine später noch zu erläuternde Leckdetektionseinrichtung 27 auf.Leaks in the heat exchanger block 2 usually require the plate heat exchanger 1 or the entire process engineering system 26 to be switched off. Unplanned downtime, repair or replacement leads to higher costs compared to a planned shutdown. Therefore, early leak detection that enables early shutdown planning is desirable. For this purpose, the plate heat exchanger 1 has a leak detection device 27, which will be explained later.

Der Wärmetauscherblock 2 ist modular aufgebaut und umfasst ein erstes Wärmetauscherblockmodul 28 sowie ein zweites Wärmetauscherblockmodul 29. Entlang der Hochrichtung y betrachtet sind die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 übereinander angeordnet oder aufeinandergestapelt. Die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 können fest miteinander verbunden, beispielsweise verlötet, sein.The heat exchanger block 2 has a modular structure and includes a first heat exchanger block module 28 and a second heat exchanger block module 29. Viewed along the vertical direction y, the heat exchanger block modules 28, 29 are arranged one above the other or stacked on top of one another. The heat exchanger block modules 28, 29 can be firmly connected to one another, for example soldered.

Jedes Wärmetauscherblockmodul 28, 29 umfasst zwei wie zuvor erwähnte Deckplatten 5, 6. Die Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 liegt an der Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 an. Beispielsweise sind die Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und die Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt oder durch eine andere Art und Weise miteinander verbunden.Each heat exchanger block module 28, 29 includes two cover plates 5, 6 as mentioned above. The cover plate 5 of the first heat exchanger block module 28 rests on the cover plate 6 of the second heat exchanger block module 29. For example, the cover plate 5 of the first heat exchanger block module 28 and the cover plate 6 of the second heat exchanger block module 29 are firmly connected to one another, in particular welded to one another or connected to one another in another way.

Zwischen den Deckplatten 5, 6 jedes Wärmetauscherblockmoduls 28, 29 ist eine Vielzahl wie zuvor erwähnter Heizflächenelemente 3 und Trennplatten 4 abwechselnd angeordnet. Randseitig werden die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 von Randleisten 7, 8 abgeschlossen.Between the cover plates 5, 6 of each heat exchanger block module 28, 29, a large number of heating surface elements 3 and separating plates 4, as mentioned above, are arranged alternately. The heat exchanger block modules 28, 29 are closed off at the edge by edge strips 7, 8.

Die Deckplatte 6 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und die Deckplatte 5 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 sind außenliegend. In der Orientierung der Fig. 3 unterhalb der Deckplatte 6 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 ist eine Leerlage 30 (Engl.: Dummy Layer) vorgesehen. Die Leerlage 30 umfasst ein wie zuvor erwähntes Heizflächenelement 3, das zwischen zwei Trennplatten 4 angeordnet ist.The cover plate 6 of the first heat exchanger block module 28 and the cover plate 5 of the second heat exchanger block module 29 are external. In the orientation of the Fig. 3 An empty layer 30 (dummy layer) is provided below the cover plate 6 of the first heat exchanger block module 28. The empty layer 30 comprises a heating surface element 3 as mentioned above, which is arranged between two separating plates 4.

In der Leerlage 30 strömt kein Prozessmedium A bis E. Die Leerlage 30 ist somit inaktiv. "Inaktiv" heißt demgemäß im Zusammenhang mit der Leerlage 30, dass diese nicht von den Prozessmedien A bis E durchströmbar ist oder durchströmt wird. Die Leerlage 30 ist zu einer den Wärmertauscherblock 2 umgebenden Atmosphäre oder Umgebung 31 hin offen. Die Leerlage 30 ist damit drucklos beziehungsweise es herrscht Umgebungsdruck in der Leerlage 30.No process medium A to E flows in the empty position 30. The empty position 30 is therefore inactive. In connection with the empty layer 30, “inactive” means that the process media A to E cannot or will not flow through it. The empty layer 30 is open to an atmosphere or environment 31 surrounding the heat exchanger block 2. The empty position 30 is therefore pressureless or there is ambient pressure in the empty position 30.

In der Orientierung der Fig. 3 oberhalb der Deckplatte 5 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 ist eine Leerlage 32 (Engl.: Dummy Layer) vorgesehen. Von ihrem Aufbau her entspricht die Leerlage 32 der Leerlage 30. Die Leerlage 32 umfasst demgemäß ein Heizflächenelement 3, das zwischen zwei Trennplatten 4 angeordnet ist.In the orientation of the Fig. 3 A dummy layer 32 is provided above the cover plate 5 of the second heat exchanger block module 29. In terms of its structure, the empty layer 32 corresponds to the empty layer 30. The empty layer 32 accordingly comprises a heating surface element 3 which is arranged between two separating plates 4.

Auch in der Leerlage 32 strömt kein Prozessmedium A bis E. Die Leerlage 32 ist somit ebenfalls inaktiv. Auch die Leerlage 32 ist zu der Umgebung 31 hin offen. Die Leerlage 32 ist damit ebenfalls drucklos beziehungsweise es herrscht Umgebungsdruck in der Leerlage 32. An den einander zugewandten Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 ist jedoch keine wie zuvor erwähnte Leerlage 30, 32 vorgesehen. Es kann jedoch zusätzlich an den einander zugewandten Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 jeweils eine wie zuvor erwähnte Leerlage 30, 32 vorgesehen sein.Even in the empty position 32, no process medium A to E flows. The empty position 32 is therefore also inactive. The empty layer 32 is also open to the surroundings 31. The empty layer 32 is therefore also unpressurized or there is ambient pressure in the empty layer 32. However, no empty layer 30, 32 as previously mentioned is provided on the cover plates 5, 6 of the heat exchanger block modules 28, 29 that face one another. However, an empty layer 30, 32 as mentioned above can also be provided on the mutually facing cover plates 5, 6 of the heat exchanger block modules 28, 29.

Jedes Wärmetauscherblockmodul 28, 29 weist einen aktiven Bereich 33, 34 auf. Dem ersten Wärmetauscherblockmodul 28 ist der aktive Bereich 33 zugeordnet. Dem zweiten Wärmetauscherblockmodul 29 ist der aktive Bereich 34 zugeordnet. Jeder aktive Bereich 33, 34 umfasst eine Vielzahl von Wärmeübertragungspassagen, die von den Heizflächenelementen 3 und den Trennplatten 4 gebildet werden. Durch diese Wärmeübertragungspassagen strömen die Prozessmedien A bis E.Each heat exchanger block module 28, 29 has an active area 33, 34. The active area 33 is assigned to the first heat exchanger block module 28. The active area 34 is assigned to the second heat exchanger block module 29. Each active area 33, 34 includes a plurality of heat transfer passages which are formed by the heating surface elements 3 and the separating plates 4. The process media A to E flow through these heat transfer passages.

"Aktiv" heißt im Zusammenhang mit den aktiven Bereichen 33, 34, dass diese von den Prozessmedien A bis E durchströmt werden oder durchströmbar sind. Im Gegensatz hierzu sind die Leerlagen 30, 32 inaktiv und werden nicht von den Prozessmedien A bis E durchströmt. Die Leerlagen 30, 32 sind demgemäß nicht Teil der aktiven Bereiche 33, 34.In connection with the active areas 33, 34, “active” means that the process media A to E flow through them or can flow through them. In contrast to this, the empty layers 30, 32 are inactive and are not flowed through by the process media A to E. The empty layers 30, 32 are therefore not part of the active areas 33, 34.

Das erste Wärmetauscherblockmodul 28 weist eine erste Leckdetektionslage 35 auf. Die erste Leckdetektionslage 35 umfasst ein Heizflächenelement 3, das zwischen zwei Trennplatten 4 angeordnet ist. Die erste Leckdetektionslage 35 ist zwischen der Leerlage 30 und dem aktiven Bereich 33 angeordnet. Die erste Leckdetektionslage 35 ist mit Hilfe einer Trennplatte 4 von der Leerlage 30 fluidisch abgetrennt. "Fluidisch abgetrennt" heißt in diesem Zusammenhang, dass ein Fluidaustausch zwischen der ersten Leckdetektionslage 35 und der Leerlage 30 nicht möglich ist. Diese vorgenannte Trennplatte 4 kann der Leerlage 30, der ersten Leckdetektionslage 35 oder sowohl der Leerlage 30 als auch der ersten Leckdetektionslage 35 zugeordnet sein.The first heat exchanger block module 28 has a first leak detection layer 35. The first leak detection layer 35 comprises a heating surface element 3 which is arranged between two separating plates 4. The first leak detection layer 35 is arranged between the empty layer 30 and the active area 33. The first leak detection layer 35 is fluidly separated from the empty layer 30 with the aid of a separating plate 4. “Fluidically separated” in this context means that fluid exchange between the first leak detection layer 35 and the empty layer 30 is not possible. This aforementioned separating plate 4 can be assigned to the empty layer 30, the first leak detection layer 35 or both the empty layer 30 and the first leak detection layer 35.

Die erste Leckdetektionslage 35 ist mit einer Trennplatte 4 von dem aktiven Bereich 33 fluidisch abgetrennt. Diese vorgenannte Trennplatte 4 kann der ersten Leckdetektionslage 35, dem aktiven Bereich 33 oder sowohl der ersten Leckdetektionslage 35 als auch dem aktiven Bereich 33 zugeordnet sein.The first leak detection layer 35 is fluidically separated from the active area 33 with a separating plate 4. This aforementioned separation plate 4 can be assigned to the first leak detection layer 35, the active area 33 or both the first leak detection layer 35 and the active area 33.

Das erste Wärmetauscherblockmodul 28 weist ferner eine zweite Leckdetektionslage 36 auf. Entlang der Tiefenrichtung z betrachtet ist der aktive Bereich 33 zwischen der ersten Leckdetektionslage 35 und der zweiten Leckdetektionslage 36 platziert. Die zweite Leckdetektionslage 36 umfasst ein Heizflächenelement 3, das zwischen zwei Trennplatten 4 angeordnet ist. Die zweite Leckdetektionslage 36 ist zwischen der Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und dem aktiven Bereich 33 angeordnet.The first heat exchanger block module 28 further has a second leak detection layer 36. Viewed along the depth direction z, the active area 33 is placed between the first leak detection layer 35 and the second leak detection layer 36. The second leak detection layer 36 comprises a heating surface element 3 which is arranged between two separating plates 4. The second leak detection layer 36 is arranged between the cover plate 5 of the first heat exchanger block module 28 and the active area 33.

Die zweite Leckdetektionslage 36 weist eine Trennplatte 4 auf, die mit der Deckplatte 5 fest verbunden, insbesondere verlötet, ist. Diese vorgenannte Trennplatte 4 kann Teil der zweiten Leckdetektionslage 36 sein. Die zweite Leckdetektionslage 36 ist zwischen der Deckplatte 5 und dem aktiven Bereich 33 angeordnet. Die zweite Leckdetektionslage 36 ist mit einer Trennplatte 4 von dem aktiven Bereich 33 fluidisch abgetrennt. Diese vorgenannte Trennplatte 4 kann der zweiten Leckdetektionslage 36, dem aktiven Bereich 33 oder sowohl der zweiten Leckdetektionslage 36 als auch dem aktiven Bereich 33 zugeordnet sein. Die Leckdetektionslagen 35, 36 werden nicht von den Prozessmedien A bis E durchströmt. Die Leckdetektionslagen 35, 36 sind demgemäß "inaktiv".The second leak detection layer 36 has a separating plate 4, which is firmly connected, in particular soldered, to the cover plate 5. This aforementioned separation plate 4 can be part of the second leak detection layer 36. The second leak detection layer 36 is arranged between the cover plate 5 and the active area 33. The second leak detection layer 36 is fluidically separated from the active area 33 with a separating plate 4. This aforementioned separation plate 4 can be assigned to the second leak detection layer 36, the active area 33 or both the second leak detection layer 36 and the active area 33. The leak detection layers 35, 36 are not flowed through by the process media A to E. The leak detection layers 35, 36 are therefore “inactive”.

Das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 ist vorzugsweise identisch wie das erste Wärmetauscherblockmodul 28 aufgebaut. Demgemäß weist auch das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 eine erste Leckdetektionslage 37 sowie eine zweite Leckdetektionslage 38 auf. Der aktive Bereich 34 ist zwischen diesen beiden Leckdetektionslagen 37, 38 platziert. Auch die Leckdetektionslagen 37, 38 werden nicht von den Prozessmedien A bis E durchströmt. Demgemäß sind auch die Leckdetektionslagen 37, 38 inaktiv. Alle Leckdetektionslagen 35 bis 38 sind gegenüber der Umgebung 31 abgeschlossen. Dabei sind die Leckdetektionslagen 35 bis 38 jedoch bevorzugt drucklos.The second heat exchanger block module 29 is preferably constructed identically to the first heat exchanger block module 28. Accordingly, the second heat exchanger block module 29 also has a first leak detection layer 37 and a second leak detection layer 38. The active area 34 is placed between these two leak detection layers 37, 38. The process media A to E also do not flow through the leak detection layers 37, 38. Accordingly, the leak detection layers 37, 38 are also inactive. All leak detection layers 35 to 38 are closed off from the environment 31. However, the leak detection layers 35 to 38 are preferably unpressurized.

Jeder der Leckdetektionslagen 35 bis 38 ist eine Leitung 39 bis 42 zugeordnet, die mit der jeweiligen Leckdetektionslage 35 bis 38 in Fluidverbindung ist. Die Leitungen 39 bis 42 münden in eine gemeinsame Sammelleitung 43 ein. Die Sammelleitung 43 verzweigt sich und führt zum einen zu einer Analyseeinheit 44 und zum anderen zu einer Überdruckschutzeinheit 45. Die Leckdetektionslagen 35 bis 38, die Leitungen 39 bis 42, die Sammelleitung 43, die Analyseeinheit 44 und die Überdruckschutzeinheit 45 bilden zusammen die Leckdetektionseinrichtung 27 des Wärmetauscherblocks 2 beziehungsweise des Plattenwärmetauschers 1.Each of the leak detection layers 35 to 38 is assigned a line 39 to 42, which is in fluid connection with the respective leak detection layer 35 to 38. The lines 39 to 42 open into a common collecting line 43. The collecting line 43 branches and leads on the one hand to an analysis unit 44 and on the other hand to an overpressure protection unit 45. The leak detection layers 35 to 38, the lines 39 to 42, the collecting line 43, the analysis unit 44 and the overpressure protection unit 45 together form the leak detection device 27 Heat exchanger block 2 or plate heat exchanger 1.

Die Analyseeinheit 44 ist dazu eingerichtet, chemische Substanzen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, die in den Prozessmedien A bis E enthalten sind, zu detektieren und zu identifizieren. Die Analyseeinheit 44 kann ein Massenspektrometer sein oder ein Massenspektrometer aufweisen. Die Analyseeinheit 44 kann einen Rechner, einen Datenspeicher oder dergleichen aufweisen. Die Analyseeinheit 44 kann auch geeignet sein, ein Analyseergebnis auszugeben. Dies kann beispielsweise optisch auf einem Bildschirm erfolgen. Je nach Analyseergebnis kann auch ein akustisches und/oder optisches Warnsignal ausgegeben werden.The analysis unit 44 is set up to detect and identify chemical substances, such as hydrocarbons, which are contained in the process media A to E. The analysis unit 44 can be a mass spectrometer or have a mass spectrometer. The analysis unit 44 can have a computer, a data memory or the like. The analysis unit 44 can also be suitable for outputting an analysis result. This can be done visually on a screen, for example. Depending on the analysis result, an acoustic and/or visual warning signal can also be issued.

Die Überdruckschutzeinheit 45 verhindert einen unerwünschten Druckaufbau in den Leckdetektionslagen 35 bis 38. Die Überdruckschutzeinheit 45 kann ein Überdruckventil oder eine Berstmembran sein oder aufweisen. Die Überdruckschutzeinheit 45 verhindert einen Druckanstieg innerhalb der Leckdetektionslagen 35 bis 38 über einen Auslegungsdruck des Wärmetauscherblocks 2.The overpressure protection unit 45 prevents an undesirable pressure build-up in the leak detection layers 35 to 38. The overpressure protection unit 45 can be or have an overpressure valve or a bursting membrane. The overpressure protection unit 45 prevents a pressure increase within the leak detection layers 35 to 38 above a design pressure of the heat exchanger block 2.

Die Leckdetektionslagen 35 bis 38 sind an aktiven Bereichen des Wärmetauscherblocks 2 vorgesehen, an denen Leckagen am wahrscheinlichsten sind. Vorliegend ist das beispielsweise ein aktiver Bereich, an dem die beiden Wärmetauscherblockmodule 28, 29 miteinander verbunden sind sowie ein aktiver Bereich, der die außenliegenden Deckplatten 5, 6 umfasst. In diesen vorgenannten aktiven Bereichen können temperaturbedingt hohe mechanische Spannungen auftreten, die zu Rissen führen können.The leak detection layers 35 to 38 are provided at active areas of the heat exchanger block 2 where leaks are most likely. In the present case, for example, this is an active area where the two heat exchanger block modules 28, 29 are connected to one another and an active area which includes the external cover plates 5, 6. In these aforementioned active areas, high mechanical stresses can occur due to temperature, which can lead to cracks.

Zur Leckdetektion sind hier die beiden zweiten Leckdetektionslagen 36, 38 vorgesehen. Ferner sind an den zur Umgebung 31 hinweisenden Deckplatten 5, 6 die ersten Leckdetektionslagen 35, 37 vorgesehen. Grundsätzlich können die Leckdetektionslagen 35 bis 38 jedoch an beliebiger Stelle, insbesondere auch innerhalb der aktiven Bereiche 33, 34, vorgesehen sein. Zur Leckdetektion ist zumindest genau eine Leckdetektionslage 35 bis 38 vorgesehen.The two second leak detection layers 36, 38 are provided here for leak detection. Furthermore, the first leak detection layers 35, 37 are provided on the cover plates 5, 6 facing the surroundings 31. In principle, however, the leak detection layers 35 to 38 can be provided anywhere, in particular within the active areas 33, 34. At least exactly one leak detection layer 35 to 38 is provided for leak detection.

Die Funktionalität der Leckdetektionseinrichtung 27 wird nachfolgend anhand der ersten Leckdetektionslage 35 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 erläutert. Alle Ausführungen betreffend die erste Leckdetektionslage 35 sind jedoch entsprechend auf die anderen Leckdetektionslagen 36 bis 38 entsprechend anwendbar.The functionality of the leak detection device 27 is explained below using the first leak detection layer 35 of the first heat exchanger block module 28. However, all statements regarding the first leak detection layer 35 can be applied accordingly to the other leak detection layers 36 to 38.

In dem Fall, dass die zwischen der ersten Detektionslage 35 und dem aktiven Bereich 33 vorgesehene Trennplatte 4 ein Leck aufweist, strömt ein Teil des jeweiligen Prozessmediums A bis E in die erste Detektionslage 35 ein. Hierbei ist es schon ausreichend, wenn sehr geringe Mengen des jeweiligen Prozessmediums A bis E aus dem aktiven Bereich 33 heraus in die erste Detektionslage 35 eindringen. Das Prozessmedium A bis E wird dann über die Leitung 39 und die Sammelleitung 43 der Analyseeinheit 44 zugeführt, die das Prozessmedium A bis E chemisch analysiert.In the event that the separating plate 4 provided between the first detection layer 35 and the active region 33 has a leak, part of the respective process medium A to E flows into the first detection layer 35. It is sufficient here if very small amounts of the respective process medium A to E penetrate from the active area 33 into the first detection layer 35. The process medium A to E is then fed via line 39 and the collecting line 43 to the analysis unit 44, which chemically analyzes the process medium A to E.

Bei der chemischen Analyse wird nach chemischen Substanzen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen, gesucht, die in den Prozessmedien A bis E enthalten sind. Ist die Analyse positiv, das heißt beispielsweise, dass Kohlenwasserstoffe detektiert werden, kann beispielsweise ein Alarm ausgegeben werden. Von der Analyseeinheit 44 wird das ausgetretene Prozessmedium A bis E in einen geeigneten Auffangbereich 46 geleitet oder entsorgt, so dass das Prozessmedium A bis E nicht in die Umgebung 31 gelangt. Der Auffangbereich 46 kann ein Speicherbehälter oder dergleichen sein. In der Regel wird das Prozessmedium A bis E jedoch einem Fackelsystem zugeführt.Chemical analysis looks for chemical substances, such as hydrocarbons, that are contained in the process media A to E. If the analysis is positive, that is, for example, that hydrocarbons are detected, an alarm can be issued, for example. From the analysis unit 44, the leaked process medium A to E is directed or disposed of into a suitable collection area 46, so that the process medium A to E does not escape into the environment 31 reached. The collection area 46 may be a storage container or the like. As a rule, however, the process medium A to E is fed to a flare system.

In der Regel entwickeln sich Risse in einem derartigen Wärmetauscherblock 2 sehr langsam und vergrößern sich dabei zunehmend. Daher ist zu erwarten, dass ein Leckvolumenstrom des in die erste Leckdetektionslage 35 einströmenden Prozessmediums A bis E über eine gewisse Zeit zu dem zuvor erwähnten Auffangbereich 46 geleitet werden kann. Währenddessen kann ein gezieltes Herunterfahren, ein Ersatz und/oder eine Reparatur des Plattenwärmetauschers 1 beziehungsweise des Wärmetauscherblocks 2 vorbereitet werden. Es ist somit möglich, Leckagen zu erkennen, bevor diese kritisch für den Betrieb des Plattenwärmetauschers 1 werden.As a rule, cracks in such a heat exchanger block 2 develop very slowly and become increasingly larger. It is therefore to be expected that a leakage volume flow of the process medium A to E flowing into the first leak detection layer 35 can be directed to the previously mentioned collection area 46 over a certain period of time. Meanwhile, a targeted shutdown, replacement and/or repair of the plate heat exchanger 1 or the heat exchanger block 2 can be prepared. It is therefore possible to detect leaks before they become critical for the operation of the plate heat exchanger 1.

Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Plattenwärmetauschers 1.The Fig. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for operating the plate heat exchanger 1.

Das Verfahren umfasst einen Schritt S1 eines Durchströmens des jeweiligen aktiven Bereichs 33, 34 mit den Prozessmedien A bis E, wobei ein Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien A bis E durchgeführt wird. In einem Schritt S2 wird aufgrund eines Lecks an oder in der Trennplatte 4 aus dem aktiven Bereich 33, 34 in die Leckdetektionslage 35 bis 38 eindringendes Prozessmedium A bis E mit Hilfe der Analyseeinheit 44 chemisch analysiert, wodurch das Leck detektiert wird. Vorzugsweise wird die Leckdetektionslage 35 bis 38 während des Schritts S2 drucklos gehalten.The method includes a step S1 of flowing through the respective active area 33, 34 with the process media A to E, wherein a heat exchange between the process media A to E is carried out. In a step S2, due to a leak on or in the separating plate 4, process medium A to E penetrating from the active area 33, 34 into the leak detection layer 35 to 38 is chemically analyzed with the aid of the analysis unit 44, whereby the leak is detected. Preferably, the leak detection layer 35 to 38 is kept depressurized during step S2.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.Although the present invention has been described using exemplary embodiments, it can be modified in many ways.

Verwendete BezugszeichenReference symbols used

11
PlattenwärmetauscherPlate heat exchanger
22
WärmetauscherblockHeat exchanger block
33
HeizflächenelementHeating surface element
44
TrennplatteSeparation plate
55
DeckplatteCover plate
66
DeckplatteCover plate
77
RandleisteSidebar
88th
RandleisteSidebar
99
AnschlusseinrichtungConnection device
1010
AnschlusseinrichtungConnection device
1111
AnschlusseinrichtungConnection device
1212
AnschlusseinrichtungConnection device
1313
AnschlusseinrichtungConnection device
1414
AnschlusseinrichtungConnection device
1515
AnschlusseinrichtungConnection device
1616
AnschlusseinrichtungConnection device
1717
AnschlusseinrichtungConnection device
1818
AnschlusseinrichtungConnection device
1919
AnschlussstutzenConnection piece
2020
AnschlussstutzenConnection piece
2121
AnschlussstutzenConnection piece
2222
AnschlussstutzenConnection piece
2323
AnschlussstutzenConnection piece
2424
AnschlussstutzenConnection piece
2525
AnschlussstutzenConnection piece
2626
verfahrenstechnische Anlageprocess engineering plant
2727
LeckdetektionseinrichtungLeak detection device
2828
WärmetauscherblockmodulHeat exchanger block module
2929
WärmetauscherblockmodulHeat exchanger block module
3030
LeerlageEmpty location
3131
UmgebungVicinity
3232
LeerlageEmpty location
3333
aktiver Bereichactive area
3434
aktiver Bereichactive area
3535
LeckdetektionslageLeak detection location
3636
LeckdetektionslageLeak detection location
3737
LeckdetektionslageLeak detection location
3838
LeckdetektionslageLeak detection location
3939
LeitungLine
4040
LeitungLine
4141
LeitungLine
4242
LeitungLine
4343
Sammelleitungmanifold
4444
AnalyseeinheitUnit of analysis
4545
ÜberdruckschutzeinheitOverpressure protection unit
4646
AuffangbereichCollection area
AA
ProzessmediumProcess medium
Bb
ProzessmediumProcess medium
CC
ProzessmediumProcess medium
DD
ProzessmediumProcess medium
EE
ProzessmediumProcess medium
S1S1
SchrittStep
S2S2
SchrittStep
xx
BreitenrichtungWidth direction
yy
HochrichtungHigh direction
ze.g
TiefenrichtungDepth direction

Claims (15)

Plattenwärmetauscher (1) mit einem aktiven Bereich (33, 34), der im Betrieb des Plattenwärmetauschers (1) zum Wärmeaustausch zwischen unterschiedlichen Prozessmedien (A - E) mit den Prozessmedien (A - R) durchströmbar ist, einer inaktiven Leerlage (30, 32), die in Fluidverbindung mit einer Umgebung (31) des Plattenwärmetauschers (1) steht, einer inaktiven Leckdetektionslage (35, 37), die zwischen dem aktiven Bereich (33, 34) und der Leerlage (30, 32) angeordnet ist, wobei die Leckdetektionslage (35, 37) mit Hilfe einer Trennplatte (4) von dem aktiven Bereich (33, 34) abgetrennt ist, und einer Analyseeinheit (44) zur chemischen Analyse von aufgrund eines Lecks an oder in der Trennplatte (4) aus dem aktiven Bereich (33, 34) in die Leckdetektionslage (35, 37) eindringendem Prozessmedium (A - E), um das Leck zu detektieren.Plate heat exchanger (1) with an active area (33, 34), through which the process media (A - R) can flow during operation of the plate heat exchanger (1) for heat exchange between different process media (A - E), an inactive empty layer (30, 32 ), which is in fluid communication with an environment (31) of the plate heat exchanger (1), an inactive leak detection layer (35, 37) which is arranged between the active area (33, 34) and the empty layer (30, 32), the Leak detection layer (35, 37) is separated from the active area (33, 34) with the aid of a separating plate (4), and an analysis unit (44) for chemical analysis of the active area due to a leak on or in the separating plate (4). (33, 34) into the leak detection layer (35, 37) penetrating process medium (A - E) in order to detect the leak. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei genau eine Leckdetektionslage (35, 37) zwischen dem aktiven Bereich (33, 34) und der Leerlage (30, 32) angeordnet ist.Plate heat exchanger according to claim 1, wherein exactly one leak detection layer (35, 37) is arranged between the active area (33, 34) and the empty layer (30, 32). Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leckdetektionslage (35, 37) die Trennplatte (4), eine weitere Trennplatte (4), welche die Leckdetektionslage (35, 37) gegenüber der Leerlage (30, 32) abgrenzt, und ein Heizflächenelement (3), das zwischen den beiden Trennplatten (4) angeordnet ist, aufweist.Plate heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the leak detection layer (35, 37) is the separating plate (4), a further separating plate (4) which delimits the leak detection layer (35, 37) from the empty layer (30, 32), and a heating surface element ( 3), which is arranged between the two separating plates (4). Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Leckdetektionslage (35, 37) im Betrieb des Plattenwärmetauschers (1) drucklos ist.Plate heat exchanger according to one of claims 1 - 3, wherein the leak detection layer (35, 37) is depressurized during operation of the plate heat exchanger (1). Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 4, ferner umfassend einen Wärmetauscherblock (2), der den aktiven Bereich (33, 34), die Leerlage (30, 32) und die Leckdetektionslage (35, 37) aufweist, wobei die Analyseeinheit (44) in Fluidverbindung mit der Leckdetektionslage (35, 37) steht.Plate heat exchanger according to one of claims 1 - 4, further comprising a heat exchanger block (2) which has the active area (33, 34), the empty layer (30, 32) and the leak detection layer (35, 37), wherein the analysis unit (44) is in fluid communication with the leak detection layer (35, 37). Plattenwärmetauscher nach Anspruch 5, wobei die Analyseeinheit (44) außerhalb des Wärmetauscherblocks (2) angeordnet ist.Plate heat exchanger according to claim 5, wherein the analysis unit (44) is arranged outside the heat exchanger block (2). Plattenwärmetauscher nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Analyseeinheit (44) mit Hilfe einer von der Leckdetektionslage (35, 37) wegführenden Leitung (39, 42) und einer Sammelleitung (43), in welche die Leitung (39, 42) einmündet, in Fluidverbindung mit der Leckdetektionslage (35, 37) steht.Plate heat exchanger according to claim 5 or 6, wherein the analysis unit (44) with the aid of a line (39, 42) leading away from the leak detection layer (35, 37) and a collecting line (43) into which the line (39, 42) opens Fluid connection with the leak detection layer (35, 37). Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 7, ferner umfassend eine Überdruckschutzeinheit (45), die mit der Leckdetektionslage (35, 37) in Fluidverbindung steht.Plate heat exchanger according to one of claims 1 - 7, further comprising an overpressure protection unit (45) which is in fluid communication with the leak detection layer (35, 37). Plattenwärmetauscher nach Anspruch 8, wobei die Analyseeinheit (44) und die Überdruckschutzeinheit (45) parallelgeschaltet sind.Plate heat exchanger according to claim 8, wherein the analysis unit (44) and the overpressure protection unit (45) are connected in parallel. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 9, ferner umfassend eine Deckplatte (5, 6), die zu der Umgebung (31) hinweist, wobei die Leerlage (30) zwischen der Deckplatte (5, 6) und der Leckdetektionslage (35, 37) angeordnet ist.Plate heat exchanger according to one of claims 1 - 9, further comprising a cover plate (5, 6) which faces the environment (31), the empty layer (30) between the cover plate (5, 6) and the leak detection layer (35, 37) is arranged. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 10, ferner umfassend ein erstes Wärmetauscherblockmodul (28) mit einer ersten Deckplatte (5) und einer zweiten Deckplatte (6) und ein zweites Wärmetauscherblockmodul (29) mit einer ersten Deckplatte (5) und einer zweiten Deckplatte (6), wobei das erste Wärmetauscherblockmodul (28) an seiner ersten Deckplatte (5) mit der zweiten Deckplatte (6) des zweiten Wärmetauscherblockmoduls (29) verbunden ist.Plate heat exchanger according to claim 10, further comprising a first heat exchanger block module (28) with a first cover plate (5) and a second cover plate (6) and a second heat exchanger block module (29) with a first cover plate (5) and a second cover plate (6), wherein the first heat exchanger block module (28) is connected at its first cover plate (5) to the second cover plate (6) of the second heat exchanger block module (29). Plattenwärmetauscher nach Anspruch 11, ferner umfassend eine weitere inaktive Leckdetektionslage (36, 38), die zwischen dem aktiven Bereich (33) und der ersten Deckplatte (5) des ersten Wärmetauscherblockmoduls (28) und/oder zwischen dem aktiven Bereich (34) und der zweiten Deckplatte (5) des zweiten Wärmetauscherblockmoduls (29) angeordnet ist.Plate heat exchanger according to claim 11, further comprising a further inactive leak detection layer (36, 38) between the active area (33) and the first cover plate (5) of the first heat exchanger block module (28) and / or between the active area (34) and the second cover plate (5) of the second heat exchanger block module (29) is arranged. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 12, ferner umfassend einen stromabwärts der Analyseeinheit (44) angeordneten Auffangbereich (46) zum Auffangen des aus dem aktiven Bereich (33, 34) in die Leckdetektionslage (35, 37) eindringenden Prozessmediums (A- E).Plate heat exchanger according to one of claims 1 - 12, further comprising a collecting area (46) arranged downstream of the analysis unit (44) for collecting the process medium (A-E) penetrating from the active area (33, 34) into the leak detection layer (35, 37). . Verfahren zum Betreiben eines Plattenwärmetauschers (1) mit einem aktiven Bereich (33, 34), einer inaktiven Leerlage (30, 32), die in Fluidverbindung mit einer Umgebung (31) des Plattenwärmetauschers (1) steht, einer inaktiven Leckdetektionslage (35, 37), die zwischen dem aktiven Bereich (33, 34) und der Leerlage (30, 32) angeordnet ist, wobei die Leckdetektionslage (35, 37) mit Hilfe einer Trennplatte (4) von dem aktiven Bereich (33, 34) abgetrennt ist, und einer Analyseeinheit (44), mit folgenden Schritten: a) Durchströmen (S1) des aktiven Bereichs (33, 34) mit unterschiedlichen Prozessmedien (A - E), wobei ein Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien (A - E) durchgeführt wird, und b) chemisches Analysieren (S2) von aufgrund eines Lecks an oder in der Trennplatte (4) aus dem aktiven Bereich (33, 34) in die Leckdetektionslage (35, 37) eindringendem Prozessmedium (A- E) mit Hilfe der Analyseeinheit (44), wodurch das Leck detektiert wird. Method for operating a plate heat exchanger (1) with an active area (33, 34), an inactive empty layer (30, 32) which is in fluid communication with an environment (31) of the plate heat exchanger (1), an inactive leak detection layer (35, 37 ), which is arranged between the active area (33, 34) and the empty layer (30, 32), the leak detection layer (35, 37) being separated from the active area (33, 34) with the aid of a separating plate (4), and an analysis unit (44), with the following steps: a) Flowing through (S1) the active area (33, 34) with different process media (A - E), whereby a heat exchange between the process media (A - E) is carried out, and b) chemically analyzing (S2) process medium (A-E) penetrating from the active area (33, 34) into the leak detection layer (35, 37) due to a leak on or in the separating plate (4) with the aid of the analysis unit (44) , whereby the leak is detected. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Leckdetektionslage (35, 37) während des Schritts b) drucklos gehalten wird.Method according to claim 14, wherein the leak detection layer (35, 37) is kept depressurized during step b).
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