Verfahren zur Bereitstellung eines Kühlmediums in einem Sekundärkreis
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Kühlmediums mit geregelter Vorlauftemperatur in einem Sekundärkreis, wobei das Kühlmedium im Sekundärkreis von einem oder mehreren Prozesskühlern Wärme aufnimmt und anschließend Wärme an Primärwasser in einem Primärkreis abgibt, bevor es wieder den Prozesskühlern zufließt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung einen oder mehrere Prozesskühler im Sekundärkreis sowie mindestens einen Temperatursensor im Vorlauf zu den Prozesskühlern umfasst.
In vielen verfahrenstechnischen Prozessen ist es erforderlich, Wärme aus Apparaten oder Anlagenteilen abzuführen. Dazu wird häufig Primärwasser eingesetzt, das insbesondere bei groß- technischen Prozessen als Rückkühlwasser, Flusswasser oder Meerwasser zur Verfügung steht. Aus Sicht der Prozessführung ist es wünschenswert, dass die Kühlung der Apparate oder Anlagenteile bei einer möglichst konstanten Temperatur erfolgt. Aus Sicht der Sicherheit und des Umweltschutzes soll verhindert werden, dass bei Leckagen beispielsweise gegebenenfalls schädliche Substanzen in die natürlichen Gewässer gelangen. Diese Anforderungen können erfüllt werden, indem das Primärwasser nicht direkt mit den zu kühlenden Apparaten in Kontakt gebracht wird, sondern ein Kühlmedium in einem geschlossenen Zwischenkreis, auch Sekundärkreis genannt, verwendet wird. Das Kühlmedium wird den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend ausgewählt. Ein gebräuchliches Kühlmedium ist Wasser, weitere Beispiele sind Glykol- Wasser-Gemische oder Methanol.
Das Kühlmedium in dem Sekundärkreis strömt mit einer bestimmten Vorlauftemperatur in einen oder mehrere Prozesskühler und nimmt dort Wärme aus dem Prozess auf, wobei es sich erwärmt. Um das Kühlmedium wieder auf die gewünschte Vorlauftemperatur zu bringen, wird es einem oder mehreren Wärmetauschern zugeführt, in denen es durch Primärwasser abgekühlt wird. Der Kreislauf des Primärwassers, beispielsweise Rückkühlwasser, Flusswasser oder
Meerwasser, wird als Primärkreislauf bezeichnet. Entsprechend werden die Wärmetauscher, in denen das Kühlmedium durch das Primärwasser abgekühlt wird, als Primärwärmetauscher bezeichnet. Die Aufteilung der Kühlung in einen von Primärwasser durchflossenen Primärkreis und einen von einem Kühlmedium durchflossenen Sekundärkreis ist eine etablierte Technik und bietet mehrere Vorteile. Im Fall einer Leckage an einem Apparat oder einem Prozesskühler können gegebenenfalls schädliche Substanzen zwar in das Kühlmedium gelangen, das Primärwasser im Primärkreislauf bleibt von einer Kontamination jedoch verschont. Dadurch, dass der Sekun- därkreis geschlossenen ist, verschmutzen andererseits die Prozesskühler in der Anlage weniger als bei einer direkten Kühlung mit Flusswasser beispielsweise.
Diese Vorgehensweise ermöglicht es auch, unabhängig von tages- und jahreszeitlich bedingten Schwankungen im Primärwasser die Vorlauftemperatur zu den Prozesskühlern auf einen ge-
wünschten Wert einzustellen. Üblicherweise werden die Primärwärmetauscher hinsichtlich Anzahl und Dimensionierung derart ausgelegt, dass sie im Hochlastfall dem Kühlmedium genügend Wärme entziehen können. Zur Definition des Hochlastfalles wird ein Zustand angenommen, bei dem die Temperaturdifferenz zwischen dem in den Wärmetauscher eintretenden Kühlmedium und dem eintretenden Primärwasser einen bestimmten minimal zulässigen Wert aufweist. Bei einem gegebenen Wert für das eintretende Kühlmedium ergibt sich daraus ein maximal zulässiger Wert für das eintretende Primärwasser. In Mitteleuropa ist der Hochlastfall daher in der Regel in den Sommermonaten gegeben, in denen Flusswasser beispielsweise Temperaturen von 28°C oder mehr erreichen kann.
Demgegenüber wird von einem Minderlastfall gesprochen, wenn die Temperaturdifferenz zwischen in die Primärwärmetauscher eintretendem Kühlmedium und eintretendem Primärwasser große Werte annimmt. In Mitteleuropa tritt dieser Fall üblicherweise in den Wintermonaten ein, wenn die Temperatur von Flusswasser beispielsweise auf Werte von 4°C oder darunter absin- ken kann. Weiterhin wird von einem Minderlastfall gesprochen, wenn nur wenig Wärme von dem Kühlmedium im Sekundärkreis auf das Primärwasser übertragen werden muss, beispielsweise wenn eine Anlage nicht mit maximaler Kapazität betrieben wird oder ganz abgestellt wird, sodass in den Primärkühlern weniger Wärme von dem Kühlmedium auf das Primärwasser übertragen wird. Um in diesen Fällen die Vorlauftemperatur des Kühlmediums zu den Prozessküh- lern auf dem gleichen Wert zu halten wie im Hochlastfall, ist weniger Primärwasser erforderlich, sodass üblicherweise der Mengenstrom an Primärwasser zu den Primärwärmetauschern reduziert wird.
Diese Vorgehensweise ist insofern nachteilig, als im Minderlastfall aufgrund der geringen Strö- mungsgeschwindigkeiten die Primärwärmetauscher auf der Primärwasserseite zur Verschmutzung neigen, dem sogenannten Fouling. Darüber hinaus ist eine Regelung der Vorlauftemperatur zu den Prozesskühlern über den Primärwasserzustrom zu den Primärwärmetauschern träge.
Es stellte sich die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Kühlung bereitzustellen, bei dem Verschmutzungen der Primärwärmetauscher verringert werden und die Vorlauftemperatur zu den Prozesskühlern schnell und robust geregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 und 8 angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung eines Kühlmediums mit geregelter Vorlauftemperatur in einem Sekundärkreis nimmt das Kühlmedium im Sekundärkreis von einem oder mehreren Prozesskühlern Wärme auf und gibt anschließend Wärme an Primärwasser in einem Primärkreis ab, bevor es wieder den Prozesskühlern zufließt. Es sind mindestens zwei Primärwärmetauscher zur Kühlung des Kühlmediums vorhanden. Nach dem Austritt aus den Prozesskühlern und vor dem Eintritt in die Primärwärmetauscher zweigt im Sekundärkreis eine Bypassleitung zur Umgehung der Primärwärmetauscher ab. Die Bypassleitung mündet in die
Leitung des Sekundärkreises von den Primärwärmetauschern zu den Prozesskühlern. Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung der Vorlauftemperatur zu den Prozesskühlern im Sekundärkreis über die Einstellung des Bypassstromes. Unter der„Vorlauftemperatur" wird hier und im Folgenden die Temperatur im Sekundärkreis im Vorlauf zu den Prozesskühlern verstanden. Als „Vorlauf zu den Prozesskühlern" wird der Abschnitt des Sekundärkreises bezeichnet, der sich zwischen dem Eintritt der Bypassleitung in den Sekundärkreis und dem ersten Prozesswärmetauscher befindet. Als„Nachlauf" wird der Abschnitt des Sekundärkreises bezeichnet, der sich zwischen dem Austritt aus dem mindestens einen Prozesswärmetauscher und der Abzweigung der Bypassleitung befindet. Bei mehreren Prozesswärmetauschern wird als„Nachlauf" der Ab- schnitt des Sekundärkreises bezeichnet, der sich zwischen dem Zusammenfluss der Austrittsleitungen aus den Prozesswärmetauschern und der Abzweigung der Bypassleitung befindet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung befindet sich ein Temperatursensor im Vorlauf zu den Prozesskühlern, und die Bypassleitung ist mit einem Stellorgan versehen, mit Hilfe dessen die Vorlauftemperatur zu den Prozesskühlern im Sekundärkreis regelbar ist. Es können auch mehrere Temperatursensoren im Vorlauf zu den Prozesskühlern vorgesehen sein, beispielsweise um eine redundante Messung zu realisieren. Geeignete Temperatursensoren, beispielsweise Thermoelemente, erfassen die Temperatur des strömenden Kühlmediums und stellen einen Wert zur Weiterleitung an eine Regeleinrichtung zur Verfügung.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung befindet sich ein Temperatursensor oder befinden sich mehrere Temperatursensoren im Nachlauf des Sekundärkreises, und die Bypassleitung ist mit einem Stellorgan versehen, mit Hilfe dessen die Vorlauftemperatur zu den Prozesskühlern im Sekundärkreis regelbar ist.
Geeignete Stellorgane erlauben es, die Strömung durch die Bypassleitung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert einzustellen. Bevorzugt ist der Minimalwert gleich null, was eine vollständig geschlossene Bypassleitung bedeutet. Der Maximalwert entspricht vorzugsweise einer vollständig geöffneten Bypassleitung. Zwischen den Extremwerten lassen sich beliebi- ge Werte für die Strömung einstellen, bevorzugt stufenlos kontinuierlich. Geeignete Stellorgane sind dem Fachmann bekannt, z.B. Klappen, Kugelventile oder Dreiwegeventile.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Regeleinrichtung vorhanden, die über einen Sollwert für die Vorlauftemperatur verfügt. Aus einem Vergleich des Sollwerts mit der durch den Temperatursensor erfassten Vorlauftemperatur erzeugt die Regeleinrichtung ein Ausgangssignal zur Weiterleitung an das Stellorgan. Die Temperatur des Kühlmediums, das durch die Bypassleitung strömt, ist höher als die Temperatur des Kühlmediums, das aus den Primärwärmetauschern zu den Prozesskühlern strömt. Die Regelung sieht daher vor, bei einer im Vergleich zum Sollwert zu hohen Vorlauftemperatur den Strom durch die Bypassleitung zu reduzieren, und entsprechend bei einer im Vergleich zum Sollwert zu niedrigen Vorlauftemperatur den Strom durch die Bypassleitung zu erhöhen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Regeleinrichtung vorhanden, die über einen Sollwert für die Nachlauftemperatur verfügt. Aus einem Vergleich des Sollwerts mit der durch den Temperatursensor erfassten Nachlauftemperatur erzeugt die Regeleinrichtung ein Ausgangssignal zur Weiterleitung an das Stellorgan. Auch in dieser Ausgestaltung sieht die Regelung vor, bei einer im Vergleich zum Sollwert zu hohen Nachlauftemperatur den Strom durch die Bypassleitung zu reduzieren, und entsprechend bei einer im Vergleich zum Sollwert zu niedrigen Nachlauftemperatur den Strom durch die Bypassleitung zu erhöhen.
Der Strom des Kühlmediums durch die Bypassleitung kann auch dadurch beeinflusst werden, dass Stellorgane in den Kühlmedium-Leitungen zu den Primärwärmetauschern oder aus den Primärwärmetauschern vorhanden sind und in ihren Öffnungsgraden entsprechend eingestellt werden. Eine Regelung des Bypassstromes durch Beeinflussung eines Stellorgans in der Bypassleitung ist jedoch einfacher zu realisieren und ist daher bevorzugt. Bei der Regeleinrichtung kann es sich um ein eigenständiges Gerät handeln, beispielsweise einen Kompaktregler, das informationstechnisch mit dem Temperatursensor und dem Stellorgan verbunden ist. Die Regeleinrichtung kann auch in Kombination mit dem Stellorgan realisiert sein, beispielsweise in Form eines Stellventils. Alternativ kann die Regeleinrichtung auch in einem übergeordneten System zur Prozessführung integriert sein, beispielsweise in einem Pro- zessleitsystem.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Primärwärmetauscher im Hinblick auf Anzahl und Dimensionierung auf einen Hochlastfall ausgelegt. Im Minderlastfall wird die Kühlkapazität des Primärkreises durch Abschalten eines oder mehre- rer der Primärwärmetauscher angepasst, wobei mindestens ein Primärwärmetauscher in Betrieb bleibt. Unter den Begriffen„Hochlastfall" und„Minderlastfall" werden Betriebszustände verstanden, wie sie oben definiert sind.
In einer weiterhin bevorzugten Variante werden die Primärwärmetauscher derart ausgelegt, dass im Minderlastfall ein Wärmetauscher ausreicht, um unter Ausnutzung eines maximal zulässigen Temperaturunterschieds zwischen Primärwassereintritt und -austritt das Kühlmedium auf die gewünschte Vorlauftemperatur zu kühlen. Für den Hochlastfall werden entsprechend mehr Wärmetauscher vorgesehen, die bevorzugt einzeln ebenfalls auf den maximal zulässigen Temperaturunterschied zwischen Primärwassereintritt und -austritt ausgelegt werden, und in Summe für die minimale Temperaturdifferenz im Hochlastfall geeignet sind. Der maximal zulässige Temperaturunterschied zwischen Primärwassereintritt und -austritt ist häufig behördlich vorgegeben, beispielsweise auf einen Wert von 15 K. Durch diese Maßnahme kann über den gesamten jahreszeitlich veränderlichen Lastbereich das Primärwasser effizient genutzt und die erforderliche Mindestmenge an Primärwasser deutlich reduziert werden.
Die Bypassleitung wird hinsichtlich ihrer Kapazität bevorzugt derart ausgelegt, dass der Regelbereich der Bypassleitung ausreicht, um bei der Abschaltung und der Zuschaltung eines Primärwärmetauschers die Vorlauftemperatur im Sekundärkreis stoßfrei zu regeln.
Bei der Auslegung der Bypassleitung wird weiterhin bevorzugt berücksichtigt, dass tageszeitliche Schwankungen der Primärwassertemperatur allein durch die Regelung des Stroms durch die Bypassleitung kompensiert werden können. Eine Zu- oder Abschaltung von Primärwärme- tauschern ist für diesen Fall nicht vorgesehen.
Besonders bevorzugt wird der Durchfluss an Primärwasser durch den oder die Primärwärmetauscher im Wesentlichen konstant gehalten. Der Durchfluss wird hierbei nicht aktiv geregelt, sondern ergibt sich aus der Druckdifferenz zwischen primärwasserseitigem Einlass und Auslass der Primärwärmetauscher. Bei Schwankungen dieser Druckdifferenz ergeben sich auch
Schwankungen in der Durchflussmenge. Sinkt die Temperatur des Primärwassers, oder verringert sich die dem Kühlmedium zu entziehende Wärmemenge, z.B. durch eine Verringerung der Durchflussmenge an Kühlmedium durch einen Primärwärmetauscher oder durch eine Verringerung der Kühlmediumtemperatur beim Austritt aus den Prozesskühlern, so sinkt die Kühlmedi- umtemperatur am Austritt aus diesem Primärwärmetauscher. Entsprechend erhöht sich die Austrittstemperatur des Kühlmediums bei einer Temperaturerhöhung des Primärwassers und/oder einer Steigerung der dem Kühlmedium zu entziehenden Wärmemenge.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Kapazitätsanpassung durch Zu- oder Abschalten von Primärwärmetauschern derart vorgenommen, dass der Druckverlust des Primärwassers beim Durchströmen der in Betrieb befindlichen Primärwärmetauscher jeweils mindestens 300 mbar, besonders bevorzugt mindestens 800 mbar beträgt.
Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass sich Ablagerungen auf der Primärwasserseite bilden, deutlich reduziert.
Die mindestens zwei Primärwärmetauscher können auf unterschiedliche Arten verschaltet sein. Bevorzugt sind die Primärwärmetauscher sowohl auf Seiten des Primärkreises als auch auf Seiten des Sekundärkreises parallel geschaltet. Als Primärwärmetauscher können sämtliche, dem Fachmann für diesen Zweck bekannte Wärmetauscher verwendet werden, vorzugsweise werden Plattenwärmetauscher oder Rohrbündelwärmetauscher eingesetzt, besonders bevorzugt gedichtete oder geschweißte Plattenwärmetauscher. Die besonders bevorzugten Plattenwärmetauscher werden üblicherweise auf einen hohen Druckverlust hin ausgelegt. Dies ist von Vorteil, wenn der Bypass ohne zusätzliche Fördereinrichtungen wie Pumpen realisiert werden soll.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem Primärwasser um Rückkühlwasser, Flusswasser, Meerwasser oder Brackwasser. Unter „Rückkühlwasser" wird dabei Wasser verstanden, das durch eine Einrichtung wie einen Kühl- türm oder ein Rückkühlwerk in verfahrenstechnischen Anlagen gekühlt wurde.
Gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bietet die Erfindung mehrere Vorteile. Die Bereitstellung von mindestens zwei Primärwärmetauschern, die gemeinsam im
Hochlastfall die erforderliche Kühlkapazität stellen, im Minderlastfall aber teilweise abgeschaltet werden können, ermöglicht es, die einzelnen Primärwärmetauscher mit nahezu konstanter Durchströmung auf der Primärwasserseite zu betreiben, was einem vorzeitigen Fouling vorbeugt. Ferner bietet sich dadurch die Möglichkeit, im Minderlastfall die Primärwärmetauscher abwechselnd zu- und abzuschalten, was eine einfache Inspektion und gegebenenfalls Wartung oder Reinigung ermöglicht. Weiterhin wird die zur Bereitstellung der Kühlkapazität erforderliche Mindestmenge an Primärwasser deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass eine Regelung der Vorlauftemperatur mit Hilfe des Bypassstromes wesentlich einfacher, schneller und robuster zu bewerkstelligen ist als eine Regelung über die Durchflussmenge an Primär- wasser, wie sie im Stand der Technik praktiziert wird.
Anhand der Zeichnungen wird im Folgenden die Erfindung weiter erläutert, wobei die Zeichnungen als Prinzipdarstellungen zu verstehen sind. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung, beispielsweise im Hinblick auf die Anzahl, Art und Verschaltung von Wärmetauschern, dar. Es zeigen:
Fig. 1 : Prinzipskizze eines Kühlsystems gemäß dem Stand der Technik
Fig. 2: Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kühlsystems
Fig. 3: Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit sekundärseitiger Reihen- Schaltung der Primärwärmetauscher
Fig. 4: Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit primärseitig flexibler Verschaltung der Primärwärmetauscher
Fig. 5: Zeitlicher Verlauf der Primärwassertemperatur und der Anzahl an in Betrieb befindlichen Primärwärmetauschern
Fig. 1 zeigt ein Kühlsystem gemäß dem Stand der Technik, bei dem in einem Sekundärkreis 20 ein Kühlmedium zu Prozesskühlern 22 strömt, dort Wärme aufnimmt und in einem Primärwärmetauscher 12 Wärme an Primärwasser in einem Primärkreis 10 abgibt, bevor es zu den Prozesskühlern 22 zurückströmt. Die Prozesskühler können von unterschiedlicher Bauart sein, bei- spielsweise Platten-, Rohrbündel-, Spiralwärmetauscher oder Ummantelungen von Rohren oder Behältern zu deren Kühlung. Die Vorlauftemperatur des Kühlmediums vor den Prozesskühlern 22 wird mit Hilfe eines Temperatursensors erfasst und durch eine Regeleinrichtung 24 auf einen bestimmten Sollwert geregelt. Als Stellgröße für die Regelung fungiert die Menge an Primärwasser im Primärkreis 10.
In Fig. 2 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Kühlmedium, das die Prozesskühler 22 verlässt, wird durch zwei Primärwärmetauscher 12, 14 geleitet, wo es Wärme an Primärwasser in einem Primärkreis 10 abgibt. In dem dargestellten, bevorzugten Fall sind die Primärwärmetauscher sowohl auf Seiten des Primär- kreises als auch auf Seiten des Sekundärkreises parallel geschaltet. Zwischen dem Austritt des Kühlmediums aus den Prozesskühlern 22 und seinem Eintritt in die Primärwärmetauscher 12, 14 zweigt eine Bypassleitung 26 ab, die nach dem Austritt des Kühlmediums aus den Primärwärmetauschern wieder in den Sekundärkreis 20 mündet. Die Regelung 24 der Vorlauftempera-
tur des Kühlmediums zu den Prozesskühlern 22 erfolgt über die Einstellung des Stromes in der Bypassleitung. Im Hochlastfall sind beide Primärwärmetauscher 12 und 14 in Betrieb, während im Minderlastfall die Kapazität eines Primärwärmetauschers ausreicht, um das Kühlmedium im Sekundärkreis 20 hinreichend zu kühlen. In diesem Fall wird durch das Schließen der entspre- chenden Ventile im Sekundärkreis einer der Primärwärmetauscher abgeschaltet.
In Fig. 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In diesem Beispiel sind die Primärwärmetauscher 12 und 14 seitens des Primärkreises parallel und seitens des Sekundärkreises in Reihe verschaltet. Um im Minderlastfall den Pri- märwärmetauscher 12 oder 14 abschalten zu können, sind im Sekundärkreis Umgänge vorgesehen, die über Ventile zu- und abgeschaltet werden können.
Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Primärwärmetauscher 12, 14 sekundärseitig parallel geschaltet sind. Auf Seiten des Primärkreises ist die Verschaltung flexibel gehalten. Durch entsprechendes Öffnen und Schließen der beispielhaft dargestellten Ventile lässt sich primärseitig eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung realisieren. Außerdem können die Primärwärmetauscher 12, 14 wechselseitig durch Schließen der entsprechenden Ventile im Sekundärkreis abgeschaltet werden. Die Abbildungen dienen lediglich der Illustration. Von den Darstellungen abweichende Konfigurationen und Verschaltungen sind selbstverständlich ebenfalls unter die Erfindung fallend aufzufassen, solange die Regelung der Vorlauftemperatur im Sekundärkreis durch Einstellung des Bypassstromes erfolgt.
Insbesondere ist die Anzahl der in den Abbildungen dargestellten Wärmetauscher lediglich beispielhaft und nicht darauf begrenzt. Es ist von Vorteil, wenn mehr als zwei Primärwärmetauscher vorhanden sind. Je mehr Primärwärmetauscher zur Verfügung stehen, umso flexibler lassen sich Zu- und Abschaltungen von einzelnen Primärwärmetauschern vornehmen, um eine optimale Abstimmung auf den aktuell vorliegenden Lastfall vorzunehmen. Andererseits steigen damit auch die Investitionskosten. Vorzugsweise werden zwei bis drei Primärwärmetauscher vorgesehen.
Ein Auswahlkriterium für die Anzahl an Primärwärmetauschern lässt sich aus den Temperaturgradienten des Primärwassers ableiten. Vorzugsweise wird die optimale Anzahl an Primärwär- metauschern durch den Quotient aus der maximal zulässigen Temperaturdifferenz und der typischen Temperaturdifferenz im Hochlastfall abgeschätzt. Für den Standort Ludwigshafen am Rhein, Deutschland, beispielsweise beträgt der behördlich maximal zulässige Temperaturunterschied zwischen Primärwassereintritt und -austritt 15 K bei der Verwendung von Flusswasser als Primärwasser. Außerdem darf das in den Fluss zurückgeleitete Wasser einen Wert von 33°C nicht übersteigen. Im Hochlastfall in den Sommermonaten, in denen das Flusswasser
Temperaturen von 28°C erreichen kann, sind daher Temperaturunterschiede zwischen Primärwassereintritt und -austritt von 5 K üblich. Somit ergibt sich ein Quotient von 15 K / 5 K = 3. Es werden daher vorteilhaft drei Primärwärmetauscher vorgesehen, die so ausgelegt sind, dass
jeder der drei Wärmetauscher alleine dem Kühlmedium im Sekundärkreis die erforderliche Wärmemenge entziehen kann, wenn der maximal zulässige Temperaturunterschied von 15 K ausgeschöpft wird. In Fig. 5 ist schematisch der zeitliche Verlauf der Primärwassertemperatur T (gestrichelte Kurve) und der Anzahl an in Betrieb befindlichen Primärwärmetauschern N (durchgezogene Linien, rechte Skala) über einen Zeitraum von 12 Monaten dargestellt. In dieser beispielhaften Darstellung wird davon ausgegangen, dass die aus dem Sekundärkreis abzuführende Wärmemenge über den betrachteten Zeitraum konstant bleibt. Als Primärwasser wird Flusswasser verwendet, das in den Wintermonaten Dezember und Januar die niedrigste Temperatur aufweist, z.B. 4°C. Die maximal zulässige Temperaturdifferenz kann voll ausgeschöpft werden, sodass ein Primärwärmetauscher ausreicht, um das Kühlmedium im Sekundärkreis hinreichend zu kühlen. Sobald das Flusswasser über einen Wert ansteigt, ab dem unter Berücksichtigung einer gewissen Schwankungsbreite der maximal zulässige Temperaturunterschied nicht mehr gewährleis- tet werden kann, wird ein weiterer Primärwärmetauscher in Betrieb genommen. Bei einer angenommenen Schwankungsbreite von 3 K und einem Maximalwert von 33°C für das in den Fluss abgegebene Wasser ergibt sich ein Wert von 15°C, ab dem der zweite Primärwärmetauscher in Betrieb genommen wird. Im Beispiel gemäß Fig. 5 ist dies Mitte April der Fall. Anfang Juni steigt die Temperatur des Flusswassers auf einen Wert an, ab dem der dritte Primärwärmetauscher erforderlich wird, um zuverlässig einerseits die erforderliche Wärmemenge abzuführen und andererseits den Maximalwert von 33°C nicht zu überschreiten. Über die Sommermonate Juni, Juli und August sind drei Primärwärmetauscher in Betrieb, bis die Flusswassertemperatur wieder soweit abgesunken ist, dass zwei Primärwärmetauscher ausreichen, im Beispiel Anfang September. Ende Oktober ist die Flusswassertemperatur noch weiter abgesungen, z.B. unter 15°C, sodass wieder ein Primärwärmetauscher ausreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt, dass sich angepasst an die aktuellen Bedürfnisse flexibel Kühlkapazitäten zur Verfügung stellen lassen. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel sind für eine Dauer von fünfeinhalb Monaten ein Primärwärmetauscher, für eine Dauer von dreieinhalb Monaten zwei Primärwärmetauscher und für eine Dauer von drei Monaten drei Primärwärmetauscher in Betrieb. Im Vergleich zu einer reinen Auslegung auf den Hochlastfall lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die benötigte Primärwassermenge drastisch reduzieren. Primärwasserseitig wird jeder Primärwärmetauscher mit einer im Wesentlichen konstanten Wassermenge durchströmt, was einem Verschmutzen und Fouling vorbeugt. Außer in den Sommermonaten können die gerade nicht in Betrieb befindlichen Wärmetauscher problemlos gewartet und gereinigt werden, ohne den Betrieb der Anlagen im Sekundärkreis zu beeinträchtigen. Unter der Annahme, dass bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik, bei denen ledig- lieh ein auf den Hochlastfall ausgelegter Primärwärmetauscher vorhanden ist, bei dem im Minderlastfall die Menge an Primärwasser reduziert wird, einmal jährlich eine verschmutzungsbedingte Anlagenabstellung von ca. 3 Tagen Dauer erforderlich ist, lässt sich durch das erfin-
dungsgemäße Verfahren die Anlagenkapazität um ca. 1 % erhöhen. Bei häufigeren oder längeren Abstellzeiten vergrößert sich der wirtschaftliche Vorteil entsprechend.