|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Способ служит для регулировки сдвоенной теплообменной системы, которая имеет первый блок (1) теплообменника и второй блок (2) теплообменника. Первый поток (3) текучей среды протекает через теплообменную систему, будучи разделен на первый частичный поток (4) и второй частичный поток (5). Второй поток (6) текучей среды проводится в противотоке к первому частичному потоку (4) через первый блок (1) теплообменника. Третий поток (7) текучей среды проводится в противотоке ко второму частичному потоку (5) через второй блок (2) теплообменника. На одном из двух блоков (1, 2) теплообменника измеряется промежуточная температура (TI). В зависимости от текущего значения этой промежуточной температуры (TI) устанавливается, какая часть первого потока (3) текучей среды поступает в первый частичный поток (4), а какая во второй частичный поток (5). Регулировка достигает уменьшения нагрузки теплообменника посредством изменения загрузки, удерживая колебания промежуточной температуры на минимально возможном уровне. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Способ служит для регулировки сдвоенной теплообменной системы, которая имеет первый блок (1) теплообменника и второй блок (2) теплообменника. Первый поток (3) текучей среды протекает через теплообменную систему, будучи разделен на первый частичный поток (4) и второй частичный поток (5). Второй поток (6) текучей среды проводится в противотоке к первому частичному потоку (4) через первый блок (1) теплообменника. Третий поток (7) текучей среды проводится в противотоке ко второму частичному потоку (5) через второй блок (2) теплообменника. На одном из двух блоков (1, 2) теплообменника измеряется промежуточная температура (TI). В зависимости от текущего значения этой промежуточной температуры (TI) устанавливается, какая часть первого потока (3) текучей среды поступает в первый частичный поток (4), а какая во второй частичный поток (5). Регулировка достигает уменьшения нагрузки теплообменника посредством изменения загрузки, удерживая колебания промежуточной температуры на минимально возможном уровне.
(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201790797 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.08.31
(22) Дата подачи заявки 2015.10.08
(51) Int. Cl.
F25J3/04 (2006.01) F28F27/02 (2006.01) F28D 9/00 (2006.01)
(54)
СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ СДВОЕННОЙ ТЕПЛООБМЕННОЙ СИСТЕМЫ И ТЕПЛООБМЕННАЯ СИСТЕМА
(31) 14003476.0
(32) 2014.10.09
(33) EP
(86) PCT/EP2015/001980
(87) WO 2016/055162 2016.04.14
(71) Заявитель:
ЛИНДЕ АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)
(72) Изобретатель:
Банер Валдо, Хехт Томас (DE)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Способ служит для регулировки сдвоенной теплообменной системы, которая имеет первый блок (1) теплообменника и второй блок (2) теплообменника. Первый поток (3) текучей среды протекает через теплообменную систему, будучи разделен на первый частичный поток (4) и второй частичный поток (5). Второй поток (6) текучей среды проводится в противотоке к первому частичному потоку (4) через первый блок (1) теплообменника. Третий поток (7) текучей среды проводится в противотоке ко второму частичному потоку (5) через второй блок (2) теплообменника. На одном из двух блоков (1, 2) теплообменника измеряется промежуточная температура (TI). В зависимости от текущего значения этой промежуточной температуры (TI) устанавливается, какая часть первого потока (3) текучей среды поступает в первый частичный поток (4), а какая во второй частичный поток (5). Регулировка достигает уменьшения нагрузки теплообменника посредством изменения загрузки, удерживая колебания промежуточной температуры на минимально возможном уровне.
2420-541558ЕА/025 СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ СДВОЕННОЙ ТЕПЛООБМЕННОЙ СИСТЕМЫ И
ТЕПЛООБМЕННАЯ СИСТЕМА
ОПИСАНИЕ
Изобретение относится к способу регулировки сдвоенной теплообменной системы согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
ЕР 1150082 А1 показывает теплообменную систему, у которой первый поток текучей среды, который образуется посредством атмосферного воздуха, охлаждается в теплообменной системе в противотоке ко второму потоку текучей среды (азоту) и третьему потоку текучей среды (кислороду). Теплообменная система имеет несколько параллельных блоков теплообменника.
Также DE 4204172 А1 показывает на фиг. 5 подобный способ. Здесь при помощи регулировки пытаются удерживать промежуточные температуры в различных блоках максимально одинаковыми, благодаря тому, что устанавливается небольшой побочный поток.
У теплообменных систем с очень большим ходом температур и малыми перепадами температур очень небольшие изменения расходных потоков могут приводить к очень различным температурным профилям внутри теплообменников. Отклонения от рассчитанных при проектировании температурных профилей могут приводить к неэффективности теплообменника, а также к повышенной механической нагрузке и тем самым к сокращенному сроку службы блоков теплообменника.
Под "регулировочным устройством массового потока" здесь понимается любое устройство, которое целенаправленно влияет на массовый поток текучей среды. Регулировочное устройство массового потока может быть выполнено, например, в виде ручного вентиля, регулировочного клапана, заслонки или твердой дроссельной шайбы.
В основе изобретения лежит задача эксплуатировать теплообменную систему указанного вначале типа таким образом, что теплообмен осуществляется наиболее эффективно, и достигается наиболее высокий срок службы блоков теплообменника.
Эта задача решается вследствие того, что регулировка
достигает уменьшения нагрузки теплообменника посредством изменения загрузки, благодаря тому, что она удерживает колебания промежуточной температуры на минимально возможном уровне. То есть распределение первого потока текучей среды по блокам осуществляется таким образом, что промежуточная температура приближается к своему расчетному значению как можно ближе.
В рамках изобретения было выявлено, что при помощи измерения промежуточной температуры в частности переменные температурные профили могут очень точно устанавливаться, и на них может быстро оказываться влияние. Эти измененные температурные профили внутри теплообменников при помощи наблюдения за входными и выходными температурами могут обнаруживаться недостаточно точно. Температурные профили внутри теплообменника изменяются до того, как становится заметно изменение выходных температур. Таким образом, регулировка, которая основывается на измерении входных и выходных температур, может реагировать на отклонения температурных профилей лишь со значительным опозданием.
Естественно в рамках изобретения также на двух блоках теплообменника может измеряться промежуточная температура; кроме того, соответствующая изобретению теплообменная система может иметь также более чем два, например, три или четыре или же большее количество блоков теплообменника.
Для измерения промежуточной температуры блока
теплообменника может использоваться любой известный способ, например
измерение температуры на внешней поверхности блока теплообменника (DE 102007021564 А1),
измерение температуры текучей среды на промежуточном
отводе,
- измерительная система согласно DE 202013008316 U1, или
- измерение при помощи оптоволокна согласно DE 102007021564
А1.
Предпочтительно первый поток текучей среды образуется из основного потока посредством, по меньшей мере, 50 мол.% всего количества текучей среды, которое протекает в направлении
первого потока текучей среды через второй блок теплообменника. Основной поток включает в себя например от 8 0 до 100 мол.%, в частности от 85 до 95 мол.%, всего количества текучей среды.
Важно, что посредством регулировки оказывается влияние не только на небольшой побочный поток, но и на основной поток. В противном случае было бы невозможно оказывать достаточно сильное влияние на профиль теплообменника, для того чтобы достигать ощутимого увеличения срока службы блока теплообменника.
В частном варианте осуществления изобретения первое регулировочное устройство массового потока расположено на линии первого частичного потока выше или ниже по потоку от теплообменной системы, а второе регулировочное устройство массового потока расположено на линии второго частичного потока выше или ниже по потоку от теплообменной системы; одно из этих двух регулировочных устройств массового потока выполнено в виде регулировочного клапана и регулируется в зависимости от текущего значения промежуточной температуры. Другое регулировочное устройство массового потока может иметь различные конструктивные исполнения, как например ручного вентиля, регулировочного клапана, заслонки или твердой дроссельной шайбы. Таким образом, для регулировки первого потока текучей среды необходимы ровно два регулировочных устройств массового потока, одно в первом частичном потоке и одно во втором частичном потоке, причем, по меньшей мере, одно из них выполнено в виде регулировочного клапана. Регулировочные устройства массового потока могут быть расположены выше или ниже по потоку от соответствующего блока теплообменника. Для защиты блоков теплообменника в состоянии покоя арматуры должны быть выполнены герметично закрывающимися.
В первом варианте изобретения первый поток текучей среды охлаждается в теплообменной системе, а второй и третий потоки текучей среды нагреваются в теплообменной системе.
Во втором варианте изобретения наоборот первый поток текучей среды нагревается в теплообменной системе, а второй и третий потоки текучей среды охлаждаются в теплообменной системе.
Первый и второй вариант могут также комбинироваться, благодаря тому, что - исходя из первого варианта - второй и
третий потоки текучей среды образуются посредством частичных потоков четвертого потока текучей среды; кроме того, вторая промежуточная температура измеряется на том из двух блоков теплообменника, на котором не измеряется первая промежуточная температура; измерение второй промежуточной температуры выполняется между горячим и холодным концом. В зависимости от текущего значения этой второй промежуточной температуры устанавливается, какая часть четвертого потока текучей среды поступает во второй поток текучей среды, а какая в третий поток текучей среды.
В этом случае изобретение применяется так сказать дважды, а именно и для разделенного охлаждаемого потока (первого потока текучей среды), и для разделенного нагреваемого потока (четвертого потока текучей среды).
Изобретение, а также дальнейшие подробности изобретения разъясняются в дальнейшем более детально при помощи схематично изображенных на чертеже примеров осуществления. При этом на чертеже показаны:
фиг. 1 - первый пример осуществления изобретения с двумя блоками теплообменника;
фиг. 2 - второй пример осуществления изобретения с двумя блоками теплообменника; и
фиг. 3 - третий пример осуществления с тремя блоками теплообменника.
На чертеже в основном изображены необходимые для разъяснения и функционирования изобретения измерительные и регулировочные устройства. Дальнейшие измерительные и регулировочные устройства, как правило, были опущены для наглядности. Специалист знает, в каком месте следует при необходимости располагать дополнительные устройства, такие как клапаны.
Теплообменная система с фиг. 1 состоит из первого блока 1 теплообменника и второго блока 2 теплообменника. "Первый поток 3 текучей среды" делится на "первый частичный поток" 4 и "второй частичный поток" 5 и охлаждается в двух блоках 1, 2 теплообменной системы. В противотоке к ним нагреваются второй
поток б текучей среды и третий поток 7 текучей среды, второй поток б текучей среды в первом блоке 1 теплообменника, а третий поток 7 текучей среды во втором блоке 2 теплообменника.
На горячем конце 8 блоков теплообменника отводятся нагретый второй поток 10 текучей среды и нагретый третий поток 11 текучей среды. На холодном конце 9 блоков теплообменника охлажденные частичные потоки соединяются и отводятся в виде охлажденного первого потока 12 текучей среды.
На чертеже изображены лишь оба клапана 13 и 14 в первом потоке текучей среды. Для работы теплообменной системы могут требоваться дальнейшие, не изображенные здесь клапаны.
Клапан 14 выполнен в виде клапана с постоянным регулирующим воздействием и предварительно настроен. Клапан 14 в идеале открыт на 10 0%, однако он должен закрываться вручную или при помощи соответствующей функции управления, для того чтобы увеличивать потерю давления на блоке 1 теплообменника, если распределение потерь давления настолько неблагоприятно, что температурный профиль больше не может регулироваться исключительно при помощи клапана 13. Клапан 13 выполнен в виде регулировочного клапана; его регулировка осуществляется согласно изобретению в зависимости от измерения TI температуры (TI=Temperature Indication) на промежуточном участке 16 второго блока 2 теплообменника между его горячим и холодным концом 8, 9. Сигнальная линия содержит не изображенный регулятор, который передает регулировочному клапану 13 устанавливаемое значение для протекающего расхода во втором частичном потоке 5. Регулятор может образовываться посредством аналоговой электронной схемы или цифрового устройства (например, процессора обработки сигналов, сохраненного программного управления, микропроцессора) или альтернативно реализовываться в системе управления производственным процессом.
Целью регулировки является достижение наиболее оптимального температурного профиля по высоте блоков теплообменника. Целевое значение температуры TI задается посредством теоретически определенного температурного профиля и точного места измерения температуры. Это целевое значение может быть постоянным.
Альтернативно целевое значение задается переменным во времени, например, при изменяющихся условиях процесса, таких как изменяющихся входных температурах потоков. Может быть целесообразным измерять и включать в регулировку также температуры на горячем и/или холодном конце блока или блоков теплообменника.
В конкретном случае применения из низкотемпературного разделения воздуха первый поток текучей среды образуется посредством воздуха, второй поток текучей среды посредством азота и третий поток текучей среды посредством кислорода.
Изобретение может точно так же реализовываться, если чертеж вертикально наклоняется, и тем самым первый поток текучей среды является охлаждаемым потоком.
Фиг. 2 в значительной степени соответствует фиг. 1. Однако здесь также нагреваемый поток распределяется по двум блокам 1, 2 теплообменника. Четвертый поток 2 0 текучей среды разветвляется на второй поток б текучей среды и третий поток 7 текучей среды. Нагретый второй поток 10 текучей среды и нагретый третий поток 11 текучей среды затем снова объединяются в один нагретый четвертый поток 21 текучей среды.
В дополнение ко второму потоку б текучей среды через первый блок 1 теплообменника протекает пятый поток 2 6/27 текучей среды.
Для регулировки теплообменной системы 1, 2 измеряются три температуры:
TI1: температура на холодном конце первого блока 1 теплообменника, измерение в охлажденном первом частичном потоке 4;
TI2: температура на холодном конце второго блока 2 теплообменника, измерение в охлажденном втором частичном потоке 5;
TI: промежуточная температура, измерение на промежуточном участке 16 второго блока 2 теплообменника на поверхности блока теплообменника.
Второй и третий потоки текучей среды эксплуатируются в примере осуществления следующим образом. Клапан 22 выполнен в виде ручного клапана и предварительно настроен. Клапан 23
выполнен в виде регулировочного клапана; его регулировка осуществляется в зависимости от разности температур TI1-TI2; цель регулировки удерживать эту разность на нуле, то есть приводить температуры холодного конца двух блоков теплообменника к одинаковому уровню.
Регулировка первого потока текучей среды осуществляется как в примере с фиг. 1 в зависимости от промежуточной температуры TI. Действие оказывается по линии 15 на регулировочный клапан в охлаждаемом основном потоке второго блока 2 теплообменника.
В конкретном случае применения из низкотемпературного разделения воздуха первый поток текучей среды образуется посредством воздуха, четвертый поток текучей среды посредством азота и пятый поток текучей среды посредством кислорода.
На фиг. 3 соответствующий изобретению способ регулировки применяется так сказать дважды, а именно в теплообменной системе с тремя блоками 301, 302, 303 теплообменника.
Поток 304 воздуха проводится четырьмя частичными потоками 305, 306, 307, 308 через теплообменную систему и снова объединяется в линии 309. Продукционный поток 310 газообразного азота проводится двумя частичными потоками 311 и 312 через левый блок 301 теплообменника и соответственно через правый блок 303 теплообменника, при этом нагревается примерно до окружающей температуры и снова объединяется в линии 313.
Кроме того, через блок 302 теплообменника протекает поток 318 неочищенного азота (отходы N2).
В первом блоке 301 теплообменника подведенный под давлением в жидком виде кислород 314 сначала испаряется (или псевдоиспаряется, если его давление является сверхкритическим) и затем нагревается примерно до окружающей температуры. В противотоке к нему частичный поток 316 потока 315 воздуха высокого давления сжижается или псевдосжижается. Другой частичный поток 317 воздуха 315 высокого давления охлаждается в блоке теплообменника лишь до промежуточной температуры и затем подается к не изображенному турбинному детандеру.
Частичный поток 306 потока 304 воздуха служит в качестве уравнительного потока между блоками 301 и 3 02 теплообменника. Он
при промежуточной температуре извлекается из блока 3 02 и на соответствующем этой промежуточной температуре месте блока 301 вводится в него.
При первом применении изобретения в этом примере осуществления "первый частичный поток" пункта 1 формулы изобретения образуется посредством потока 305, а "второй частичный поток" посредством потока 307. Распределение этих двух потоков воздуха по двум блокам 301 и 3 02 теплообменника производится в зависимости от промежуточной температуры Т1а блока 302 теплообменника. Эта промежуточная температура Т1а измеряется в потоке 306 после того, как он покинул блок 302 теплообменника, и прежде чем он поступает в блок 301 теплообменника. При этом измерение температуры Т1а оказывает воздействие на открытие клапана 319 и тем самым на расход охлаждаемого основного потока 307.
Во втором применении изобретения измеряется промежуточная температура Tib на поверхности блока 303 теплообменника. При этом "первый частичный поток" пункта 1 формулы изобретения образуется посредством потока 311 азота, а "второй частичный поток" посредством потока 312 азота. При этом открытие клапана 320, которое определяет расход нагреваемого основного потока 312, регулируется в зависимости от температуры Tib.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ регулировки сдвоенной теплообменной системы, которая имеет первый блок (1) теплообменника и второй блок (2) теплообменника, причем
- первый поток (3) текучей среды разделяют выше по потоку от теплообменной системы на первый частичный поток (4) и второй частичный поток (5),
- первый частичный поток (4) проводят через первый блок (1) теплообменника, а второй частичный поток (5) - через второй блок (2) теплообменника,
- второй поток (б) текучей среды проводят в противотоке к первому частичному потоку (4) через первый блок (1) теплообменника,
- третий поток (7) текучей среды проводят в противотоке ко второму частичному потоку (5) через второй блок (2) теплообменника,
на втором блоке (2) теплообменника между горячим и холодным концом измеряют первую промежуточную температуру (TI), и
в зависимости от текущего значения этой первой промежуточной температуры (TI) устанавливают, какая часть первого потока (3) текучей среды поступает в первый частичный поток (4), а какая - во второй частичный поток (5), отличающийся тем, что
- регулировка достигает уменьшения нагрузки теплообменника посредством изменения загрузки, благодаря тому,
- что она удерживает колебания промежуточной температуры на минимально возможном уровне.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый поток текучей среды образуют из основного потока посредством по меньшей мере 50 мол.% всего количества текучей среды, которое протекает в направлении первого потока текучей среды через второй блок (2) теплообменника.
3. Способ по п.1 или п. 2, отличающийся тем, что первое регулировочное устройство (14) массового потока расположено на линии первого частичного потока (4) выше или ниже по потоку от
2.
теплообменной системы, второе регулировочное устройство (13) массового потока расположено на линии второго частичного потока (5) выше или ниже по потоку от теплообменной системы, и одно (13) из этих двух регулировочных устройств (13, 14) массового потока выполнено в виде регулировочного клапана и регулируется в зависимости от текущего значения первой промежуточной температуры (Т1) .
4. Способ по любому из п. п. 1-3, отличающийся тем, что первый поток (3) текучей среды охлаждают в теплообменной системе, а второй и третий потоки (б, 7) текучей среды нагревают в теплообменной системе.
5. Способ по любому из п. п. 1-3, отличающийся тем, что первый поток (310) текучей среды нагревают в теплообменной системе, а второй и третий потоки (311, 312) текучей среды охлаждают в теплообменной системе.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что
- второй и третий потоки (311, 312) текучей среды образуют посредством частичных потоков четвертого потока (310) текучей среды,
на том из двух блоков (301, 309) теплообменника, на котором не измеряется первая промежуточная температура (Tib), между горячим и холодным концом измеряют вторую промежуточную температуру (Т1а), и
в зависимости от текущего значения этой второй промежуточной температуры (Т1а) устанавливают, какая часть четвертого потока (310) текучей среды поступает во второй поток (311) текучей среды, а какая - в третий поток (312) текучей среды.
По доверенности
1/2
541558
ФИГ. 1
Н Мо
т 5 13
304
319
320
HPGOX
306
Waste N2
315
316- 317^~
305
307
308
^311
312
301
302
318
303
309
310
_JL_
314
|
