EP4573334A1 - Verfahren zum verwalten einer verfahrenstechnischen anlage - Google Patents

Verfahren zum verwalten einer verfahrenstechnischen anlage

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Publication number
EP4573334A1
EP4573334A1 EP23754705.4A EP23754705A EP4573334A1 EP 4573334 A1 EP4573334 A1 EP 4573334A1 EP 23754705 A EP23754705 A EP 23754705A EP 4573334 A1 EP4573334 A1 EP 4573334A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
user interface
service life
sensor values
determined
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
EP23754705.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shreya BHATIA
Paul Heinz
Oliver SLABY
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
Publication of EP4573334A1 publication Critical patent/EP4573334A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0005—Light or noble gases
    • F25J1/0007—Helium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0005—Light or noble gases
    • F25J1/001—Hydrogen
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    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04787—Heat exchange, e.g. main heat exchange line; Subcooler, external reboiler-condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-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
    • F28D9/0062—Heat-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
    • F28D9/0068—Heat-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 with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2280/00—Control of the process or apparatus
    • F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing

Definitions

  • the invention relates to a method for managing a process engineering system and a graphical user interface for managing a process engineering system, as well as a computing system, a computer program and a machine-readable storage medium.
  • Process engineering systems are usually understood to mean systems for carrying out material changes and/or material conversions with the help of purposeful physical and/or chemical and/or biological and/or nuclear effects.
  • Such changes and implementations typically include crushing, sieving, mixing, heat transfer, rectification, crystallization, drying, cooling, filling and superimposed material transformations such as chemical, biological or nuclear reactions.
  • Heat exchangers e.g. vacuum-brazed (aluminum) plate heat exchangers (PFHE) or spiral-wound heat exchangers (CWHE) are often used in process engineering systems due to a variety of advantages (heat integration, compactness , costs).
  • PFHE vacuum-brazed plate heat exchangers
  • CWHE spiral-wound heat exchangers
  • PFHE vacuum-brazed plate heat exchangers
  • CWHE spiral-wound heat exchangers
  • a (plate) heat exchanger can have a large number of separating plates or separating plates arranged parallel to one another.
  • slat plates and a large number of slats (so-called fins) or structural sheets with slats, with one slat being arranged between two adjacent separating plates, so that a multiplicity of parallel channels are formed between adjacent plates, which are filled with a medium are flowable.
  • the slats are bordered by so-called sidebars, which are soldered to the adjacent panels.
  • a heat exchanger block is formed by the interconnected structural sheets, sidebars, separating sheets and cover sheets. In this way, a heat exchanger block is formed with a large number of parallel heat transfer passages, so that media, for example, in Countercurrent can be passed past each other in order to carry out an indirect heat exchange.
  • a heat exchanger in particular a plate heat exchanger (PFHE), can have a large number of such heat exchanger blocks.
  • PFHE plate heat exchanger
  • the aim is to be able to manage such a process engineering system, for example in order to be able to operate the system effectively.
  • the process engineering system has at least one heat exchanger.
  • Each of these heat exchangers is designed as a plate heat exchanger, for example as a vacuum-brazed (aluminum) plate heat exchanger (PFHE).
  • PFHE vacuum-brazed plate heat exchanger
  • each of these heat exchangers has a large number of heat exchanger blocks.
  • These individual heat exchangers are provided in the process engineering system in particular for heating or cooling a specific fluid or fluid stream.
  • the process engineering system can have other components, for example other, differently designed heat exchangers (e.g. spiral-wound heat exchangers, CWHE), columns (hollow, slender columns with internals), phase separation apparatus (containers with internals), containers for phase separation, etc.
  • the Process engineering plant can be a plant for the separation and/or liquefaction of gases, for example an air separation plant, or generally a plant for the separation of mixtures of substances based on physical properties, a natural gas plant, a hydrogen and synthesis gas plant, an adsorption and membrane plant, for example a pressure swing adsorption plant, or a cryotechnical system, for example for cooling of superconductors and cold neutron sources, MRIs, fusion and fission applications or in the liquefaction of helium and hydrogen.
  • gases for example an air separation plant, or generally a plant for the separation of mixtures of substances based on physical properties, a natural gas plant, a hydrogen and synthesis gas plant, an adsorption and membrane plant, for example a pressure swing adsorption plant, or a cryotechnical system, for example for cooling of superconductors and cold neutron sources, MRIs, fusion and fission applications or in the liquefaction of helium and hydrogen.
  • sensor values or measured values or current actual values are received from sensors arranged on or in the at least one heat exchanger.
  • These sensors can, for example, be installed on a surface of the respective heat exchanger or within the heat exchanger or protruding into the heat exchanger.
  • the sensor values can in particular characterize physical/chemical properties of the heat exchanger itself or its operation, for example its material or a fluid passed through the heat exchanger.
  • the sensor values expediently describe current temperature values of individual or all heat exchanger blocks of the respective heat exchanger.
  • parameters are determined that characterize or characterize operation of the at least one heat exchanger.
  • These parameters can, for example, directly describe a current state or current physical conditions of the at least one heat exchanger or at least allow conclusions to be drawn about such properties.
  • a parameter can be, for example, a so-called key performance indicator (KPI), which can be used, for example, to evaluate progress or degrees of fulfillment with respect to specified goals.
  • KPI key performance indicator
  • a temperature difference between heat exchanger blocks of the at least one heat exchanger is determined as such a parameter. For example, measured temperature values on the surface of the individual heat exchanger blocks or measured temperature values within the individual heat exchanger blocks can be taken into account for this purpose.
  • temperature differences are determined between immediately adjacent heat exchanger blocks, which are mechanically connected to one another and/or are in fluid communication with one another.
  • the received sensor values and/or the determined parameters are prepared for a graphical representation of a state of the at least one heat exchanger.
  • This state can in particular characterize the operation of the at least one heat exchanger, e.g. effectiveness, performance, etc.
  • the state can be a current state and thus in particular characterize the current operation of the respective heat exchanger.
  • the state can also be a past state and in particular characterize the operation of the at least one heat exchanger in the past.
  • the state can also be a future state, for example extrapolated from the current and/or the past state.
  • the sensor values or parameters are prepared in particular in such a way that (operationally) relevant information regarding the state, which is important for the operation of the respective heat exchanger and also for the operation of the entire system, is extracted or recognized in a simple and clear manner can.
  • the representation of the state can be an audiovisual representation of the respective state, in particular a graphic or visual and/or an acoustic representation.
  • the representation can include a visual representation of individual sensor values and/or parameters in a two- or multi-dimensional graph, for example as an image file or as an interactive, editable graphic.
  • the representation can include, for example, an acoustic representation, for example with the help of audio files, for example an acoustic output of individual sensor values or parameters, an output of warning tones, etc.
  • At least a service life or a remaining service life is determined depending on the specific temperature difference between the heat exchanger blocks of the at least one heat exchanger. Furthermore, a graphical representation of this service life of the at least one heat exchanger is determined. For example, the service life can be determined or extrapolated from the sensor values or parameters using analytical, numerical or statistical methods, for example with the help of theoretical simulations.
  • Temperature differences between heat exchanger blocks can have direct, immediate but also indirect effects on the service life of the respective heat exchanger. Large temperature differences between the individual heat exchanger blocks can lead to large loads on the material of the blocks, in particular to large mechanical stresses. For example, when there are large temperature differences, high loads can act on connecting lines or connecting elements between individual heat exchanger blocks.
  • an original service life can be taken into account, which was determined, estimated or estimated after the heat exchanger was manufactured or put into operation for the first time, as well as an operating period that has already passed since the heat exchanger was put into operation for the first time.
  • corresponding mechanical stresses and loads on the heat exchanger material can, for example, be determined and corresponding effects on the service life or a corresponding reduction in the service life can be extrapolated, estimated or calculated.
  • analytical, numerical or statistical calculations and/or simulations can be carried out.
  • the currently remaining service life of the heat exchanger can be determined as the state of the respective heat exchanger, expediently depending on the original service life, depending on the previous total operating time and depending on the effects of the temperature differences.
  • the specific service life can expediently be prepared for the graphical representation in such a way that the remaining service life can be easily seen and comprehensibly removed or recognized. For example, furthermore In addition to the current specific lifespan, a history of the lifespan can also be displayed. This makes it particularly easy to understand how the estimated remaining service life develops or changes during previous operation. This makes it particularly easy to understand which events, operating states and temperature differences have a significant impact on the remaining service life.
  • This graphical representation of the service life can be used, for example, to provide a service life tracker or service life monitor, which enables a display of the service life consumption based on the operating conditions of the system and a prediction of the remaining service life, as well as, for example, a display of a histogram of the thermal and/or mechanical cycles and the thermal Fatigue of the individual heat exchangers.
  • a service life monitor can be used to make recommendations for maintenance and/or replacement measures, whereby, for example, delivery times for components to be replaced or installed can be taken into account.
  • the processed sensor values and/or parameters are output or displayed in a graphical user interface.
  • the graphical representation of the service life of the at least one heat exchanger is output in the graphical user interface.
  • This graphical user interface represents in particular a human-machine interface, an input and output interface, a user interface or an (information management) dashboard.
  • this user interface represents a software tool or software tool for interaction with the system in order to operate it and the management of the system to issue relevant information and to also enable it to influence the operation of the system.
  • the graphical user interface can be output by a computing unit, for example a PC, a laptop, a tablet, a control unit, etc.
  • the graphical user interface is particularly useful as a central, uniform interface.
  • the graphical user interface or the software on which the graphical user interface is based is particularly expediently executed by a central computing unit or a central computing system, for example by a server or a computing system in the course of the so-called. "Cloud computing".
  • the underlying software therefore expediently does not have to be executed on the computing unit itself from which the graphical user interface is displayed or output, but can be executed centrally by a remote computing unit.
  • the graphical user interface can thus be displayed uniformly and independently of one another on a large number of different computing units.
  • the graphical user interface can be streamed by the respective computing unit from the central computing unit or displayed in a browser-based manner, for example as a (web) dashboard.
  • the operation of the at least one heat exchanger is managed or monitored or controlled in the graphical user interface.
  • Relevant information characterizing the operation of the respective heat exchanger can be read in the user interface and based on this information, the current operation can be monitored and changes can be developed and made to improve the operation.
  • the specific (in particular remaining) lifespan of the at least one heat exchanger is monitored or analyzed.
  • the graphical representation of the service life output in the graphical user interface can expediently detect and monitor effects or changes in the service life.
  • a recognized, particularly non-linear (e.g. exponential) reduction in service life, e.g. due to high temperature differences between the heat exchanger blocks, can expediently be counteracted, e.g. by adjusting operating parameters or operating points of the heat exchanger or the entire system.
  • the lifespan consumption of the heat exchangers during past operating states can be tracked in the graphical user interface and improvements to the operation can be developed to increase the remaining lifespan.
  • the invention further relates to a corresponding graphical user interface, with advantages and advantageous embodiments of this graphical user interface according to the invention and the method according to the invention arising from the present Description given accordingly.
  • the graphical user interface has at least one display area that is set up to output sensor values and/or parameters that were received or determined and processed according to the present method.
  • the display area is set up to output the graphical representation of the service life of the at least one heat exchanger.
  • These display surfaces or display panels make it possible to display the information relevant to the operation of the respective heat exchanger in an intuitive and clear manner.
  • one or more such display surfaces can be provided for each heat exchanger.
  • one or more such display areas can be provided for all processed sensor values and/or parameters.
  • the present invention provides a way to visualize and monitor and manage the operation of the individual heat exchangers in the process engineering plant online.
  • the graphical user interface provides a central, uniform interface to display information regarding the operation or properties of the heat exchangers and, depending on this information, to influence the system and its operation, in particular to control the operation or to improve the effectiveness or performance of the system in order to reduce wear and tear on the system.
  • recommendations for maintenance work e.g. repairs, cleaning, replacement of components, etc., can be made and optimal maintenance work can be predicted ("predictive maintenance").
  • the invention particularly expediently makes it possible to monitor the remaining living acid and in particular to increase it or at least not reduce it unnecessarily or to counteract potential reductions in the living acid.
  • a combination, merging or synthesis of hardware installed in the system, in particular in the form of sensors or measuring devices, and management, analysis, simulation and/or control software is made possible.
  • the corresponding operationally relevant information can expediently be made available in the graphical user interface as a central (web) dashboard to individual or all parties involved in the operation of the system, for example a manufacturer, owner, operator, operator, operations manager, supervisory board, external experts, specialists for technical advice, etc.
  • system operators for example, have the opportunity to evaluate and improve the performance and service life of the heat exchangers.
  • the graphical user interface may enable a heat exchanger manufacturer to provide various product concepts such as leasing contracts, performance guarantee contracts, heat transfer contracts, extended warranty deliveries, free trial periods and data recorders using the heat exchanger as a recording device that automatically transmits data to the manufacturer.
  • the central, graphical user interface makes it possible, in particular, to provide operationally relevant information to widely distributed parties over large distances.
  • the respective information can be provided via the user interface both to the operator of the process engineering plant, who may be in the plant itself or in the immediate vicinity of it, as well as to parties far away from the plant, e.g. the manufacturer or owner the system, which can be located at a great distance from the system, for example in a distant company headquarters.
  • the corresponding information or data can, for example, be transmitted or exchanged between locally networked and distant units.
  • the recorded sensor values of the sensors installed in or on the heat exchangers can be transmitted via a local network in the process engineering system to a local, central computing unit, for example a server of the system, from which the user interface is also executed or which is transmitted directly via the local network is networked with a computing unit executing the user interface.
  • the sensor values of the sensors can also be transmitted, for example, to a remote computing unit, for example a (company) server, or a remote computing system, for example a distributed computing system in the course of so-called “cloud computing", in which or in which the user interface itself is executed or to which or to which in turn a computing unit executing the user interface is connected.
  • the sensor values can be transmitted from the sensors directly to such a remote computing unit or such a remote computing system or also indirectly, in that the values are first transmitted to a local computing unit of the system, which then transmits the sensor values to the remote computing unit or the remote Computing system transmitted.
  • a local computing unit can also carry out calculations, for example determining the parameters and/or processing the sensor values or the parameters.
  • the corresponding data can then be transferred from the local computing unit to the cloud system and output by it in the graphical user interface.
  • the graphical user interface can then be output and displayed on a screen by one or more computing units, each of which is connected to the computing unit executing the user interface, for example via a local (system) network or via the Internet.
  • the centrally executed graphical user interface can thus be displayed uniformly by a large number of different, possibly widely distributed, computing units.
  • the graphical user interface it can be made possible, for example, to visualize and track a history, in particular a history of the service life, and/or a performance of the individual heat exchangers of the system. Furthermore, the operation of the individual heat exchangers can be made transparent and improved.
  • the user interface can enable a combination of all relevant information and the history of the individual heat exchangers, tracking of the history and simple remote access to information.
  • a change in the service life of the at least one heat exchanger depending on the specific temperature difference between the heat exchanger blocks is further determined as the state of the at least one heat exchanger. Further, a graphical representation of this change in lifespan is determined and the graphical representation of the lifespan change is output in the graphical user interface.
  • a connection can be established and visualized as to how temperature differences affect the remaining living acid. For example, for this purpose, the mechanical stresses and loads caused by the temperature differences on the heat exchanger material can be determined and the effects of these stresses and loads on the service life can be determined.
  • the graphical representation it can be graphically prepared, for example, how past temperature differences affected and changed the respective remaining service life at the time.
  • the graphical user interface can expediently be used to monitor and examine in the long term how temperature differences between individual heat exchanger blocks change the remaining service life of the heat exchanger.
  • an (operating) strategy can in particular be developed in order to avoid temperature differences that reduce the service life and to increase the service life of the heat exchanger or reduce it as slowly as possible in order to achieve the best possible service life of the heat exchanger.
  • managing the operation of the at least one heat exchanger further comprises determining a maintenance interval of the at least one heat exchanger and/or a maintenance work to be performed on the at least one heat exchanger depending on the graphical representation of the service life output in the graphical user interface. For example, such maintenance or a repair or replacement of individual components can be scheduled depending on the service life consumption, expediently in order to increase the remaining service life as much as possible. For example, such maintenance intervals and maintenance work can be determined for components of the heat exchanger that are exposed to high loads due to temperature differences between the heat exchanger blocks.
  • managing the operation of the at least one heat exchanger further comprises determining risks to operation or the life of the at least one heat exchanger depending on the graphical representation of the lifespan output in the graphical user interface. For example, by analyzing the current and past states as well as the corresponding service life consumption in the user interface, it can be recognized which special operating states or which specific temperature differences lead to increased loads, increased wear and increased service life consumption. Such conditions can then be avoided or such conditions can be counteracted.
  • managing the operation of the at least one heat exchanger further comprises determining control values or operating conditions or operating parameters of the at least one heat exchanger, depending on the graphical representation of the service life output in the graphical user interface, in order to avoid critical conditions that lead to a Lead to shortening of lifespan.
  • a performance or current performance of the at least one heat exchanger and/or a history or a time course of the at least one heat exchanger is further determined as the state of the at least one heat exchanger.
  • the current performance of the respective heat exchanger can, for example, be determined analytically or numerically using physical equations from the sensor values and/or parameters. Alternatively or additionally, the parameters can also directly characterize the current performance.
  • the corresponding sensor values and/or parameters can be prepared in particular so that the current performance can be presented visually and/or acoustically in an intuitive and clear manner.
  • the history of the at least one heat exchanger can in particular include a history or a time course of the sensor values and/or the parameters and/or the performance.
  • the graphical user interface can include a start or overview page in which the performance, the service life and the history or the corresponding sensor values and/or parameters are displayed and/or can be selected for display.
  • this overview page may include a list or switches to quickly display the relevant relevant information about the heat exchanger operation and to track or visualize the history of the heat exchanger.
  • the sensors arranged on or in the at least one heat exchanger are each designed as a temperature sensor and/or pressure sensor and/or flow sensor and/or sound sensor or acoustic sensor and/or vibration sensor.
  • the measured values recorded by these sensors relate in particular to physical properties of the material of the heat exchanger and/or the fluid streams conducted through the heat exchanger.
  • the temperature sensors for example, the temperatures of the fluid flows and the heat exchanger walls can be measured.
  • the pressure and flow sensors for example, the pressure and flow of the individual fluid streams can be recorded.
  • vibrations in the heat exchanger walls in particular can be monitored.
  • mechanical stresses in the heat exchanger can be recorded directly or derived indirectly.
  • other useful sensors can also be used, e.g. optical sensors such as cameras, etc.
  • one or more of the following variables are also determined as a parameter: a temperature difference within the at least one heat exchanger, a temperature difference between fluid flows of the at least one heat exchanger, a temperature difference between fluid flows and heat exchanger blocks of the at least one heat exchanger, a rate of cooling processes and / or warming processes of the at least one heat exchanger ("cooldown" rate / "warmup” rate), a local temperature profile within the at least one heat exchanger, a temporal Temperature profile within the at least one heat exchanger, a mechanical stress level of the at least one heat exchanger and / or a thermal stress level of the at least one heat exchanger.
  • such parameters can be determined from temperature sensor values that are recorded at various points in the heat exchangers.
  • temperature profiles of the heat exchangers can be described, which enable conclusions to be drawn about the operation and effectiveness of the heat exchangers and which further characterize loads acting on the heat exchangers during their operation, which in turn enable conclusions to be drawn about the remaining service life or service life consumption.
  • a deviation of the operation of the at least one heat exchanger from a predetermined (safety) guideline for the operation of the at least one heat exchanger and / or a deviation from a (safety) specification for the at least one heat exchanger are determined as a parameter .
  • deviations can include sensor values and/or parameters leaving predetermined, permissible ranges or reaching, exceeding or falling below predetermined, permissible limit or threshold values.
  • the occurrence of such deviations from (security) guidelines or specifications can often trigger alarm messages to be issued.
  • alarm messages can also be taken into account as a parameter, for example a frequency or specific times at which such alarm messages are issued.
  • the processing of the sensor values and/or the parameters further includes determining a graphical representation of a time course of individual sensor values and/or individual parameters depending on the times at which the respective sensor values were determined.
  • changes or trends in the individual sensor values or parameters can be tracked during operation of the heat exchanger.
  • the processing can include a visualization of relevant time series data, for example process-related data or data regarding properties of the heat exchangers.
  • the processing can include, for example, determining relationships or correlations of data or trends, as well as, for example, determining a correlation matrix, an indicator for fluctuations and outliers, etc.
  • the processing of the sensor values and/or the parameters further comprises determining a graphical representation of a local course of individual sensor values and/or individual parameters within the at least one heat exchanger depending on positions within the at least one heat exchanger at which the respective sensor values were determined .
  • the processing includes a visualization of a local profile of the respective data, and in particular of predetermined, intended or specified operating conditions. This makes it possible in particular to make a comparison between the actual operation and the specified operating conditions. For example, it can be explicitly indicated when current operation is outside the specified operating conditions.
  • the preparation or visualization can include providing a slider function.
  • the processing can include determining a temperature range representation, e.g. a visualization of a local temperature profile of the individual heat exchangers as well as the specified operating conditions.
  • the processing of the sensor values and/or the parameters further comprises determining a graphical representation of a multi-dimensional course of individual sensor values and/or individual parameters depending on times at which the respective sensor values were determined and depending on positions within the at least one heat exchanger , on which the respective sensor values were determined.
  • the temporal and local progressions of individual sensor values or parameters are each visualized as a three-dimensional plot depending on time and location.
  • the temperature profile and the temperature gradient of a respective heat exchanger can each be visualized as a three-dimensional plot along the heat exchanger length and over time.
  • mechanical and/or thermal stress levels or mechanical and/or thermal loads can be tracked during operation of the heat exchanger.
  • the processing of the sensor values and/or the parameters further comprises determining a graphical representation of a performance of the at least one heat exchanger.
  • individual parameters can be displayed which characterize the current performance and the current operation of the individual heat exchangers as well as alarm messages that have been issued, so that (operationally) relevant information can be quickly identified.
  • parameters can be prepared and represented accordingly, which describe heat transferability (e.g. depending on a heat transfer coefficient, on a surface on which heat exchange takes place and on thermal conductivity) as well as, for example, contamination, pressure drops, temperature bottlenecks, possibilities for improving performance, etc.
  • the processing of the sensor values and/or the parameters further comprises determining a graphical representation of a hazard analysis of the at least one heat exchanger.
  • a hazard analysis can be carried out to minimize risks to thermal conditions of the heat exchangers.
  • the system expediently includes measures to reduce risks, e.g. alarms, control loops, etc.
  • a HAZAN overview dashboard can be provided, for example, in which alarm messages and measures implemented in the system to minimize risks for thermal loads are summarized can be and further For example, a reporting functionality for retrospective evaluation for a certain period of time is made possible.
  • the processing of the sensor values and/or the parameters further comprises determining a graphical representation of cooling processes (“cooldown”) and/or warming up processes (“warmup”, “startup”) of the at least one heat exchanger.
  • cooling processes (“cooldown”) and/or warming up processes (“warmup”, “startup”) of the at least one heat exchanger.
  • startup a graphical representation of cooling processes
  • an overview dashboard for cool-down and warm-up processes can be provided in the graphical user interface.
  • a graphical representation can provide a comprehensive overview of the individual heat exchangers so that cooling and cooling rates can be easily understood.
  • this graphical representation it can be made possible, for example, to improve the operation of the heat exchangers, to create a reporting functionality for evaluating the cooling process in retrospect and to add information regarding the start-up process to an operations manual.
  • the processing of the sensor values and/or the parameters further comprises determining a graphical representation of a thermal expansion of heat exchanger blocks of the at least one heat exchanger. For example, a local or spatial course of a temperature gradient of the respective block can be displayed along the three spatial directions.
  • an overview of block strains and thermal states can be displayed in the graphical user interface. For example, a live view and video functionality can be enabled.
  • managing the operation of the at least one heat exchanger further includes monitoring or analyzing a current state and/or a future state and/or a past state of the at least one heat exchanger. For example, the state shown in the graphical user interface, its history shown and the extrapolated state shown can be compared with predetermined security or operational guidelines. The graphical user interface can therefore be used to assess whether the individual heat exchangers are operating within permissible specifications or whether there is potential for improvement.
  • managing the operation of the at least one heat exchanger further comprises determining control values or operating conditions or operating parameters of the at least one heat exchanger in order to increase a performance of the at least one heat exchanger. For example, by monitoring and analyzing the states, service life, etc. displayed in the user interface, control values that are as optimized as possible can be developed in order to operate the heat exchangers in the most optimized operating states possible, so that the most maximized performance and effectiveness can be achieved.
  • the graphical user interface has at least one control surface or at least one control panel for this purpose, which is set up to receive inputs.
  • the graphical user interface is set up to control the at least one heat exchanger depending on the inputs received.
  • the entries can be manual entries by the system operator or system operator.
  • the user interface therefore provides the option of making manual entries and influencing the heat exchangers directly.
  • control values or setpoints can be entered via the control surface, which can then be transferred from the user interface to a controller, for example, which implements these control or setpoints and controls the heat exchanger accordingly.
  • the user interface can have a functionality to visualize and understand the effects of the inputs made or the corresponding changes to control values on the condition, effectiveness and / or service life of the respective heat exchanger.
  • each heat exchanger block has structural plates and/or sidebars and/or separating plates and/or cover plates that are connected to one another.
  • a heat exchanger block can have a large number of separator plates arranged parallel to one another and a large number of structural plates or structural plates with fins (so-called fins), with each between two adjacent separating plates a structural sheet is arranged so that a plurality of parallel channels are formed between adjacent sheets through which a medium can flow.
  • fins fins
  • the slats are bordered by sidebars, which are soldered to the adjacent panels.
  • a heat exchanger block is formed by the interconnected structural sheets, sidebars, separating sheets and cover sheets.
  • a computing system e.g. a server of a process engineering plant or a remote, distributed computing system in the course of so-called “cloud computing”, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
  • the computing system in particular has a graphical user interface according to the invention, in particular centrally and uniformly.
  • a machine-readable storage medium is provided with a computer program stored thereon as described above.
  • Suitable storage media or data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc.
  • Figure 1 shows schematically and perspectively a heat exchanger for a process engineering system that can be managed according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows schematically a process engineering system that can be managed according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows schematically a graphical user interface according to an embodiment of the invention.
  • a heat exchanger is shown schematically and designated 100, which can be used in a process engineering plant that can be managed according to an embodiment of the present invention.
  • the heat exchanger 100 shown in Figure 1 is a (hard-) soldered fin-plate heat exchanger made of aluminum ("Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger", PFHE; names according to the German and English editions of ISO 15547-2:3005), how it can be used in a variety of systems at a wide range of pressures and temperatures. Corresponding heat exchangers are used, for example, in the low-temperature separation of air, in the liquefaction of natural gas or in systems for the production of ethylene. It goes without saying that “aluminum” can also refer to an aluminum alloy.
  • Brazed fin-plate heat exchangers made of aluminum are shown in Figure 2 of the mentioned ISO 15547-2:3005 and on page 5 of the publication "The Standards of the Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association" by ALPEMA, 3rd edition 2010, shown and described.
  • the present Figure 1 essentially corresponds to the illustrations of the ISO standard in question and will be explained below.
  • the plate heat exchanger 100 shown partially opened in FIG. 1, is used for the heat exchange of five different process media A in the example shown to E.
  • the plate heat exchanger 100 comprises a large number of separating plates 4 arranged parallel to one another (referred to in English as Parting Sheets in the aforementioned publications, to which the following information in brackets also refers), between which heat exchange passages 1 defined by structural sheets with fins 3 (fins) are formed for one of the process media A to E, which can thereby enter into heat exchange with one another.
  • the structural sheets with the slats 3 are typically folded or corrugated, flow channels being formed by the folds or waves, as also shown in Figure 1 of ISO 15547-2:3005.
  • the provision of structural sheets with fins 3 offers the advantage of improved heat transfer, more targeted fluid guidance and an increase in mechanical (tensile) strength compared to plate heat exchangers without fins.
  • the process media A to E flow separately from one another, in particular through the separating plates 4, but can, if necessary, pass through the latter in the case of perforated structural plates with lamellas 3.
  • the individual passages 1 or the structural sheets with the slats 3 are each surrounded on the sides by so-called sidebars 8, which, however, leave feed and removal openings 9 free.
  • the sidebars 8 keep the separating plates 4 at a distance and ensure mechanical reinforcement of the pressure chamber.
  • Reinforced cover plates 5 (cap sheets), which are arranged parallel to the separating plates 4, are used to finish off at least two sides.
  • headers 7 which are provided with nozzles 6 (nozzles)
  • the process media A to E are fed in and removed via feed and removal openings 9.
  • distributor fins 2 distributed fins
  • a cuboid heat exchanger block 20 is formed overall, with a "heat exchanger block" here comprising the elements mentioned without the headers 7 and nozzle 6 should be understood in a connected state.
  • the plate heat exchanger 100 can be formed from several corresponding cuboid heat exchanger blocks 20 connected to one another, particularly for manufacturing reasons.
  • Corresponding plate heat exchangers 100 are brazed from aluminum.
  • the individual passages 1, comprising the structural sheets with the slats 3, the further structural sheets with the distributor slats 2, the cover sheets 5 and the sidebars 8, are each provided with solder, stacked on top of one another or arranged accordingly and heated in an oven.
  • the headers 7 and the connectors 6 are welded onto the heat exchanger block 20 produced in this way.
  • the headers 7 are manufactured using semi-cylindrical extruded profiles which are cut to the required length and then welded onto the heat exchanger block 20.
  • Figure 2 shows schematically a process engineering system 200 that can be managed according to an embodiment of the present invention.
  • the process engineering plant 200 can be designed, for example, as an air separation plant or a plant for separating mixtures of substances based on physical properties.
  • the process engineering system 200 has a plurality of heat exchangers 210, each of which is designed, for example, as an aluminum plate heat exchanger PFHE 100 shown in FIG. 1 and each has a plurality of heat exchanger blocks 20.
  • the system 200 can, for example, also have further heat exchangers, each of which can also be designed, for example, as a spiral-wound heat exchanger.
  • the process engineering system 200 also has further components, for example a column 230. For reasons of clarity, only one such further component 230 is shown in FIG. 2, but it is understood that the system 200 can also have a large number of other different components. Further It goes without saying that the system 200 can also have a larger or smaller number of heat exchangers 210.
  • a large number of sensors 220 are arranged in and on the individual plate heat exchangers 210, for example temperature sensors, pressure sensors and flow sensors, in order to record corresponding physical properties of the respective heat exchanger material and the respective process media. For reasons of clarity, three sensors 220 are shown for each heat exchanger 210 in FIG. However, it is understood that each heat exchanger 210 can also have a larger or smaller number of sensors 220 and also other types of sensors, for example sound sensors, vibration sensors, etc.
  • the sensors 220 arranged in and on the heat exchangers 210 are connected to a local network 201 of the system 200, which is indicated by dashed lines in FIG.
  • a central controller 240 for controlling and regulating the system 200 is connected to the individual system components via the local network 201.
  • the measured values recorded by the sensors 220 are transmitted to the controller 240 via the network 201 and stored there.
  • a computer 250 is connected to the network 201, by means of which an operator or operator, who can be in the system 200 or in the immediate vicinity of it, can manage the system 200.
  • the controller 240 and the computer 250 are connected via the Internet 205 to a remote computing system 260 in the course of so-called “cloud computing”.
  • a computer 270 is also connected to this cloud 260 via the Internet 205, via which, for example, a manufacturer or owner of the system 200, who may be at a great distance from the system 200, can also manage the system 200.
  • Such Internet connections are indicated in FIG. 2 as dashed lines.
  • a graphical user interface is provided according to an embodiment of the present invention.
  • the computing system 260 is set up, in particular in terms of programming, to carry out an embodiment of a method according to the invention.
  • the sensor values recorded by the sensors 220 and stored in the controller 240 are transmitted from the controller 240 to the computing system 260 via the Internet 205.
  • These sensor values include, for example, temperature values of fluid flows within the heat exchanger blocks of the individual heat exchangers 210 as well as temperature values of the walls of the heat exchanger blocks of the individual heat exchangers 210.
  • the computing system 260 determines parameters that characterize or characterize the operation of the heat exchanger 210. At least one temperature difference between the heat exchanger blocks of the individual heat exchangers 210 is determined as such parameters. Furthermore, as such parameters, for example, a temperature difference within the individual heat exchangers 210, a temperature difference between fluid flows within the individual heat exchangers 210, a temperature difference between the fluid flows and heat exchanger blocks of the individual heat exchangers 210, a rate of cooling processes and warm-up processes of the individual heat exchangers 210, a local temperature profile and a temperature profile over time within the individual heat exchangers 210 and a mechanical stress level and a thermal stress level of the individual heat exchangers 210 are determined. Furthermore, it can be determined as parameters, for example, whether there is a deviation in the operation of the individual heat exchangers 210 from predetermined guidelines.
  • the sensor values and parameters are graphically processed by the computing system 260 to display a state of the heat exchanger 210.
  • a service life of the individual heat exchangers 210 is determined depending on the specific temperature difference between the respective heat exchanger blocks of the individual heat exchangers 210.
  • the computing system 260 also determines a graphical representation of this service life of the individual heat exchangers 210.
  • the computing system 260 can determine a change or consumption in the service life of the individual heat exchangers 210 depending on the respective temperature differences. For example, in the course of processing a graphical representation of this change in the remaining service life of the individual heat exchangers 210 can be determined depending on the temperature differences of the respective heat exchanger blocks, furthermore in particular depending on the operating conditions of the respective heat exchanger 210. A service life monitor can thus be set up, for example.
  • the computing system 260 can determine, for example, a current performance of the individual heat exchangers 210 as well as a history or a time course of the performance and service life of the individual heat exchangers 210 as such a state.
  • a graphical representation of a time course of individual sensor values and parameters can also be determined, depending on the times at which the respective sensor values were determined.
  • two-dimensional diagrams can be generated for this purpose, in which the respective sensor value or the respective parameter is plotted against time.
  • diagrams of the temperature values recorded as sensor values and the temperature differences determined as parameters can each be determined plotted against time.
  • a graphical representation of a local course of individual sensor values and individual parameters can be determined, depending on positions within the respective heat exchanger 210 at which the respective sensor values were determined.
  • two-dimensional diagrams can be generated for this purpose in which the respective sensor value or the respective parameter is plotted against the length of the respective heat exchanger.
  • such two-dimensional graphs of the recorded temperature values and the determined temperature differences can each be determined plotted against the length of the respective heat exchanger.
  • a multi-dimensional course of individual sensor values and parameters can be determined, depending on the times at which the respective sensor values were determined and depending on the position within the respective heat exchanger at which the respective sensor values were determined.
  • three-dimensional diagrams can be generated in which the recorded temperatures or the determined temperature differences are plotted against time and against the length of the respective heat exchanger.
  • a graphical representation of the performance of the individual heat exchangers 210 can be determined. For example, current sensor values and parameters that characterize the performance or effectiveness of the individual heat exchangers 210 can be displayed for this purpose.
  • a graphical representation of a risk analysis of the individual heat exchangers can be determined.
  • alarm messages that have been issued can be displayed as well as the circumstances that led to these alarms being sent.
  • cooling processes (“cooldown”) and warm-up processes (“warmup”, “startup”) of the individual heat exchangers 210 can be determined.
  • cooling rates of the individual heat exchangers 210 can be displayed.
  • each heat exchanger block can be graphically represented in a regular rest state and it can be shown how the respective heat exchanger block is thermally deformed during its operation in comparison to this rest state.
  • a local, spatial course of a temperature gradient of the respective heat exchanger block can be displayed along the three spatial directions.
  • the sensor values and parameters prepared in this way are output by the computing system 260 in a graphical user interface.
  • at least the graphical representation of the service life of the individual heat exchangers 210 is output in the graphical user interface.
  • a graphical user interface is generated centrally and uniformly by the computing system 260 and corresponding data is sent via the Internet 205 the computers 250, 270 so that this user interface can be displayed uniformly on screens of the computers 250, 270.
  • the operation of the individual heat exchangers 210 is managed, with at least the service life of the individual heat exchangers 210 being monitored.
  • the appropriately prepared sensor values and parameters i.e. the two- and multi-dimensional diagrams etc. explained above, are output in the user interface.
  • the system operator and the system manufacturer can monitor and analyze the individual heat exchangers 210, for example with regard to their condition, performance, effectiveness, service life, etc.
  • improved operating states or control values can be determined according to which the heat exchangers should be operated in the future in order to increase their service life and performance.
  • These new control values for example new setpoints, can be entered by the system operator and system manufacturer in the user interface displayed on the respective computer 250, 270. These inputs are transmitted from the user interface or from the computing system 260 executing the user interface to the controller 240, so that this controller 240 controls the individual heat exchangers 210 accordingly.
  • Figure 3 shows schematically a graphical user interface or user interface 300 according to an embodiment of the invention, as it can be executed centrally by the computing system 260 and displayed uniformly on the computers 250, 270.
  • the current state of the system 200 can be displayed on a start or overview page 310 in the user interface 300.
  • This overview page 310 can have a large number of display areas or display panels 311, 312, 313, 314, in which the remaining lifespan of the individual heat exchangers 210 as well as, for example, a current overall state of the system 200, a current operating temperature of the system 200, a temporal temperature difference and a local temperature difference can be represented.
  • switches 320 are shown in the user interface 300. For example, by pressing or clicking individual switches, further display areas are opened, in which individual processed sensor values or parameters are then displayed.
  • the switch 321 by operating the switch 321, the two-dimensional diagrams of the recorded temperature values and the specific temperature differences of the individual heat exchanger blocks can be displayed plotted against time.
  • the switch 322 By activating the switch 322, for example, the two-dimensional diagrams of the recorded temperature values and the specific temperature differences of the individual heat exchanger blocks can be displayed plotted against the length of the respective heat exchanger.
  • the switch 323 By operating the switch 323, for example, the three-dimensional diagrams of the recorded temperatures and the specific temperature differences of the individual heat exchanger blocks can be displayed plotted against time and against the length of the respective heat exchanger.
  • an input field or input panel can be opened in which entries can be made, which are then passed on to the controller 240 for controlling the system 200.
  • the invention thus provides a central, uniform user interface 300 to monitor and manage the operation of the individual heat exchangers 210 of the process engineering plant 200 online, to display information regarding the operation and properties of the individual heat exchangers 210 in order to display information depending on this information to influence the operation of the system 200 and to increase the effectiveness and service life of the individual heat exchangers 210.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine graphische Benutzerschnittstelle (300) zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage aufweisend wenigstens einen Wärmetauscher, wobei jeder dieser Wärmetauscher jeweils als ein Plattenwärmetauscher ausgebildet ist und jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherblöcken aufweist, umfassend: Empfangen von Sensorwerten von an oder in dem wenigstens einen Wärmetauscher angeordneten Sensoren; Bestimmen von Kenngrößen, die einen Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers kennzeichnen, abhängig von den empfangenen Sensorwerten, wobei ein Temperaturunterschied zwischen Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers als Kenngröße bestimmt wird; Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen für eine graphische Darstellung eines Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers, wobei als Zustand eine Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt wird und wobei eine graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt wird; Ausgegeben der aufbereiteten Sensorwerte und/oder Kenngrößen in der graphischen Benutzerschnittstelle (300), wobei die graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers in der graphischen Benutzerschnittstelle (300) ausgegeben wird; Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von den ausgegebenen, aufbereiteten Sensorwerten und/oder Kenngrößen in der graphischen Benutzerschnittstelle (300), wobei die Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers überwacht wird.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM VERWALTEN EINER VERFAHRENSTECHNISCHEN ANLAGE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage und eine graphische Benutzerschnittstelle zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage sowie ein Rechensystem, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
Hintergrund der Erfindung
Als verfahrenstechnische Anlagen werden üblicherweise Anlagen zur Durchführung von Stoffänderungen und/oder Stoffumsetzungen mit Hilfe zweckgerichteter physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer und/oder nuklearer Wirkungsabläufe verstanden. Solche Änderungen und Umsetzungen umfassen typischerweise Zerkleinern, Sieben, Mischen, Wärmeübertragen, Rektifizieren, Kristallisieren, Trocknen, Abkühlen, Abfüllen und überlagerte Stoffumwandl ungen, wie chemische, biologische oder nukleare Reaktionen.
Wärmetauscher, z.B. vakuumgelötete (Aluminium-) Plattenwärmeübertrager (engl. "plate fin heat exchanger", PFHE) oder spiralgewickelte Wärmeübertrager (engl. "coilwound heat exchanger", CWHE), werden oftmals in verfahrenstechnischen Anlagen aufgrund einer Vielzahl von Vorzügen (Wärmeintegration, Kompaktheit, Kosten) eingesetzt. Beispielsweise kann ein derartiger (Platten-) Wärmetauscher eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennplatten oder Trennblechen (engl.
"seperator plates") und eine Vielzahl an Lamellen (sog. Fins) bzw. Strukturbleche mit Lamellen aufweisen, wobei zwischen zwei benachbarten Trennplatten je eine Lamelle angeordnet ist, so dass eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen benachbarten Platten gebildet wird, die von einem Medium durchfließbar sind. Zu den Seiten hin werden die Lamellen durch sogenannte Sidebars (Randleisten) begrenzt, die mit den angrenzenden Platten verlötet sind. Durch die miteinander verbundenen Strukturbleche, Sidebars, Trennbleche sowie Deckbleche wird insgesamt ein Wärmetauscherblock gebildet. Auf diese Weise wird ein Wärmetauscherblock mit einer Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen gebildet, so dass Medien z.B. im Gegenstrom aneinander vorbeigeführt werden können, um einen indirekten Wärmeaustausch zu vollziehen. Ein Wärmetauscher, insbesondere ein Plattenwärmetauscher (PFHE) kann eine Vielzahl derartiger Wärmetauscherblöcke aufweisen.
Es wird angestrebt, eine derartige verfahrenstechnische Anlage verwalten zu können, beispielsweise um die Anlage effektiv betreiben zu können.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage und eine graphische Benutzerschnittstelle zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage sowie ein Rechensystem, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die verfahrenstechnische Anlage weist wenigstens einen Wärmetauscher auf. Jeder dieser Wärmetauscher ist jeweils als ein Plattenwärmetauscher ausgebildet, z.B. als ein vakuumgelöteter (Aluminium-) Plattenwärmeübertrager (engl. "plate fin heat exchanger", PFHE). Ferner weist jeder dieser Wärmetauscher jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherblöcken auf. Diese einzelnen Wärmetauscher sind in der verfahrenstechnischen Anlage jeweils insbesondere zum Erwärmen oder Abkühlen eines speziellen Fluids bzw. Fluidstroms vorgesehen. Neben den Plattenwärmetauschern kann die verfahrenstechnische Anlage weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise weitere, andersartig ausgestaltete Wärmetauscher (z.B. spiralgewickelte Wärmeübertrager, CWHE), Kolonnen (hohle, schlanke Säulen mit Einbauten), Phasentrennapparate (Behälter mit Einbauten), Behälter zur Phasentrennung usw. Beispielsweise kann die verfahrenstechnische Anlage eine Anlage zur Trennung und/oder Verflüssigung von Gasen sein, beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage, oder allgemein eine Anlage zur Trennung von Stoffgemischen aufgrund physikalischer Eigenschaften, eine Erdgasanlage, eine Wasserstoff- und Synthesegasanlage, eine Adsorptions- und Membrananlage, z.B. eine Druckwechseladsorptionsanlage, oder eine kryotechnische Anlage, z.B. zur Kühlung von Supraleitern und kalten Neutronenquellen, MRTs, Fusions- und Fissionsanwendungen oder bei der Verflüssigung von Helium und Wasserstoff.
Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens werden Sensorwerte bzw. Messwerte oder aktuelle Istwerte von an oder in dem wenigstens einen Wärmetauscher angeordneten Sensoren empfangen. Diese Sensoren können beispielsweise an einer Oberfläche des jeweiligen Wärmetauschers oder innerhalb des Wärmetauschers bzw. in den Wärmetauscher hineinragend verbaut sein. Die Sensorwerte können insbesondere physikalisch/chemische Eigenschaften des Wärmetauschers selbst oder seines Betriebs charakterisieren, z.B. seines Materials oder auch eines durch den Wärmetauscher geleiteten Fluids. Zweckmäßigerweise beschreiben die Sensorwerte aktuelle Temperaturwerte einzelner oder aller Wärmetauscherblöcke des jeweiligen Wärmetauschers.
Abhängig von diesen empfangenen Sensorwerten werden Kenngrößen (bzw. Kennzahlen) bestimmt, die einen Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers kennzeichnen bzw. charakterisieren. Diese Kenngrößen können beispielsweise einen aktuellen Zustand oder aktuelle physikalische Gegebenheiten des wenigstens einen Wärmetauschers direkt beschreiben oder zumindest Rückschlüsse auf derartige Eigenschaften erlauben. Eine derartige Kenngröße kann beispielsweise eine sog. Leistungskennzahl (engl. "Key-Performance-Indicator", KPI) sein, anhand welcher z.B. Fortschritte oder Erfüllungsgrade bezüglich vorgegebener Ziele bewertet werden können.
Als eine derartige Kenngröße wird ein Temperaturunterschied zwischen Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Beispielsweise können zu diesem Zweck gemessene Temperaturwerte an der Oberfläche der einzelnen Wärmetauscherblöcke berücksichtigt werden oder auch gemessene Temperaturwerte innerhalb der einzelnen Wärmetauscherblöcke. Zweckmäßigerweise werden Temperaturunterschiede zwischen unmittelbar benachbarten Wärmetauscherblöcken bestimmt, welche miteinander mechanisch verbunden sind und/oder in Fluidkommunikation miteinander stehen.
Zweckmäßigerweise können auch mehrere Temperaturunterschiede zwischen mehreren jeweils benachbarten Wärmetauscherblöcken als Kenngröße bestimmt werden. Ferner können zweckmäßigerweise noch weitere Kenngrößen aus weiteren Sensorwerten bestimmt werden.
Die empfangenen Sensorwerte und/oder die bestimmten Kenngrößen werden aufbereitet für eine graphische Darstellung eines Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers. Dieser Zustand kann insbesondere den Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers charakterisieren, z.B. eine Effektivität, Leistung usw. Beispielsweise kann der Zustand ein aktueller Zustand sein und somit insbesondere den aktuellen Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers charakterisieren. Ferner kann der Zustand auch ein vergangener Zustand sein und insbesondere den Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers in der Vergangenheit charakterisieren. Ferner kann der Zustand auch ein zukünftiger Zustand sein, beispielsweise extrapoliert aus dem aktuellen und/oder dem vergangenen Zustand.
Die Sensorwerte bzw. Kenngrößen werden insbesondere derart aufbereitet, dass (betriebs-) relevante Informationen bezüglich des Zustands, welche für den Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers und ferner für den Betrieb der gesamten Anlage von Bedeutung sind, auf einfache und übersichtliche Weise entnommen bzw. erkannt werden können. Die Darstellung des Zustands kann eine audiovisuelle Darstellung des jeweiligen Zustands sein, insbesondere eine graphische bzw. visuelle und/oder eine akustische Darstellung. Beispielsweise kann die Darstellung ein visuelles Darstellen einzelner Sensorwerte und/oder Kenngrößen in einem zwei- oder mehrdimensionalen Graphen umfassen, z.B. als Bilddatei oder auch als interaktive, editierbare Graphik. Ferner kann die Darstellung beispielsweise eine akustische Darstellung umfassen, z.B. mit Hilfe von Audiodateien, z.B. ein akustisches Ausgeben einzelner Sensorwerte bzw. Kenngrößen, eine Ausgabe von Warntönen usw.
Als Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers wird zumindest eine Lebensdauer bzw. eine verbleibende Lebensdauer abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Ferner wird eine graphische Darstellung dieser Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Beispielsweise kann die Lebensdauer mit Hilfe von analytischen, numerischen oder auch statistischen Methoden aus den Sensorwerten bzw. Kenngrößen bestimmt bzw. extrapoliert werden, z.B. mit Hilfe von theoretischen Simulationen. Temperaturunterschiede zwischen Wärmetauscherblöcken können direkte, unmittelbare aber auch mittelbare Auswirkungen auf die Lebensdauer des jeweiligen Wärmetauschers haben. Große Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Wärmetauscherblöcken können zu großen Belastungen des Materials der Blöcke führen, insbesondere zu großen mechanischen Spannungen. Beispielsweise können bei großen Temperaturunterschieden hohe Belastungen auf Verbindungsleitungen bzw. Verbindungselemente zwischen einzelnen Wärmetauscherblöcken wirken. Derartig hohe Belastungen können zu Verformungen, Abnutzung, Ermüdung und Schwächung des Materials der Blöcke führen. Dauerhaft hohe Temperaturunterschiede sowie oftmals wechselnde Temperaturunterschiede können derartige Belastungen nochmals erhöhen. Große oder wechselnde Temperaturunterschiede zwischen Wärmetauscherblöcken eines jeweiligen Wärmetauschers können sich somit negativ auf die Lebensdauer des Wärmetauschers auswirken.
Für die Bestimmung der Lebensdauer kann beispielsweise eine ursprüngliche Lebensdauer berücksichtigt werden, welche nach einer Herstellung oder erstmaligen Inbetriebnahme des Wärmetauschers bestimmt, abgeschätzt bzw. veranschlagt wurde, sowie ferner eine bereits erfolgte Betriebsdauer, die seit der erstmaligen Inbetriebnahme vergangen ist. Abhängig von den aktuellen Temperaturunterschieden zwischen Wärmetauscherblöcken können beispielsweise entsprechende mechanische Spannungen und Belastungen auf das Wärmetauschermaterial bestimmt und entsprechende Auswirkungen auf die Lebensdauer bzw. eine entsprechende Verringerungen der Lebensdauer extrapoliert, abgeschätzt oder berechnet werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise analytische, numerische oder auch statistische Berechnungen und/oder Simulationen durchgeführt werden. Auf diese Weise kann als Zustand des jeweiligen Wärmetauschers die aktuell noch verbleibende Lebensdauer des Wärmetauschers bestimmt werden, zweckmäßigerweise abhängig von der ursprünglichen Lebensdauer, abhängig von der bisherigen Gesamtbetriebsdauer sowie abhängig von den Auswirkungen der Temperaturunterschiede.
Die bestimmte Lebensdauer kann für die graphische Darstellung zweckmäßigerweise derart aufbereitet werden, dass die verbleibende Lebensdauer leicht ersichtlich und nachvollziehbar entnommen bzw. erkannt werden kann. Beispielsweise kann ferner neben der aktuellen bestimmten Lebensdauer auch eine Historie der Lebensdauer dargestellt werden. Somit kann insbesondere leicht nachvollzogen werden, wie sich die abgeschätzte, verbleibende Lebensdauer während des bisherigen Betriebs entwickelt bzw. verändert. Auf diese Weise kann besonders einfach nachvollzogen werden, welche Ereignisse, Betriebszustände und Temperaturunterschiede sich deutlich auf die verbleibende Lebensdauer auswirken.
Durch diese graphische Darstellung der Lebensdauer kann beispielsweise ein Lebensdauertracker bzw. Lebensdauermonitor bereitgestellt werden, welcher eine Anzeige des Lebensdauerverbrauchs aufgrund der Betriebsbedingungen der Anlage und eine Prognose der verbleibenden Lebensdauer ermöglicht sowie ferner beispielsweise eine Darstellung eines Histogramms der thermischen und/oder mechanischen Zyklen und der thermischen Ermüdung der einzelnen Wärmetauscher. Beispielsweise können anhand eines derartigen Lebensdauermonitors Empfehlungen zu Wartungs- und/oder Ersatzmaßnahmen abgegeben werden, wobei z.B. Lieferzeiten auszutauschender oder zu verbauender Komponenten berücksichtigt werden können.
Die aufbereiteten Sensorwerte und/oder Kenngrößen werden in einer graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben bzw. dargestellt. Im Zuge dessen wird die graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Diese graphische Benutzerschnittstelle stellt insbesondere eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle, eine Eingabe- und Ausgabeschnittstelle, eine Benutzeroberfläche oder ein (Informationsmanagement-) Dashboard dar. Insbesondere stellt diese Benutzerschnittstelle ein Softwaretool bzw. Softwarewerkzeug für eine Interaktion mit der Anlage dar, um für den Betrieb und die Verwaltung der Anlage relevante Informationen auszugeben und um es ferner zu ermöglichen, Einfluss auf den Betrieb der Anlage zu nehmen.
Beispielsweise kann die graphische Benutzerschnittstelle von einer Recheneinheit ausgegeben werden, z.B. einem PC, einem Laptop, einem Tablet, einer Steuereinheit usw. Die graphische Benutzerschnittstelle ist besonders zweckmäßig eine zentrale, einheitliche Schnittstelle. Die graphische Benutzerschnittstelle bzw. die der graphischen Benutzerschnittstelle zugrundeliegende Software wird besonders zweckmäßig von einer zentralen Recheneinheit oder einem zentralen Rechensystem ausgeführt, z.B. von einem Server oder einem Rechensystem im Zuge des sog. "Cloud-Computing". Somit muss die zugrunde liegende Software zweckmäßigerweise nicht auf derjenigen Recheneinheit selbst ausgeführt werden, von welcher die graphische Benutzerschnittstelle angezeigt bzw. ausgegeben wird, sondern kann zentral von einer entfernten Recheneinheit ausgeführt werden. Die graphische Benutzerschnittstelle kann somit auf einer Vielzahl von verschiedenen Recheneinheiten einheitlich und unabhängig voneinander dargestellt werden. Beispielsweise kann die graphische Benutzerschnittstelle durch die jeweilige Recheneinheit von der zentralen Recheneinheit ausgehend gestreamt oder browserbasiert angezeigt werden, z.B. als (Web-) Dashboard.
Abhängig von diesen ausgegebenen, aufbereiteten Sensorwerten und/oder Kenngrößen erfolgt ein Verwalten bzw. Überwachen bzw. Kontrolle des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers in der graphischen Benutzerschnittstelle.
Relevante, den Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers charakterisierende Informationen können in der Benutzerschnittstelle abgelesen werden und basierend auf diesen Informationen kann der aktuelle Betrieb überwacht werden und es können Änderungen erarbeitet und vorgenommen werden, um den Betrieb zu verbessern.
Im Zuge dieses Verwaltens wird die bestimmte (insbesondere verbleibende) Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers überwacht bzw. analysiert. Durch die in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebene, graphische Darstellung der Lebensdauer können zweckmäßigerweise Auswirkungen oder Veränderungen der Lebensdauer erkannt und überwacht werden. Einer erkannten insbesondere nichtlinearen (bspw. exponentiellen) Verringerung der Lebensdauer, z.B. aufgrund hoher Temperaturunterschiede zwischen den Wärmetauscherblöcken, kann zweckmäßigerweise entgegengesteuert werden, z.B. durch Anpassen von Betriebsparametern oder Arbeitspunkten des Wärmetauschers oder der gesamten Anlage. Beispielsweise kann in der graphischen Benutzerschnittstelle der Lebensdauerverbrauch der Wärmetauscher während vergangener Betriebszustände nachvollzogen werden und es können Verbesserungen für den Betrieb zur Erhöhung der verbleibenden Lebensdauer erarbeitet werden.
Die Erfindung betriff ferner eine entsprechende graphische Benutzerschnittstelle, wobei sich Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle und des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der vorliegenden Beschreibung in entsprechender Weise ergeben. Die graphische Benutzerschnittstelle weist wenigstens eine Anzeigefläche auf, die dazu eingerichtet ist, Sensorwerte und/oder Kenngrößen auszugeben, die gemäß dem vorliegenden Verfahren empfangen bzw. bestimmt und aufbereitet wurden. Die Anzeigefläche ist dazu eingerichtet, die graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers auszugeben. Diese Anzeigeflächen bzw. Anzeigepanel ermöglichen es, die für den Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers relevanten Informationen auf intuitive und übersichtliche Weise darzustellen. Beispielsweise können für jeden Wärmetauscher jeweils eine oder mehrere derartige Anzeigeflächen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise für alle aufbereiteten Sensorwerte und/oder Kenngrößen jeweils eine oder mehrere derartige Anzeigeflächen vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Möglichkeit bereit, um den Betrieb der einzelnen Wärmetauscher in der verfahrenstechnischen Anlage zu visualisieren und online zu überwachen und zu verwalten. Zu diesem Zweck wird mit der graphischen Benutzerschnittstelle eine zentrale, einheitliche Schnittstelle bereitgestellt, um Information bezüglich des Betriebs bzw. bezüglich Eigenschaften der Wärmetauscher darzustellen und um abhängig von diesen Informationen auf die Anlage und auf deren Betrieb Einfluss zu nehmen, insbesondere um den Betrieb bzw. die Effektivität oder Performanz der Anlage zu verbessern, um einen Verschleiß der Anlage zu verringern. Ferner können abhängig von den dargestellten Informationen beispielsweise Empfehlungen für Wartungsarbeiten, z.B. Reparaturen, Reinigungen, Austausch von Komponenten usw., abgeben werden und es kann eine optimale Wartungsarbeit prognostiziert werden ("Predictive Maintenance"). Besonders zweckmäßig ermöglicht es die Erfindung, die verbleibende Lebendsauer zu überwachen und insbesondere zu erhöhen oder zumindest nicht unnötig zu verringern oder potentiellen Verringerung der Lebendsauer entgegenzuwirken.
Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle wird eine Kombination, Zusammenführung bzw. Synthese von in der Anlage verbauter Hardware, insbesondere in Form von Sensoren bzw. Messeinrichtungen, und Verwaltungs-, Analyse-, Simulations- und/oder Steuersoftware ermöglicht. Zweckmäßigerweise können die entsprechenden betriebsrelevanten Informationen in der graphischen Benutzerschnittstelle als zentrales (Web-) Dashboard einzelnen oder allen an dem Betrieb der Anlage beteiligten Parteien zur Verfügung gestellt werden, beispielweise einem Hersteller, Eigentümer, Betreiber, Bediener, Betriebsleiter, Aufsichtsrat, externen Experten, Fachkräften für technische Beratungen usw. Mit Hilfe der Benutzerschnittstelle und deren Funktionalitäten haben beispielsweise Anlagenbetreiber die Möglichkeit, Leistung und Lebensdauer der Wärmetauscher zu bewerten und zu verbessern. Beispielsweise kann es mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle einem Wärmetauscherhersteller ermöglicht werden, verschiedene Produktkonzepte bereitzustellen, z.B. Leasingverträge, Leistungsgarantieverträge, Wärmeübertragungsverträge, Lieferungen mit erweiterter Garantie, kostenlose Testphasen und Datenschreiber mit Hilfe des Wärmetauschers als Aufzeichnungsgerät, welches automatisch Daten an den Hersteller übermittelt.
Die zentrale, graphische Benutzerschnittstelle ermöglicht es insbesondere, die betriebsrelevanten Informationen auch örtlich weit verteilten Parteien über große Distanzen hinweg bereitzustellen. So können die jeweiligen Informationen über die Benutzerschnittstelle beispielsweise sowohl dem Bediener bzw. Betreiber der verfahrenstechnischen Anlage bereitgestellt werden, welcher sich in der Anlage selbst oder in unmittelbarer Nähe zu dieser befinden kann, als auch weit von der Anlage entfernen Parteien, z.B. dem Hersteller oder Eigentümer der Anlage, welcher sich in großer Distanz zu der Anlage etwa in einem weit entfernen Firmensitz befinden kann.
Die entsprechenden Informationen bzw. Daten können beispielsweise sowohl zwischen lokal vernetzten als auch weit entfernten Einheiten übertragen oder ausgetauscht werden. Beispielsweise können die erfassten Sensorwerte der in oder an den Wärmetauschern verbauten Sensoren über ein lokales Netzwerk in der verfahrenstechnischen Anlage an eine lokale, zentrale Recheneinheit übermittelt werden, z.B. einen Server der Anlage, von welcher auch die Benutzerschnittstelle ausgeführt wird oder welche über das lokale Netzwerk direkt mit einer die Benutzerschnittstelle ausführenden Recheneinheit vernetzt ist. Ferner können die Sensorwerte der Sensoren beispielsweise auch an eine entfernte Recheneinheit, z.B. einen (Firmen-) Server, oder ein entferntes Rechensystem, etwa ein verteiltes Rechensystem im Zuge des sog. "Cloud-Computing", übermittelt werden, in welcher bzw. in welchem die Benutzerschnittstelle selbst ausgeführt wird oder an welche bzw. an welches wiederum eine die Benutzerschnittstelle ausführende Recheneinheit angebunden ist. Beispielsweise können die Sensorwerte von den Sensoren unmittelbar an eine derartige entfernte Recheneinheit oder ein derartiges entferntes Rechensystem übermittelt werden oder auch indirekt, indem die Werte zunächst etwa an eine lokale Recheneinheit der Anlage übertragen werden, welche die Sensorwerte dann an die entfernte Recheneinheit bzw. das entfernte Rechensystem übermittelt. Ferner kann eine derartige lokaler Recheneinheit auch Berechnungen vornehmen, beispielsweise das Bestimmen der Kenngrößen und/oder die Aufbereitung der Sensorwerte bzw. der Kenngrößen. Die entsprechenden Daten können dann von der lokalen Recheneinheit an das Cloud-System übertragen werden und von diesem in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben werden. Durch eine oder mehrere Recheneinheiten, welche jeweils mit der die Benutzerschnittstelle ausführenden Recheneinheit verbunden sind, z.B. über ein lokales (Anlagen-) Netzwerk oder über das Internet, kann die graphische Benutzerschnittstelle dann jeweils auf einem Bildschirm ausgegeben und angezeigt werden. Die zentral ausgeführte graphische Benutzerschnittstelle kann somit einheitlich durch eine Vielzahl von verschiedenen, gegebenfalls örtlich weit verteilten Recheneinheiten anzeigt werden.
Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle kann es beispielsweise ermöglicht werden, eine Historie, insbesondere eine Historie der Lebensdauer, und/oder eine Leistung der einzelnen Wärmetauscher der Anlage zu visualisieren und nachzuverfolgen. Ferner kann der Betrieb der einzelnen Wärmetauscher transparent gestaltet und verbessert werden. Insbesondere kann in der Benutzerschnittstelle eine Zusammenführung aller relevanten Informationen und der Historie der einzelnen Wärmetauscher, eine Nachverfolgung der Historie sowie ein einfacher Fernzugriff auf Informationen ermöglicht werden. Ferner können beispielsweise eine vorausschauende Wartung aufgrund von Informationen über die Lebensdauer der Wärmetauscher, eine Abschätzung von Risiken für den weiteren Betrieb aufgrund derartiger Informationen über die Lebensdauer sowie eine Verbesserung des Anlagenbetriebs ermöglicht werden, um kritische (Betriebs-) Zustände zu vermeiden, welche einen hohen Lebenszeitverbrauch verursachen können, insbesondere hohe Temperaturunterschiede und oft wechselnde Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken, und um die Leistung des Wärmetauschers zu maximieren. Beispielsweise können automatische Maßnahmen, Regelkreise, Regelkreisabstimmungen, Anlagenautomatisierungen, Automatisierungen von Anfahren, Wiederanfahren, Lastwechsel usw. vorgenommen werden. Ferner können beispielsweise die Leistung der Anlage sowie Möglichkeiten zur Leistungssteigerung visualisiert und evaluiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird als der Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers ferner eine Änderung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken bestimmt. Ferner wird eine graphische Darstellung dieser Änderung der Lebensdauer bestimmt und die graphische Darstellung der Lebensdaueränderung wird in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Insbesondere kann somit ein Zusammenhang hergestellt und visualisiert werden, wie sich Temperaturunterschiede auf die verbleibende Lebendsauer auswirken. Beispielsweise können zu diesem Zweck die von den Temperaturunterschieden bewirkten mechanischen Spannungen und Belastungen auf das Wärmetauschermaterial bestimmt werden und es können Auswirkungen dieser Spannungen und Belastungen auf die Lebensdauer bestimmt werden. Ferner kann für die graphische Darstellung beispielsweise graphisch aufbereitet werden, wie sich vergangene Temperaturunterschiede auf die jeweilige damalige verbleibende Lebensdauer ausgewirkt und diese verändert haben. Zweckmäßigerweise kann mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle langfristig überwacht und untersucht werden, wie Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Wärmetauscherblöcken die verbleibende Lebensdauer des Wärmetauschers verändern. Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle kann insbesondere eine (Betriebs-) Strategie entwickelt werden, um lebensdauerverringernde Temperaturunterschiede zu vermeiden und um die Lebensdauer des Wärmetauschers zu erhöhen bzw. möglichst langsam zu erniedrigen, um eine bestmögliche Lebensdauer des Wärmetauschers zu erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen eines Wartungsintervalls des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder einer durchzuführenden Wartungsarbeit an dem wenigstens einen Wärmetauscher abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer. Beispielsweise können derartige Wartungen bzw. eine Reparatur oder ein Austausch einzelner Komponenten abhängig von dem Lebensdauerverbrauch angesetzt werden, zweckmäßigerweise um die verbleibe Lebensdauer möglichst zu erhöhen. Beispielsweise können derartige Wartungsintervalle und Wartungsarbeiten für Komponenten des Wärmetauschers bestimmt werden, die durch Temperaturunterschiede zwischen den Wärmetauscherblöcken hohen Belastungen ausgesetzt sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen von Gefahren für einen Betrieb bzw. für die Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer. Beispielsweise kann durch Analysieren des aktuellen und vergangenen Zustands sowie des entsprechenden Lebensdauerverbrauchs in der Benutzerschnittstelle erkannt werden, welche speziellen Betriebszustände bzw. welche speziellen Temperaturunterschiede zu erhöhten Belastungen, erhöhtem Verschleiß und erhöhtem Lebensdauerverbrauch führen. Derartige Zustände können dann vermieden werden oder es kann derartigen Zuständen entgegengewirkt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen von Ansteuerwerten bzw. von Betriebsbedingungen oder Operationsparametern des wenigstens einen Wärmetauschers, abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer, um kritische Zustände zu vermeiden, welche zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen. Durch Überwachen und Analysieren der in der Benutzerschnittstelle dargestellten Zustände, Lebensdauer usw. können beispielsweise möglichst optimierte Ansteuerwerte erarbeitet werden, um die Wärmetauscher in möglichst optimierten Betriebszuständen zu betreiben, so dass eine möglichst maximierte Lebensdauer erreicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird als der Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers ferner eine Leistung bzw. aktuelle Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder eine Historie bzw. ein zeitlicher Verlauf des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Die aktuelle Leistung des jeweiligen Wärmetauschers kann beispielsweise aus den Sensorwerten und/oder Kenngrößen analytisch oder numerisch mit Hilfe von physikalischen Gleichungen bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Kenngrößen die aktuelle Leistung auch bereits direkt charakterisieren. Die entsprechenden Sensorwerte und/oder Kenngrößen können insbesondere dahingehend aufbereitet werden, dass die aktuelle Leistung auf intuitive und übersichtliche Weise visuell und/oder akustisch dargestellt werden kann. Die Historie des wenigstens einen Wärmetauschers kann insbesondere eine Historie bzw. einen zeitlichen Verlauf der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen und/oder der Leistung umfassen. Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle kann beispielsweise flexibel zwischen aktuellen Werten und vergangenen Werten umgeschaltet werden bzw. es können flexibel aktuelle und vergangene Werte miteinander verglichen werden. Beispielsweise kann die graphische Benutzerschnittstelle eine Start- bzw. Übersichtsseite umfassen, in welcher die Leistung, die Lebensdauer und die Historie bzw. die entsprechenden Sensorwerte und/oder Kenngrößen dargestellt werden und/oder zur Darstellung ausgewählt werden können. Beispielsweise kann diese Übersichtsseite eine Liste oder Schalter umfassen, um schnell die entsprechenden relevanten Informationen über den Wärmetauscherbetrieb anzuzeigen und die Historie des Wärmetauschers zu verfolgen bzw. zu visualisieren.
Gemäß einer Ausführungsform sind die an oder in dem wenigstens einen Wärmetauscher angeordneten Sensoren jeweils als ein Temperatursensor und/oder Drucksensor und/oder Durchflusssensor und/oder Schallsensor bzw. akustischer Sensor und/oder Schwingungssensor ausgebildet. Die von diesen Sensoren erfassten Messwerte betreffen insbesondere physikalische Eigenschaften des Materials des Wärmetauschers und/oder der durch den Wärmetauscher geleiteten Fluidströme. Mit Hilfe der Temperatursensoren können beispielsweise die Temperaturen der Fluidströme und der Wärmetauscherwände gemessen werden. Mit Hilfe der Druck- und Durchflusssensoren können beispielsweise Druck und Durchfluss der einzelnen Fluidströme erfasst werden. Mit Hilfe der Schall- und Schwingungssensoren lassen sich insbesondere Vibrationen in den Wärmetauscherwänden überwachen. Ferner können mit Hilfe der Sensoren und deren Sensorwerte mechanische Spannungen in dem Wärmetauscher direkt erfasst oder indirekt abgeleitet werden. Ferner können auch noch weitere zweckmäßige Sensoren verwendet werden, z.B. optische Sensoren wie Kameras usw.
Gemäß einer Ausführungsform werden als Kenngröße ferner eine oder mehrere der nachfolgenden Größen bestimmt: ein Temperaturunterschied innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen des wenigstens einen Wärmetauschers, ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen und Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers, eine Rate von Abkühlvorgängen und/oder Aufwärmvorgängen des wenigstens einen Wärmetauschers ("Cooldown" Rate/"Warmup" Rate), ein örtlicher Temperaturverlauf innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, ein zeitlicher Temperaturverlauf innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, ein mechanisches Spannungsniveau des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder ein thermisches Spannungsniveau des wenigstens einen Wärmetauschers. Insbesondere können derartige Kenngrößen aus Temperatursensorwerten, die an verschiedenen Stellen in den Wärmetauschern erfasst werden, bestimmt werden. Mit Hilfe derartiger Kenngrößen können insbesondere Temperaturprofile der Wärmetauscher beschrieben werden, welche Rückschlüsse auf den Betrieb und die Effektivität der Wärmetauscher ermöglichen und welche ferner auf die Wärmetauscher wirkende Belastungen während deren Betrieb charakterisieren, was wiederum Rückschlüsse über die verbleibende Lebensdauer bzw. Lebensdauerverbrauch ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich werden als Kenngröße gemäß einer Ausführungsform eine Abweichung des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers von einer vorgegebene (Sicherheits-) Richtlinie für den Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder eine Abweichung von einer (Sicherheits-) Vorgabe an den wenigstens einen Wärmetauscher bestimmt. Beispielsweise können derartige Abweichungen umfassen, dass Sensorwerte und/oder Kenngrößen vorgegebene, zulässige Bereiche verlassen bzw. vorgegebene, zulässige Grenz- oder Schwellwerte erreichen, überschreiten oder unterschreiten. Das Auftreten derartiger Abweichungen von (Sicherheits-) Richtlinien bzw. Vorgaben kann oftmals das Ausgeben von Alarmmeldungen auslösen. Beispielsweise können ferner derartige Alarmmeldungen als Kenngröße berücksichtigt werden, z.B. eine Häufigkeit oder spezielle Zeitpunkte, mit welcher bzw. zu welchen derartige Alarmmeldungen ausgegeben werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Insbesondere können somit Veränderungen bzw. Trends der einzelnen Sensorwerte bzw. Kenngrößen während des Betriebes der Wärmetauscher nachvollzogen werden. Beispielsweise kann das Aufbereiten eine Visualisierung von relevanten Zeitreihendaten umfassen, z.B. von prozessbezogenen Daten oder von Daten bezüglich Eigenschaften der Wärmetauscher. Ferner kann das Aufbereiten beispielsweise ein Bestimmen von Zusammenhängen bzw. Korrelationen von Daten oder Trends umfassen sowie ferner beispielsweise das Bestimmen einer Korrelationsmatrix, eines Indikators für Schwankungen und Ausreißer usw.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung eines örtlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von Positionen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Insbesondere umfasst das Aufbereiten eine Visualisierung eines örtlichen Profils der jeweiligen Daten, ferner insbesondere von vorgegebenen, beabsichtigten bzw. spezifizierten Betriebsbedingungen. Somit kann insbesondere ein Vergleich zwischen dem tatsächlichen Betrieb und den vorgegebenen Betriebsbedingungen ermöglicht werden. Beispielsweise kann es explizit angezeigt werden, wenn der aktuelle Betrieb außerhalb der spezifizierten Betriebsbedingungen liegt. Beispielsweise kann das Aufbereiten bzw. die Visualisierung das Bereitstellen eine Schiebereglerfunktion umfassen. Beispielsweise kann das Aufbereiten das Bestimmen einer Temperaturbereichsdarstellung umfassen, z.B. eine Visualisierung eines örtlichen Temperaturprofils der einzelnen Wärmetauscher sowie der vorgegebenen Betriebsbedingungen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung eines mehrdimensionalen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden, und abhängig von Positionen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Insbesondere werden die zeitlichen und örtlichen Verläufe einzelner Sensorwerte bzw. Kenngrößen jeweils als dreidimensionaler Plot abhängig von Zeit und Ort visualisiert. Beispielsweise kann das Temperaturprofil und der Temperaturgradient eines jeweiligen Wärmetauschers jeweils als dreidimensionaler Plot entlang der Wärmetauscherlänge und über die Zeit visualisiert werden. Beispielsweise können mittels derartiger Plots mechanische und/oder thermische Spannungsniveaus bzw. mechanische und/oder thermische Belastungen während des Betriebes der Wärmetauscher nachvollzogen werden. Ferner können beispielsweise Abweichungen von vorgegebenen oder empfohlenen Richtlinien bzw. Spezifikationen in diesen mehrdimensionalen Graphen visualisiert werden, z.B. Abweichungen von Richtlinien gemäß einem Betriebshandbuch oder gemäß vorgegebenen Standards. Mit Hilfe von derartigen mehrdimensionalen Graphen können beispielsweise eine Bewertung und Verbesserung des Wärmetauscherbetriebs hinsichtlich Lebensdauer und Leistung vorgenommen werden. Ferner kann beispielsweise eine Berichtsfunktionalität zur rückblickenden Bewertung für einen bestimmten Zeitraum ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung einer Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise können einzelne Kenngrößen dargestellt werden, welche die aktuelle Leistung und den aktuellen Betrieb der einzelnen Wärmetauscher sowie ferner insbesondere ausgegebene Alarmmeldungen kennzeichnen, so dass (betriebs-) relevante Informationen schnell erkannt werden können. Beispielsweise können zu diesen Zweck Kenngrößen entsprechend aufbereitet und dargestellt werden, welche eine Wärmeübertragbarkeit (z.B. abhängig von einem Wärmeübertragungskoeffizient, von einer Fläche an welchen ein Wärmeaustausch stattfindet und von einer Wärmeleitfähigkeit) beschreiben sowie ferner beispielsweise Verschmutzungen, Druckabfälle, Temperaturengpässe, Möglichkeiten zur Leistungsverbesserung usw.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung einer Gefahrenanalyse des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise kann eine derartige Gefahrenanalyse (engl. "Hazard Analysis", HAZAN) durchgeführt werden, um Risiken für thermische Bedingungen der Wärmetauscher zu minimieren. In der Anlage sind zweckmäßigerweise Maßnahmen zur Risikominderung vorgesehen, z.B. Alarme, Regelkreise usw. Durch die graphische Darstellung der Gefahrenanalyse kann beispielsweise ein HAZAN-Übersichts-Dashboard bereitgestellt werden, in welchem Alarmmeldungen und in der Anlage implementierte Maßnahmen zur Minimierung von Risiken für thermischen Belastungen zusammengefasst werden können und ferner beispielsweise eine Berichtsfunktionalität zur rückblickenden Bewertung für einen bestimmten Zeitraum ermöglicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung von Abkühlvorgängen ("Cooldown") und/oder Aufwärmvorgängen ("Warmup", "Startup") des wenigstens einen Wärmetauschers. Auf diese Weise kann in der graphischen Benutzerschnittstelle ein Übersichts-Dashboard für Abkühl- und Aufwärmvorgänge bereitgestellt werden. Beispielsweise kann durch eine derartige graphische Darstellung ein umfassender Überblick über die einzelnen Wärmetauscher bereitgestellt werden, so dass Abkühlungen und Abkühlungsraten leicht nachvollzogen werden können. Ferner kann es mit Hilfe dieser graphischen Darstellung beispielsweise ermöglicht werden, den Betrieb der Wärmetauscher zu verbessern, eine Berichtsfunktionalität zur Bewertung des Abkühlungsverfahrens in der Retroperspektive zu erstellen und Informationen bezüglich des Anfahrverfahren in ein Betriebshandbuch hinzuzufügen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung einer thermischen Ausdehnung von Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise kann ein örtlicher bzw. räumlicher Verlauf eines Temperaturgradienten des jeweiligen Blocks entlang der drei Raumrichtungen dargestellt werden. Insbesondere kann somit eine Übersicht über Blockdehnungen und thermischen Zuständen in der graphischen Benutzerschnittstelle dargestellt werden. Beispielsweise kann dabei eine Live-Ansicht und Video-Funktionalität ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Überwachen bzw. Analysieren eines aktuellen Zustands und/oder eines zukünftigen Zustands und/oder eines vergangenen Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise kann der in der graphischen Benutzerschnittstelle dargestellte Zustand, dessen dargestellte Historie sowie der dargestellte extrapolierte Zustand mit vorgegebenen Sicherheits- oder Betriebsrichtlinien vergleichen werden. Somit kann anhand der graphischen Benutzerschnittstelle beurteilt werden, ob der Betrieb der einzelnen Wärmetauscher innerhalb zulässiger Vorgaben erfolgt oder ob Verbesserungspotential gegeben ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen von Ansteuerwerten bzw. von Betriebsbedingungen oder Operationsparametern des wenigstens einen Wärmetauschers, um eine Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers zu erhöhen. Durch Überwachen und Analysieren der in der Benutzerschnittstelle dargestellten Zustände, Lebensdauer usw. können beispielsweise möglichst optimierte Ansteuerwerte erarbeitet werden, um die Wärmetauscher in möglichst optimierten Betriebszuständen zu betreiben, so dass eine möglichst maximierte Leistung und Effektivität erreicht werden kann.
Gemäß eine Ausführungsform werden Eingaben in der Benutzerschnittstelle empfangen und der wenigstens eine Wärmetauscher wird abhängig von den empfangenen Eingaben angesteuert. Gemäß einer Ausgestaltung weist die graphische Benutzerschnittstelle zu diesem Zweck wenigstens eine Steuerfläche bzw. wenigstens ein Steuerpanel auf, welche bzw. welches dazu eingerichtet ist, Eingaben zu empfangen. Die graphische Benutzerschnittstelle ist dazu eingerichtet, den wenigstens einen Wärmetauscher abhängig von diesen empfangenen Eingaben anzusteuern. Insbesondere kann es sich bei den Eingaben um manuelle Eingaben des Anlagenbedieners bzw. Anlagenbetreibers handeln. Die Benutzerschnittstelle stellt somit die Möglichkeit bereit, manuelle Eingaben vorzunehmen und direkt auf die Wärmetauscher Einfluss zu nehmen. Beispielsweise können über die Steuerfläche Ansteuerwerte bzw. Sollwerte eingegeben werden, welche von der Benutzerschnittstelle dann beispielsweise an eine Steuerung übergeben werden können, welche diese Ansteuer- bzw. Sollwerte umsetzt und die Wärmetauscher entsprechend ansteuert. Beispielsweise kann die Benutzerschnittstelle eine Funktionalität aufweisen, um Auswirkungen der vorgenommenen Eingaben bzw. der entsprechenden Änderungen von Ansteuerwerten auf Zustand, Effektivität und/oder Lebensdauer des jeweiligen Wärmetauschers zu visualisieren und nachzuvollziehen.
Gemäß einer Ausgestaltung weist jeder Wärmetauscherblock jeweils miteinander verbundene Strukturbleche und/oder Sidebars und/oder Trennbleche und/oder Deckbleche auf. Beispielsweise kann ein derartiger Wärmetauscherblock eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennblechen bzw. Trennplatten (engl. "seperator plates") und eine Vielzahl von Strukturblechen bzw. Strukturplatten mit Lamellen (sog. Fins) aufweisen, wobei zwischen zwei benachbarten Trennblechen je ein Strukturblech angeordnet ist, so dass eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen benachbarten Blechen gebildet wird, die von einem Medium durchfließbar sind. Zu den Seiten hin werden die Lamellen durch Sidebars (Randleisten) begrenzt, die mit den angrenzenden Platten verlötet sind. Durch die miteinander verbundenen Strukturbleche, Sidebars, Trennbleche und Deckbleche wird insgesamt ein Wärmetauscherblock gebildet.
Ein erfindungsgemäßes Rechensystem, z.B. ein Server einer verfahrenstechnischen Anlage oder ein entferntes, verteiltes Rechensystem im Zuge des sog. "Cloud- Computing", ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Hierzu weist das Rechensystem insbesondere eine graphische Benutzerschnittstelle gemäß Erfindung insbesondere zentral und einheitlich auf.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematisch und perspektivisch einen Wärmetauscher für eine verfahrenstechnische Anlage, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.
Figur 2 zeigt schematisch eine verfahrenstechnische Anlage, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.
Figur 3 zeigt schematisch eine graphische Benutzerschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist ein Wärmetauscher schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet, welcher in einer verfahrenstechnischen Anlage verwendet werden kann, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.
Der in Figur 1 gezeigte Wärmetauscher 100 ist ein (hart-) gelöteter Rippen-Platten- Wärmetauscher aus Aluminium ("Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger", PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547- 2:3005), wie er in einer Vielzahl von Anlagen bei unterschiedlichsten Drücken und Temperaturen eingesetzt werden kann. Entsprechende Wärmetauscher finden beispielsweise Anwendung bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der Verflüssigung von Erdgas oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen. Es versteht sich, dass "Aluminium" dabei auch eine Aluminiumlegierung bezeichnen kann.
Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium sind in Figur 2 der erwähnten ISO 15547-2:3005 sowie auf Seite 5 der Veröffentlichung "The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association" der ALPEMA, 3. Auflage 2010, gezeigt und beschrieben. Die vorliegende Figur 1 entspricht im Wesentlichen den Abbildungen der besagten ISO Norm und soll im Folgenden erläutert werden.
Der in Figur 1 teilweise eröffnet dargestellte Plattenwärmetauscher 100 dient dem Wärmeaustausch von im dargestellten Beispiel fünf verschiedenen Prozessmedien A bis E. Zum Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien A bis E umfasst der Plattenwärmetauscher 100 dabei eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennblechen 4 (in den zuvor genannten Veröffentlichungen, auf die sich auch die nachfolgenden Angaben in Klammern beziehen, im Englischen als Parting Sheets bezeichnet), zwischen denen durch Strukturbleche mit Lamellen 3 (Fins) definierte Wärmeaustauschpassagen 1 für jeweils eines der Prozessmedien A bis E, die dadurch in Wärmeaustausch miteinander treten können, ausgebildet sind.
Die Strukturbleche mit den Lamellen 3 sind typischerweise gefaltet bzw. gewellt ausgebildet, wobei durch die Faltungen bzw. Wellen jeweils Strömungskanäle gebildet werden, wie auch in Figur 1 der ISO 15547-2:3005 gezeigt. Die Bereitstellung der Strukturbleche mit Lamellen 3 bietet im Vergleich zu Plattenwärmetauschern ohne Lamellen den Vorteil einer verbesserten Wärmeübertragung, einer gezielteren Fluidführung und einer Erhöhung der mechanischen (Zug-)Festigkeit. In den Wärmeaustauschpassagen 1 strömen die Prozessmedien A bis E insbesondere durch die Trennbleche 4 getrennt voneinander, können ggf. aber im Fall von perforierten Strukturblechen mit Lamellen 3 durch letztere hindurchtreten.
Die einzelnen Passagen 1 bzw. die Strukturbleche mit den Lamellen 3 sind seitlich jeweils durch sogenannte Sidebars 8 umgeben, die jedoch Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 freilassen. Die Sidebars 8 halten die Trennbleche 4 auf Abstand und sorgen für eine mechanische Verstärkung des Druckraumes. Zum Abschluss an zumindest zwei Seiten dienen insbesondere verstärkt ausgebildete Deckbleche 5 (Cap Sheets), die parallel zu den Trennblechen 4 angeordnet sind.
Mittels sogenannter Header 7, die mit Stutzen 6 (Nozzles) versehen sind, werden die Prozessmedien A bis E über Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 zu- und abgeführt. Im Eingangsbereich der Passagen 1 befinden sich weitere Strukturbleche mit sogenannten Verteilerlamellen 2 (Distributor Fins), die für eine gleichmäßige Verteilung auf die gesamte Breite der Passagen 1 sorgen. In Strömungsrichtung gesehen am Ende der Passage 1 können sich weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen 2 befinden, die die Prozessmedien A bis E aus den Passagen 1 in die Header 7 führen, wo sie gesammelt und über die entsprechenden Stutzen 6 abgezogen werden. Durch die Strukturbleche mit den Lamellen 3, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen 2, die Sidebars 8, die Trennbleche 4 und die Deckbleche 5 wird insgesamt ein hier quaderförmiger Wärmetauscherblock 20 gebildet, wobei unter einem "Wärmetauscherblock" hier die genannten Elemente ohne die Header 7 und Stutzen 6 in einem miteinander verbundenem Zustand verstanden werden sollen. Wie in Figur 1 nicht veranschaulicht, kann der Plattenwärmetauscher 100 insbesondere aus Fertigungsgründen aus mehreren entsprechenden quaderförmigen und miteinander verbundenen Wärmetauscherblöcken 20 ausgebildet sein.
Entsprechende Plattenwärmetauscher 100 werden aus Aluminium hartgelötet. Die einzelnen Passagen 1, umfassend die Strukturbleche mit den Lamellen 3, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen 2, die Deckbleche 5 und die Sidebars 8 werden dabei, jeweils mit Lot versehen, aufeinander gestapelt bzw. entsprechend angeordnet und in einem Ofen erwärmt. Auf den in dieser Weise hergestellten Wärmetauscherblock 20 werden die Header 7 und die Stutzen 6 aufgeschweißt. Die Header 7 werden unter Verwendung von halbzylindrischen Strangpressprofilen hergestellt, die auf die erforderliche Länge gebracht und dann auf den Wärmetauscherblock 20 aufgeschweißt werden.
Figur 2 zeigt schematisch eine verfahrenstechnische Anlage 200, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.
Die verfahrenstechnische Anlage 200 kann beispielsweise als eine Luftzerlegungsanlage oder eine Anlage zur Trennung von Stoffgemischen aufgrund physikalischer Eigenschaften ausgebildet sein. Die verfahrenstechnische Anlage 200 weist eine Vielzahl von Wärmetauschern 210 auf, die jeweils beispielsweise als ein in Figur 1 gezeigter Aluminium-Platten-Wärmetauscher PFHE 100 ausgebildet sind und jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherblöcken 20 aufweisen. Ferner kann die Anlage 200 beispielsweise auch noch weitere Wärmetauscher aufweisen, die jeweils beispielsweise auch als spiralgewickelte Wärmeübertrager ausgebildet sein können. Die verfahrenstechnische Anlage 200 weist ferner weitere Komponenten auf, z.B. eine Kolonne 230. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 2 nur eine derartige weitere Komponente 230 dargestellt, jedoch versteht sich, dass die Anlage 200 noch eine Vielzahl von weiteren verschiedenen Komponenten aufweisen kann. Ferner versteht sich, dass die Anlage 200 auch eine größere oder geringere Anzahl an Wärmetauschern 210 aufweisen kann.
In und an den einzelnen Plattenwärmetauschern 210 ist jeweils eine Vielzahl von Sensoren 220 angeordnet, beispielsweise jeweils Temperatursensoren, Drucksensoren und Durchflusssensoren, um entsprechende physikalische Eigenschaften des jeweiligen Wärmetauschermaterials und der jeweiligen Prozessmedien zu erfassen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Figur 2 jeweils drei Sensoren 220 für jeden Wärmetauscher 210 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass jeden Wärmetauscher 210 jeweils auch eine größere oder geringere Anzahl an Sensoren 220 aufweisen kann und ferner jeweils auch weitere Arten von Sensoren, z.B. Schallsensoren, Schwingungssensoren usw.
Die in und an den Wärmetauschern 210 angeordneten Sensoren 220 sind an ein lokales Netzwerk 201 der Anlage 200 angebunden, welches in Figur 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Eine zentrale Steuerung 240 zum Ansteuern und Regeln der Anlage 200 ist über das lokale Netzwerk 201 mit den einzelnen Anlagenkomponenten verbunden. Die von den Sensoren 220 erfassten Messwerte werden über das Netzwerk 201 an die Steuerung 240 übermittelt und dort abgespeichert. Ferner ist ein Computer 250 an das Netzwerk 201 angebunden, mittels welchem ein Betreiber bzw. Bediener, welcher sich in der Anlage 200 oder in unmittelbarer Nähe zu dieser befinden kann, die Anlage 200 verwalten kann.
Die Steuerung 240 und der Computer 250 sind über das Internet 205 an ein entferntes Rechensystem 260 im Zuge des sog. "Cloud-Computing" angebunden. An diese Cloud 260 ist über das Internet 205 ferner ein Computer 270 angebunden, über welchen z.B. ein Hersteller oder Eigentümer der Anlage 200, welcher sich in großer Distanz zu der Anlage 200 befinden kann, die Anlage 200 ebenfalls verwalten kann. Derartige Internetanbindungen sind in Figur 2 jeweils als Strichpunktlinien angedeutet.
Um mit Hilfe der Computer 250, 270 die Anlage verwalten zu können, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine graphische Benutzerschnittstelle bereitgestellt. Zu diesem Zweck ist das Rechensystem 260, insbesondere programmtechnisch dazu eingerichtet, eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Im Zuge dessen werden die von den Sensoren 220 erfassten und in der Steuerung 240 abgespeicherten Sensorwerte von der Steuerung 240 über das Internet 205 an das Rechensystem 260 übertragen. Diese Sensorwerte umfassen beispielsweise Temperaturwerte von Fluidströmen innerhalb der Wärmetauscherblöcke der einzeln Wärmetauscher 210 sowie Temperaturwerte der Wände der Wärmetauscherblöcke der einzeln Wärmetauscher 210.
Abhängig von diesen empfangenen Sensorwerten werden von dem Rechensystem 260 Kenngrößen bestimmt, die den Betrieb der Wärmetauscher 210 kennzeichnen bzw. charakterisieren. Als derartige Kenngrößen wird zumindest ein Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt. Ferner können als derartige Kenngrößen beispielsweise ein Temperaturunterschied innerhalb der einzelnen Wärmetauscher 210, ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen innerhalb der einzelnen Wärmetauscher 210, ein Temperaturunterschied zwischen den Fluidströmen und Wärmetauscherblöcken der einzelnen Wärmetauscher 210, eine Rate von Abkühlvorgängen und Aufwärmvorgängen der einzelnen Wärmetauscher 210, ein örtlicher Temperaturverlauf und ein zeitlicher Temperaturverlauf innerhalb der einzelnen Wärmetauscher 210 und ein mechanisches Spannungsniveau und ein thermisches Spannungsniveau der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt werden. Ferner kann als Kenngrößen beispielsweise bestimmt werden, ob eine Abweichung des Betriebs der einzelnen Wärmetauscher 210 von vorgegebenen Richtlinien vorliegt.
Die Sensorwerte und Kenngrößen werden von dem Rechensystem 260 für eine Darstellung eines Zustands der Wärmetauscher 210 graphisch aufbereitet. Als derartiger Zustand wird eine Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den jeweiligen Wärmetauscherblöcken der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt. Das Rechensystem 260 bestimmt ferner eine graphische Darstellung dieser Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210.
Ferner kann das Rechensystem 260 als Zustand eine Änderung bzw. ein Verbrauch der Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 abhängig von den jeweiligen Temperaturunterschieden bestimmen. Beispielsweise kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung dieser Änderung der verbleibenden Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 abhängig von den Temperaturunterschieden der jeweiligen Wärmetauscherblöcken bestimmt werden, ferner insbesondere abhängig von Betriebsbedingungen des jeweiligen Wärmetauschers 210. Somit kann beispielsweise ein Lebenszeitmonitor eingerichtet werden.
Ferner kann das Rechensystem 260 als derartigen Zustand beispielsweise eine aktuelle Leistung der einzelnen Wärmetauscher 210 sowie eine Historie bzw. ein zeitlicher Verlauf der Leistung und Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmen.
Beispielsweise kann im Zuge dieses Aufbereitens ferner eine graphische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und Kenngrößen bestimmt werden, abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Beispielsweise können zu diesem Zweck zweidimensionale Diagramme erzeugt werden, in welchen jeweils der jeweilige Sensorwert bzw. die jeweilige Kenngröße gegen die Zeit aufgetragen ist. Beispielsweise können Diagramme der als Sensorwerte erfassten Temperaturwerte und der als Kenngrößen bestimmten Temperaturunterschiede jeweils aufgetragen gegen die Zeit bestimmt werden.
Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung eines örtlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und einzelner Kenngrößen bestimmt werden, abhängig von Positionen innerhalb des jeweiligen Wärmetauschers 210, an welcher die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Beispielsweise können zu diesem Zweck zweidimensionale Diagramme erzeugt werden, in welchen der jeweilige Sensorwert bzw. die jeweilige Kenngröße jeweils gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers aufgetragen ist. Beispielsweise können derartige zweidimensionale Graphen der erfassten Temperaturwerte und der bestimmten Temperaturunterschiede jeweils aufgetragen gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers bestimmt werden.
Ferner kann im Zuge des Aufbereitens ein mehrdimensionaler Verlauf einzelner Sensorwerte und Kenngrößen bestimmt werden, abhängig von den Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden, und abhängig von der Position innerhalb des jeweiligen Wärmetauschers, an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Beispielsweise können dreidimensionale Diagramme erzeugt werden, in welchen die erfassten Temperaturen bzw. die bestimmten Temperaturunterschiede jeweils gegen die Zeit und gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers aufgetragen ist.
Ferner kann im Zuge des Aufbereitens beispielsweise eine graphische Darstellung einer Leistung der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt werden. Beispielsweise können zu diesem Zweck aktuelle Sensorwerte und Kenngrößen dargestellt werden, welche die Leistung bzw. Effektivität der einzelnen Wärmetauscher 210 charakterisieren.
Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung einer Gefahrenanalyse der einzelnen Wärmetauscher bestimmt werden. Im Zuge dessen können beispielsweise ausgegebene Alarmmeldungen dargestellt werden sowie die Umstände, die zur Aussendung dieser Alarme geführt haben.
Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung von Abkühlvorgängen ("Cooldown") und Aufwärmvorgängen ("Warmup", "Startup") der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt werden. Beispielsweise können im Zuge dessen Abkühlungsraten der einzelnen Wärmetauscher 210 dargestellt werden.
Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung einer thermischen Ausdehnung der einzelnen Wärmetauscherblöcke bestimmt werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck jeder Wärmetauscherblock jeweils in einem regulären Ruhezustand graphisch dargestellt werden und es kann dargestellt werden wie sich der jeweilige Wärmetauscherblock während seines Betriebs im Vergleich zu diesem Ruhezustand thermisch verformt. Beispielsweise kann ein örtlicher, räumlicher Verlauf eines Temperaturgradienten des jeweiligen Wärmetauscherblocks entlang der drei Raumrichtungen dargestellt werden.
Die derartig aufbereiteten Sensorwerte und Kenngrößen werden von dem Rechensystem 260 in einer graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Im Zuge dessen wird zumindest die graphische Darstellung der Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Zu diesem Zweck wird von dem Rechensystem 260 eine graphische Benutzeroberfläche zentral und einheitlich erzeugt und es werden entsprechende Daten über das Internet 205 an die Computer 250, 270 übermittelt, so dass diese Benutzeroberfläche einheitlich auf Bildschirmen der Computer 250, 270 angezeigt werden kann.
In dieser graphischen Benutzerschnittstelle bzw. Benutzeroberfläche wird der Betrieb der einzelnen Wärmetauscher 210 verwaltet, wobei zumindest die Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 überwacht wird. Zu diesem Zweck werden in der Benutzerschnittstelle bzw. Benutzeroberfläche die entsprechend aufbereiteten Sensorwerte und Kenngrößen, also die obig erläuterten zwei- und mehrdimensionalen Diagramme usw., ausgegeben. Basierend auf diesen aufbereiteten und dargestellten Informationen können der Anlagenbetreiber und der Anlagenhersteller die einzelnen Wärmetauscher 210 jeweils überwachen und analysieren, z.B. hinsichtlich deren Zustand, Leistung, Effektivität, Lebensdauer usw.
Abhängig von diesen Analysen können beispielsweise verbesserte Betriebszustände bzw. Ansteuerwerte bestimmt werden, gemäß welchen die Wärmetauscher zukünftig zu betreiben sind, um deren Lebensdauer und Leistung zu erhöhen. Diese neuen Ansteuerwerte, z.B. neue Sollwerte, können von dem Anlagenbetreiber und Anlagenhersteller jeweils in der auf dem jeweiligen Computer 250, 270 angezeigten Benutzerschnittstelle eingegeben werden. Diese Eingaben werden von der Benutzerschnittstelle bzw. von dem die Benutzerschnittstelle ausführenden Rechensystem 260 an die Steuerung 240 übermittelt, so dass diese Steuerung 240 die einzelnen Wärmetauscher 210 entsprechend ansteuert.
Figur 3 zeigt schematisch eine graphische Benutzerschnittstelle bzw. Benutzeroberfläche 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie von dem Rechensystem 260 zentral ausgeführt und auf den Computern 250, 270 einheitlich dargestellt werden kann.
Beispielsweise kann auf einer Start- bzw. Übersichtsseite 310 in der Benutzerschnittstelle 300 der aktuelle Zustand der Anlage 200 dargestellt werden. Diese Übersichtsseite 310 kann eine Vielzahl von Anzeigeflächen bzw. Anzeigepanel 311 , 312, 313, 314 aufweisen, in welchen die verbleinende Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 sowie ferner z.B. ein aktueller Gesamtzustand der Anlage 200, eine aktuelle Betriebstemperatur der Anlage 200, ein zeitlicher Temperaturunterschied und ein örtlicher Temperaturunterschied dargestellt werden können. Ferner werden in der Benutzerschnittstelle 300 Schalter 320 dargestellt. Durch Betätigen bzw. Klicken einzelner dieser Schalter werden beispielsweise weitere Anzeigeflächen geöffnet, in welchen dann jeweils einzelne aufbereitete Sensorwerte bzw. Kenngrößen angezeigt werden.
Beispielsweise können durch Betätigen des Schalters 321 die zweidimensionalen Diagramme der erfassten Temperaturwerte und der bestimmten Temperaturunterschiede der einzelnen Wärmetauscherblöcke jeweils aufgetragen gegen die Zeit angezeigt werden.
Durch Betätigen des Schalters 322 können beispielsweise die zweidimensionalen Diagramme der erfassten Temperaturwerte und der bestimmten Temperaturunterschiede der einzelnen Wärmetauscherblöcke jeweils aufgetragen gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers angezeigt werden.
Durch Betätigen des Schalters 323 können beispielsweise die dreidimensionalen Diagramme der erfassten Temperaturen und der bestimmten Temperaturunterschiede der einzelnen Wärmetauscherblöcke jeweils aufgetragen gegen die Zeit und gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers angezeigt werden.
Ferner kann durch Betätigen des Schalters 324 beispielsweise ein Eingabefeld bzw. Eingabepanel geöffnet werden, in welchem Eingaben vorgenommen werden können, die dann an die Steuerung 240 zum Ansteuern der Anlage 200 weitergegeben werden.
Die Erfindung stellt somit eine zentrale, einheitliche Benutzerschnittstelle 300 bereit, um den Betrieb der einzelnen Wärmetauscher 210 der verfahrenstechnischen Anlage 200 online zu überwachen und zu verwalten, um Information bezüglich des Betriebs und der Eigenschaften der einzelnen Wärmetauscher 210 darzustellen, um abhängig von diesen Informationen auf den Betrieb der Anlage 200 Einfluss zu nehmen und um die Effektivität und die Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 zu erhöhen.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage (200) aufweisend wenigstens einen Wärmetauscher (100, 210), wobei jeder dieser Wärmetauscher (100, 210) jeweils als ein Plattenwärmetauscher ausgebildet ist und jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherblöcken (20) aufweist, umfassend:
Empfangen von Sensorwerten von an oder in dem wenigstens einen Wärmetauscher (100, 210) angeordneten Sensoren (220);
Bestimmen von Kenngrößen, die einen Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) kennzeichnen, abhängig von den empfangenen Sensorwerten, wobei ein Temperaturunterschied zwischen Wärmetauscherblöcken (20) des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) als Kenngröße bestimmt wird;
Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen für eine graphische Darstellung eines Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210), wobei als Zustand eine Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken (20) des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) bestimmt wird und wobei eine graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) bestimmt wird;
Ausgegeben der aufbereiteten Sensorwerte und/oder Kenngrößen in einer graphischen Benutzerschnittstelle (300), wobei die graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) in der graphischen Benutzerschnittstelle (300) ausgegeben wird;
Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von den ausgegebenen, aufbereiteten Sensorwerten und/oder Kenngrößen in der graphischen Benutzerschnittstelle (300), wobei die Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) überwacht wird. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als der Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) ferner eine Änderung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken (20) des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) bestimmt wird, wobei eine graphische Darstellung der Änderung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) bestimmt wird und wobei die graphische Darstellung der Änderung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) in der graphischen Benutzerschnittstelle (300) ausgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) ferner einen oder mehrere der nachfolgenden Schritte umfasst:
Bestimmen eines Wartungsintervalls des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Bestimmen einer durchzuführenden Wartungsarbeit an dem wenigstens einen Wärmetauscher (100, 210) abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Bestimmen von Gefahren für einen Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Bestimmen von Ansteuerwerten des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210), um kritische Zustände zu vermeiden, welche zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als der Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) ferner eine Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) und/oder eine Historie des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die an oder in dem wenigstens einen Wärmetauscher (100, 210) angeordneten Sensoren (220) jeweils als ein Temperatursensor und/oder Drucksensor und/oder Durchflusssensor und/oder Schallsensor und/oder Schwingungssensor ausgebildet sind. 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ferner eine oder mehrere der nachfolgenden Größen als Kenngrößen bestimmt werden: ein Temperaturunterschied innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen und Wärmetauscherblöcken (20) des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); eine Rate von Abkühlvorgängen und/oder Aufwärmvorgängen des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); ein örtlicher Temperaturverlauf innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); ein zeitlicher Temperaturverlauf innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); ein mechanisches Spannungsniveau des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); ein thermisches Spannungsniveau des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); eine Abweichung von einer Richtlinie für den Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210); eine Abweichung von einer Vorgabe an den wenigstens einen Wärmetauscher (100, 210).
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner einen oder mehrere der nachfolgenden Schritte umfasst:
Bestimmen einer graphischen Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden;
Bestimmen einer graphischen Darstellung eines örtlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von Positionen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210), an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden; Bestimmen einer graphischen Darstellung eines mehrdimensionalen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden, und abhängig von Positionen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210), an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden;
Bestimmen einer graphischen Darstellung einer Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Bestimmen einer graphischen Darstellung einer Gefahrenanalyse des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Bestimmen einer graphischen Darstellung von Abkühlvorgängen und/oder Aufwärmvorgängen des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Bestimmen einer graphischen Darstellung einer thermischen Ausdehnung von Wärmetauscherblöcken (20) des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210).
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) ferner einen oder mehrere der nachfolgenden Schritte umfasst:
Überwachen eines aktuellen Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Überwachen eines zukünftigen Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Überwachen eines vergangenen Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210);
Bestimmen von Ansteuerwerten des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210), um eine Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) zu erhöhen.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend:
Empfangen von Eingaben in der Benutzerschnittstelle (300);
Ansteuern des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) abhängig von den empfangenen Eingaben.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Wärmetauscherblock (20) jeweils miteinander verbundene Strukturbleche (2, 3) und/oder Sidebars (8) und/oder Trennbleche (4) und/oder Deckbleche (5) aufweist. 11. Graphische Benutzerschnittstelle (300) zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage (200) mit wenigstens einem Wärmtauscher (100, 210), wobei jeder dieser Wärmetauscher (100, 210) jeweils als ein Plattenwärmetauscher ausgebildet ist und jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherblöcken (20) aufweist, wobei die graphische Benutzerschnittstelle wenigstens eine Anzeigefläche (310) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Sensorwerte, die gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche empfangen und aufbereitet wurden, und/oder Kenngrößen, die gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmt und aufbereitet wurden, auszugeben, wobei die Anzeigefläche (310) dazu eingerichtet ist, die graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers (100, 210) auszugeben.
12. Graphische Benutzerschnittstelle (300) nach Anspruch 11 , ferner aufweisend wenigstens eine Steuerfläche, die dazu eingerichtet ist, Eingaben zu empfangen, wobei die graphische Benutzerschnittstelle (300) dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Wärmetauscher (100, 210) abhängig von diesen empfangenen Eingaben anzusteuern.
13. Rechensystem (260), das dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
14. Rechensystem (260) nach Anspruch 13 mit einer graphischen Benutzerschnittstelle (300) nach Anspruch 11 oder 12.
15. Computerprogramm, das ein Rechensystem (260), insbesondere das Rechensystem (260) nach Anspruch 13 oder 14, dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn es auf dem Rechensystem (260) ausgeführt wird.
16. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.
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