DE19800882A1 - Wärmeübertragungssystem und Verfahren zum Betrieb desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetransport- oder -über­ tragungssystem, mit Dampf als Wärmeträgermedium sowie ein Verfahren zum Betrieb, insbesondere zum Steuern und/oder Regeln des Wärmeübertragungssystems.

Wärmeübertragungssysteme sind Anlagen, in denen Wärme von einem Wärmeträger, bspw. Dampf transportiert und/oder auf Anlagenteile oder andere Wärmeträger über­ tragen wird. Dampf ist ein Wärmeträger mit hoher Tempera­ tur, mit sehr hohem Wärmeinhalt und somit mit hoher Energiedichte. Trotz normalerweise vorhandener Wärmeiso­ lation fällt in dem System bspw. in Rohrleitungen Kon­ densat in kleineren oder größeren Mengen an. Obwohl dies abgeführt werden muß und in der Regel auch wird, können sich Lachen oder Pfützen insbesondere in Regelarmaturen (Ventilen) aber auch an anderen Stellen ansammeln. Diese können wegen ihrer bauchigen Form häufig nicht vollstän­ dig entwässert werden. Kondensat kann sich insbesondere nach Abstellen der Dampfzufuhr im System an dafür nicht vorgesehenen Stellen ansammeln.

Wird in einer solchen Situation Dampf in das System gelassen, wirbelt dieser die Kondensatansammlungen auf, die dann unregelmäßig in kleineren und größeren Explosio­ nen verdampfen. Die Explosionen führen zu starken Druck­ stößen in dem System. Selbst nach nur kurzzeitigem Still­ stand tritt dieser Effekt auf. Entsteht bspw. nach dem Abschalten der Dampfzufuhr in dem System Kondensat, fließt dies in Richtung der Entwässerung. Wird nun der Dampf wieder freigegeben, drückt dieser das viel träger fließende Kondensat in Gegenrichtung und wirbelt es auf. Es verdampft explosionsartig.

Zu Wärmeübertragungssystemen gehören in der Regel eine größere Anzahl Rohre, Armaturen, Apparate und son­ stige Anlageteile, die untereinander verbunden sind. Dazu dienen meist Schweißverbindungen oder Verbindungen mit Vorschweißflanschen. Diese umfassen an jedem Rohrende ein angeschweißtes Anschlußstück mit einem scheibenförmigen Flansch, der Schraubenlöcher aufweist. Zwischen den beiden scheibenförmigen Flanschen ist eine flache ring­ förmige Dichtungsscheibe angeordnet. Mittels Spannschrau­ ben, die durch die Schraubenlöcher der Flansche gehen, sind die beiden Flansche gegeneinander gespannt. Dadurch werden plane Dichtungsflächen der Flansche aufeinander zu gespannt und an die Dichtungsscheibe angepreßt. Diese wird dadurch letztlich reibschlüssig gehalten. Mit einem auf das Setzverhalten und die Elastizität der Dichtung abgestimmten Anzugsdrehmoment der Schrauben wird eine dichte Flanschverbindung erhalten. Um die Anpreßkraft bei normalem Betrieb immer aufrechtzuerhalten, weisen die Spannschrauben eine gewisse Eigenelastizität auf.

Als Dichtung wurden Asbestdichtungen verwendet. Nunmehr werden jedoch keiner Asbestdichtungen, sondern Graphitdichtungen verbaut. Diese erfordern aufgrund einer geringeren Eigenelastizität die genaue Einhaltung vor­ gegebener Montage- und Betriebsparameter. Treten wieder­ holt starke Druckstöße in dem System auf, kann die Flanschdichtung Schaden nehmen und undicht werden.

Außer den Flanschdichtungen zwischen Rohren oder Rohren und Armaturen und/oder Apparaten, enthalten in dem System vorhandene Komponenten oder Apparate Verbindungs­ stellen, die durch Druckstöße übermäßig verschleißen. Solche sind Einwalz-, Löt-, Schweiß oder Einschrumpfver­ bindungen. Beispielsweise sind in Wärmetauschern Rohre einseitig in den Öffnungen eines Zwischenbodens gefaßt. Diese Verbindungen müssen dauerhaft dicht sein. Sie sind jedoch durch Druckstöße gefährdet. Treten wiederholt starke Druckstöße oder -spitzen auf, können die Verbin­ dungen schleichend beschädigt werden, wodurch die Anlage relativ schnell verschleißt. Dies gilt auch für Einwal­ zungen von Rohren in Rohrplatten.

Druckspitzen oder -stöße sind auch für Armaturen von Nachteil. Steht bspw. ein Ventil in einer Drosselstel­ lung, in der der Ventilkegel gerade eben an dem Ventil­ sitz anliegt oder mit diesem einen sehr engen Spalt definiert, kann ein Druckstoß, den Ventilkegel vibrieren lassen. Der Ventilkegel hämmert dabei in den Sitz, was dazu führen kann, daß der Ventilkegel und der Ventilsitz beschädigt werden.

Die genannten Effekte haben zur Folge, daß Wärme­ übertragungssysteme zumindest bei häufigem Auftreten von Druckspitzen und -stößen relativ schnell verschleißen können. Außerdem können Undichtigkeiten nicht nur das Stillsetzen der Anlage erfordern und somit erhebliche wirtschaftliche Schäden hervorrufen, sondern darüberhin­ aus ernsthafte Gefährdungen für das Bedienungspersonal verursachen. Bei undicht werdenden Verbindungen kann der in den Leitungen vorhandene unter hohem Druck stehende heiße Dampf austreten, was in jedem Fall gefährlich ist. Jedenfalls aber wird die Lebensdauer zumeist drastisch reduziert.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Wärmeübertragungssystem mit Dampf als Wärmeträgermedium zu schaffen, das eine erhöhte Lebensdauer aufweist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmeübertragungssystems zu schaffen, das die Lebensdauer erhöht.

Diese Aufgaben werden mit dem Wärmeübertragungs­ system nach Anspruch 1 sowie mit dem Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.

Bei einem Wärmeübertragungssystem wird eine anlagen­ schonende Betriebsweise, insbesondere bei Lastwechseln dadurch erreicht, daß der Druck in der Anlage überwacht wird und daß bei Auftreten von Druckschwankungen, die ein zulässiges Maß überschreiten, der Dampfzustrom ge­ drosselt und/oder eine Erhöhung des Dampfzustroms bzw. eine Wiedererhöhung desselben für eine gewisse Zeit ge­ sperrt oder blockiert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertragungssystem ist dazu eine Überwachungsein­ richtung vorhanden, die das Auftreten von schnellen Druckänderungen registriert und den Dampfzustrom dros­ selt, wenn die schnellen Druckänderungen eine gewisse Grenze übersteigen oder wenn die Druckänderungsgeschwin­ digkeit größer als zulässig ist.

Dampf weist einen hohen Wärmegehalt von fast 3000  kJ/kg auf. Trifft dieser Dampf in einem Wärmeübertra­ gungssystem auf ausgekühltes Wasser, entstehen auf eng­ stem Raum lokal begrenzte Bereiche mit hoher Enthalpie, zwischen denen andere Bereiche mit niedriger Enthalpie vorhanden sind. Die Übergänge sind sprunghaft, so daß äußerst große Gradienten vorhanden sind. Diese können wie eingangs erläutert zu explosionsartigen Ausgleichsvor­ gängen führen, die von der Erfindung jedoch vermieden werden. Dies ist insbesondere bei dem Anfahren von Wärme­ übertragungssystemen von Bedeutung, wenn diese bspw. ein bis zwei Stunden abgestellt waren. Ist ein Wärmeüber­ tragungssystem, bspw. nach Stillstand wenigstens etwas abgekühlt und tritt plötzlicher Wärmebedarf auf, muß ein Dampfeinlaß geöffnet werden, um die gewünschte Wärme­ energie und zusätzlich Energie zum Aufheizen des Wärme­ übertragungssystem zu liefern. Ist das Wärmeübertragungs­ system bspw. auf eine Wärmeleistung von 100 bis 200 kW ausgelegt, strömt bei voll geöffnetem Einlaß mindestens Dampf, der dieser Wärmeleistung entspricht, sowie zusätz­ lich Dampf ein, der der Überwindung der Wärmeträgheit des Wärmeübertragungssystems dient. Es kann somit zu Lei­ stungszuflüssen zwischen 400 und 500 kW kommen, die in dem System auf Kondensatansammlungen treffen.

Das erfindungsgemäße Wärmeübertragungssystem und das erfindungsgemäße Verfahren gestatten dies nur, wenn und so lange dieser Prozeß ruhig abläuft. Sobald es zu klei­ neren plötzlichen Verdampfungen kommt, werden die auf­ tretenden Druckschwankungen erfaßt und von der Überwa­ chungseinrichtung als Vorboten größerer Druckstöße inter­ pretiert. Um zu vermeiden, daß diese dann tatsächlich auftreten, wird der Dampfzustrom gedrosselt, bevor größere Druckschwankungen entstehen und bevor ein Schaden ein­ treten kann. Das Wärmeübertragungssystem, das begonnen hatte, sich in einen unsicheren Arbeitsbereich zu bewe­ gen, wird dadurch zu einem sicheren Arbeitspunkt zurück­ geführt, bei dem nur so viel Leistung in das Wärmeüber­ tragungssystem und zu der Stelle, bei der der Dampf seine Wärme abgibt, wie bspw. ein Wärmetauscher, geführt wird, wie ohne Ex- und Implosionserscheinungen aufgenommen werden kann. Dadurch werden stoßartige Druckbelastungen vermieden, die sich ansonsten über weite Anlageteile fortsetzen und Anlagenteile und Verbindungsstellen ge­ fährden können.

Dadurch wird eine schonende Betriebsweise erzwungen und es wird möglich, anstelle von relativ elastischen As­ bestdichtungen steifere oder weniger federnde Graphit­ dichtungen zu verwenden, ohne daß die Gefahr besteht, daß diese undicht werden. Insgesamt kann die Betriebs­ zuverlässigkeit des Wärmeübertragungssystems unabhängig von der Art der verwendeten Dichtung deutlich erhöht und der Verschleiß vermindert werden. Alle Lastwechsel, ins­ besondere Lastwechsel von einer sehr geringeren Last auf eine größere Last, die mit einer Zunahme der Dampfzufuhr verbunden sind werden von der Überwachungseinrichtung so durchgeführt, daß explosionsartige Druckänderungen ver­ mieden werden. Es ist dabei sowohl möglich, daß bei erstem Auftreten von kleineren Druckstößen entsprechende als Drosselorgan dienende Regelventile ganz geschlossen als auch daß diese lediglich etwas stärker gedrosselt werden. Dabei kann das Drosselventil sowohl um einen festen Betrag in Sehließrichtung betätigt oder adaptiv soweit geschlossen werden, daß die vorhandenen Druck­ schwankungen abklingen. Ausgehend davon kann das Drossel­ ventil nach einer vorgegebenen oder einen einstellbaren Zeitverzögerung wieder geöffnet werden.

Demnach wird, obwohl ein Lastwechsel von einer schwachen Last zu einer stärkeren Last ein schnelles Öffnen des Regelventils erfordert, dieses Regelventil entgegen diesem Erfordernis dann nicht weiter geöffnet oder sogar wieder ganz oder teilweise geschlossen, wenn Druckschwankungen auftreten, d. h. der Betrag der Zeit­ ableitung des Drucks, der an wenigstens einer Stelle des Wärmeübertragungssystems gemessen wird, zu groß wird.

Die Druckschwankungen können mit einem Drucksensor, einem Piezosensor, einem Schwingungssensor oder einem Schallsensor bspw. einem Körperschallsensor erfaßt werden. Dabei ist es sowohl möglich, lediglich mit einem einzigen Sensor auszukommen, als auch mehrere Sensoren, bspw. an der Primär- und der Sekundärseite eines Wärme­ tauschers vorzusehen. Jedenfalls sind die Sensoren ins­ besondere an Stellen oder in der Nähe von Stellen an­ zuordnen, an denen besonders große Enthalpiegegensätze auftreten können.

Sind mehrere Sensoren vorhanden, ist es zweckmäßig, aus deren Ausgangssignalen Signale abzuleiten, die eine eindeutige Aussage enthalten, ob an dem betreffenden Sensor ein bestimmtes zulässiges Maß von schnellen Druck­ änderungen überschritten ist. Die Überwachungsschaltung sollte den Dampfzustrom schon dann drosseln, wenn solche Bedingungen auch nur an einem der Sensoren vorhanden sind.

Zur Aufbereitung der von den Sensoren abgegebenen Signale kann den Sensoren eine Filtereinrichtung nach­ geschaltet werden. Werden als Sensoren bspw. Druckauf­ nehmer verwendet, kann mit einer geeigneten Hochpaß­ charakteristik ein Zeitableitungssignal aus dem Drucksi­ gnal gebildet werden, das die Druckänderungsgeschwindig­ keit kennzeichnet. Mit einer Bandpaßcharakteristik können außerdem Störsignale ferngehalten werden. Die Auswertung von Druckänderungen erfolgt dann in einem vorgegebenen Frequenzband.

Die Filtereinrichtung und ggfs. die gesamte Über­ wachungseinrichtung kann programmtechnisch mittels eines Mikrorechners oder durch geeignete Logikschaltungen, ggfs. auch durch Analogschaltungen realisiert werden. Die programmtechnische Realisierung kann bspw. als Bestand­ teil der Programmierung eines Mikrorechners vorgenommen werden, der zur Prozeßsteuerung in der Regel ohnehin vorhanden ist.

Die Drosselung der Energiezufuhr erfolgt vorzugs­ weise an der zuführenden Dampfleitung. Im Einzelfall kann es auch möglich sein, die Drosselung an der Kondensatlei­ tung vorzunehmen, mit der kondensierter Dampf aus dem Wärmeübertragungssystem ausgeleitet wird.

Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind Gegen­ stand von Unteransprüchen und ergeben sich aus der Zeich­ nung oder der zugehörigen Beschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschau­ licht. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungssy­ stem, in aufs äußerste schematisierter Darstellung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Wärmeübertragungs­ system nach Fig. 1, in Prinzipdarstellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Überwachungsein­ richtung, die Bestandteile des Reglers des Wärmeüber­ tragungssystems nach den Fig. 1 und 2 ist, in einer Blockdarstellung,

Fig. 4 den Druckverlauf in einem Wärmeübertragungs­ system bei plötzlichem Öffnen des Eingangsventils zum Anfahren des Systems,

Fig. 5 den Druckverlauf beim Anfahren des Wärmeüber­ tragungssystems nach Fig. 1 bis 3,

Fig. 6 den zeitlichen Verlauf des dem Wärmeüber­ tragungssystem zugeführten Enthalpiestroms,

Fig. 7 den sich bei dem zeitlichen Verlauf der Enthalpie nach Fig. 6 ergebenden Druckverlauf und

Fig. 8 den zeitlichen Verlauf der Zeitableitung des Drucks, in dem erfindungsgemäßen Wärmeübertragungssystem.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Wärmeübertragungssystem 1 ver­ anschaulicht, das an eine Dampfleitung 01 und an eine Kondensatleitung 02 angeschlossen ist. An der Dampflei­ tung 01 steht Dampf mit mehreren Bar Druck und einer Temperatur von bspw. 150° an. Das Wärmeübertragungssystem 1 enthält Wärmeverbraucher 2, die letztendlich durch die von dem Dampf in das Wärmeübertragungssystem 1 herein­ geführte Enthalpie zu erwärmen oder beheizen sind. Die Wärmeverbraucher können dabei Heizkörper, Brauchwasser­ bereiter oder anderweitige prozeßtechnische Anlagen sein. In einigen Fällen kann der Dampf bis zu dem jewei­ ligen Wärmeverbraucher geleitet werden und seine Wärme, bspw. durch Kondensation, direkt an den Verbraucher abgeben. In anderen Fällen ist ein Sekundärkreis zwi­ schengeschaltet. Der Dampf gibt dann seine Wärmeenergie zunächst über einen schematisch in Fig. 2 veranschaulich­ ten Wärmeverbraucher 3 an Wasser ab, das den Wärmetau­ scher 3 an einer Vorlaufleitung 04 erhitzt verläßt und von dem eigentlichen Wärmeverbraucher ausgekühlt über eine Rücklaufleitung 03 zu dem Wärmetauscher 3 zurück­ fließt. Aus Sicht des Primärkreises hat der Wärmetau­ scher 3 hier die Funktion eines Wärmeverbrauchers, in dem der Dampf abkühlt und kondensiert.

Das Wärmeübertragungssystem 1 enthält wenigstens ein als Drosselorgan nutzbares Ventil 5, über das der Zustrom von Dampf zu dem Wärmeübertragungssystem 1 regulierbar ist. Dieses Ventil 5 kann, wie Fig. 2 schematisiert zeigt, mit einem Stellantrieb 6 in Verbindung stehen, der bspw. als Membranantrieb ausgebildet ist. Über Steuer­ leitungen 7, 8 sowie ggfs. weitere Leitungen ist der Stellantrieb 6 so an das übrige System angeschlossen, daß das Ventil 5 bei normalem Betrieb einen konstanten Druck an dem Eingang des Wärmetauschers 3 ermöglicht. Über eine zusätzliche Leitung 9 ist der Stellantrieb 6 mit einem Regler 11 verbunden. Dieser kann das Ventil 5 dadurch in Schließrichtung betätigen.

Zur weiteren Regulierung des Energieumsatzes in dem Wärmetauscher 3 ist in der Rücklaufleitung 02 ein Steuer­ ventil 12 angeordnet, das von dem Regler 1 über eine Leitung 14 und einen Stellmotor 15 steuerbar ist.

Zur Überwachung des Betriebs des Wärmeübertragungs­ systems 1 sind an dem Wärmetauscher 3 vorzugsweise in der Vorlaufleitung 01 und in der Vorlaufleitung 04 Druckfüh­ ler 16, 17 angeordnet. Die Druckfühler 16, 17 werden vorzugsweise an Stellen oder in der Nähe von Stellen angeordnet, am denen sich nach Abschalten der Dampfzufuhr Kondensatansammlungen bilden können, die von später wieder zuströmendem Dampf aufgewirbelt werden können. Außerdem können sie an Stellen angeordnet werden, an denen zuströmendem Dampf besonders viel Wärme entzogen wird und Implosionen auftreten können.

Die Druckfühler 16, 17 sind über Leitungen 18, 19 mit dem Regler 11 verbunden, der die ankommenden Drucksi­ gnale auswertet. Abweichend von der in Fig. 2 veranschau­ lichten Version, kann auch ein einzelner Druckfühler ein einzelner Fühler für Druckänderungen, ein Mikrofon oder dergl. genügen, wie es schematisch in Fig. 1 angedeutet ist. Bedarfsweise können auch mehrere Druckfühler 16, 17, 21 vorgesehen werden, wie Fig. 3 veranschaulicht.

Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Regler 11 ist vorzugsweise ein Mirkroprozessorregler. Der Regler 11 enthält eine Überwachungseinrichtung 23, die in Fig. 3 anhand ihrer Funktionsblöcke schematisch veranschaulicht ist. Sowohl die Funktionsblöcke der Überwachungsschaltung 23 als auch die gesamte Schaltung kann hardwaremäßig, d. h. als digitale oder analoge Schaltung realisiert sein. Vorzugsweise sind die nachfolgend erläuterten Funktions­ blöcke mit dem Regler 11 als Programm eines Mikroprozes­ sors realisiert.

Die Überwachungsschaltung 23 weist wenigstens einen, vorzugsweise mehrere Überwachungskanäle 24, 25, 26 auf. Die Überwachungskanäle 24, 25, 26 dienen jeweils der Aufbereitung und Auswertung der von den Sensoren (Druck­ fühlern) 16, 17, 21 gelieferten Signale. Die Kanäle 24, 25, 26 sind untereinander vorzugsweise gleich ausgebil­ det. Bei Verwendung unterschiedlicher Sensoren, wie bspw. Drucksensoren, Beschleunigungsaufnehmern und Mikrofonen können die Überwachungskanäle 24, 25, 26 auch voneinander abweichend dem jeweiligen Sensor entsprechend ausgebildet sein.

Der Überwachungskanal 24 weist im Anschluß an den Sensor 1 eine Filtereinrichtung 27 auf. Ist der Sensor 16 ein Drucksensor, hat die Filtereinrichtung wenigstens in einem beschränkten Frequenzbereich Hochpaßcharakteri­ stik. In diesem Frequenzbereich wird das von dem Sensor 16 angegebene Drucksignal differenziert und das entste­ hende, am Ausgang der Filtereinrichtung 27 abgegebenen Signal kennzeichnet die Druckänderungen oder Druckschwan­ kungen. Außerdem kann die Filtereinrichtung 27 einen Verstärker enthalten, um den Signalpegel anzuheben sowie ggfs. eine Widerstandsanpassung an hochohmige Sensoren vorzunehmen.

Das Ausgangssignal der Filtereinrichtung wird einer Vergleichereinrichtung 28 zugeleitet. Diese stellt fest, ob das von der Filtereinrichtung gelieferte Signal einer Amplitude oder einen Pegel aufweist, die bzw. der eine festgelegte Grenze übersteigt. Dazu bildet die Verglei­ chereinrichtung 28 zunächst den Betrag des Signals. Bei einer schaltungstechnischen Realisierung ist dies eine Gleichrichtung. Das gleichgerichtete Signal wird dann, bspw. in einer Komperatorschaltung, mit einem Grenzwert verglichen. Ist dieser überschritten gibt die Verglei­ chereinrichtung 28 an ihrem Ausgang ein Signal ab. Dieses Signal wird an einen Eingang einer Verknüpfungseinrich­ tung 29 weitergegeben. Durch geeignete Auslegung der Sensoren und der Überwachungskanäle 24, 25, 26 kann das System auf Überschreitung unterschiedlicher Grenzwerte bspw. für die Druckänderungsgeschwindigkeit, positive und negative Druckänderungen (Explosionen/Implosionen), Geräusche usw. überwacht werden.

An weitere Eingänge der Verknüpfungsschaltung 29 sind die übrigen Auswertekanäle 25, 26 angeschlossen. Die Verknüpfungsschaltung 29 gibt an ihrem Ausgang ein ent­ sprechendes Signal ab, wenn an wenigstens einem ihrer Eingänge ein Signal anliegt, das eine Aussage enthält, daß an dem betreffenden Sensor 16, 17 und/oder 21 Druck­ schwankungen vorliegen, die einen Grenzwert überschrei­ ten. Dieses an dem Ausgang der Verknüpfungseinrichtung anliegende Signal wird zu einer Zeitgebereinrichtung 31 geführt, die dadurch gestartet wird. Erhält die Zeitge­ bereinrichtung 31 an ihrem Eingang ein Startsignal, gibt sie an ihrem Ausgang sofort ein Signal ab, das zunächst solange vorhanden bleibt, wie an ihrem Eingang ein Signal anliegt und das darüberhinaus von dem Wegfall des Ein­ gangssignals an noch für eine ggfs. wählbare Zeit vorhan­ den bleibt. Ihr Ausgangssignal führt zu einer Vorrang­ schaltung oder -einrichtung 32. Diese weist zwei Ein­ gänge, einen Vorrangeingang V und einen Signaleingang S auf. An den Vorrangeingang V ist die Zeitgebereinrichtung 31 angeschlossen. Der Signaleingang S erhält ein Füh­ rungssignal mit dem das in den Fig. 1 und 2 veranschau­ lichte Ventil 5 gesteuert werden soll. Die Vorrangschal­ tung 32 weist außerdem einen Ausgang auf, über den das Ventil 5 gesteuert ist.

Die Vorrangschaltung 32 gibt, wenn an ihrem Eingang V kein Signal anliegt, das an dem Eingang S anliegende Signal unverändert an den Ausgang A weiter. Liegt an dem Eingang V jedoch ein Signal an, wird das an dem Eingang S anliegende Signal nicht mehr zu dem Ausgang A übertragen. Statt dessen nimmt dieser einen Wert oder einen Signalver­ lauf an, der das Ventil 5 veranlaßt etwas weiter zu schließen, d. h. den Dampfstrom zu drosseln und dann in dieser Position zu verharren. Dieser Zustand wird solange beibehalten wie das Signal an dem Eingang V vorhanden ist. Das Ventil kann auch ganz schließen. Bedarfsweise kann der Betrag, um den das Ventil 5 geschlossen, d. h. sein Durchsatz vermindert wird, von dem Maß abhängig gemacht werden, um das die überwachten Druckschwankungen infolge der Reaktionsträgkeit der Überwachungseinrichtung 23 den Grenzwert überschritten hat.

Das insoweit beschriebene Wärmeübertragungssystem 1 arbeitet wie folgt:
Es wird zunächst davon ausgegangen, daß das Ventil 5 seit längerer Zeit, bspw. ein bis zwei Stunden, ge­ schlossen ist und daß das Wärmeübertragungssystem 1, insbesondere die Wärmeverbraucher 2 und/oder der Wärme­ tauscher 3 (Fig. 1 und 2) Kondensat enthalten. Es wird nun weiter angenommen, daß infolge einer manuell vor­ genommenen Einstellung, wie bspw. das Einschalten des Wärmeübertragungssystems 1, oder durch einen sonstwie plötzlich auftretenden Wärmebedarf deutlich Dampf und somit Energie in das Wärmeübertragungssystem 1 geleitet werden muß. Dies stellt der Regler 11 fest und öffnet das Ventil 5. Das entsprechende Stellsignal passiert dabei die Vorrangschaltung 32 nach Fig. 3 ungehindert, und das Ventil 5 öffnet zügig. Dies ist in Fig. 4 anhand des Druckverlaufs hinter dem Ventil 5 veranschaulicht.

Mit dem in das System einströmenden Dampf nimmt der Druck in dem System stetig zu. Der Druckanstieg erfolgt relativ schnell in wenigen Sekunden. Ist jedoch dadurch soviel heißer Dampf in das kalte System eingeströmt, daß es zu plötzlichen Verdampfungen kleinerer aufgewir­ belter Wassermengen und zu plötzlichen Kondensationen von kleineren in kaltes Wasser geratenen Dampfmengen kommt, entstehen bei herkömmlichen Systemen sehr starke stocha­ stische Druckschwankungen, die in Fig. 4 wiedergegeben sind.

Bevor diese Druckschwankungen bei dem erfindungs­ gemäßen Wärmeübertragungssystem 1 auftreten können, wird die Gefahr derselben erkannt und der Dampfzustrom gedros­ selt. Dies führt letztlich zu einem etwas allmählicherem, jedoch stoßfreien Druckanstieg wie er in Fig. 5 ver­ anschaulicht ist. Der Übergang vom Stillstand zum Betrieb erfolgt glatt und ohne übermäßige Beanspruchung der Anlage durch Druckstöße.

Die Funktion der Überwachungseinrichtung ergibt sich dabei bspw. auch aus den Fig. 6 bis 8. In Fig. 6 ist veranschaulicht, wie zum Zeitpunkt t = 0 ein plötzlicher Wärmebedarf auftritt. Dies bedeutet, daß der gewünschte Enthalpiestrom E plötzlich von 0 auf einen Sollwert E_soll springt. Durch das Öffnen des Ventils 5 versucht der Regler 11 nun diesen Sollwert zunächst relativ zügig zu erreichen, was in Fig. 6 durch einen ersten Kurvenab­ schnitt 41 veranschaulicht ist. Zugleich tritt ein rela­ tiv steiler Druckanstieg auf, wie der Kurvenabschnitt 42 in Fig. 7 veranschaulicht. Solange dieser Anstieg einen Grenzwert nicht übersteigt, wird das Ventil 5 weiter geöffnet oder bleibt in seiner geöffneten Stellung. Treten nun, wie in Fig. 7 in dem Bereich 43 schematisch angedeutet, erst kleinere Druckschwankungen infolge von Verdampfungen aufgewirbelter Wassertropfen oder derglei­ chen auf, ist an dem Ausgang der Filtereinrichtung 27 ein Druckänderungssignal (zeitdifferenzierter Signalanteil) vorhanden, der die Druckänderung dp/dt kennzeichnet. Sobald die Druckänderungsgeschwindigkeit einen Grenzwert überschreiten, wird dies von der Vergleicheinrichtung 28 erkannt, und über die Zeitgebereinrichtung 31 und die Vorrangschaltung 32 wird das Ventil 5 etwas geschlossen.

Fig. 6 zeigt, daß der Enthalpiestrom in diesem Bereich abnimmt, worauf sich das Druckverhalten beruhigt (Bereich 44 in Fig. 7). Anstelle der hier ansonsten auftretenden gestrichelt dargestellten großen Druckstöße wird nun ein stoßfreier Druckverlauf, d. h. ein sich zeitlich nur relativ langsam ändernder Druckverlauf erreicht, wie er durch den Kurvenabschnitt 45 veranschau­ licht ist. Der Vorgang kann sich mehrmals wiederholen bis der Sollwert des Enthalpiestroms erreicht ist.

Durch den somit erreichten schonenden Anfahrbetrieb werden insbesondere Anlagenkomponenten, Verbindungsstel­ len, Dichtungen und Armaturen geschont und die Lebens­ dauer und Betriebssicherheit der Anlage nehmen zu. Gege­ benenfalls auch auf Kosten der Reaktionszeit der Anlage wird deren Reaktionsträgheit kontrolliert und selektiv dann erhöht, wenn zu schnelle Reaktion zu schleichenden, sich kumulierenden Anlagenschäden (Verschleiß) oder auch Schäden mit potentiell katastrophalen Folgen führen kann (Dampfaustritt). Durch die selektive Verlangsamung der Reaktion nur dann, wenn sie erforderlich ist, bleibt die Reaktionszeit der Anlage angemessen kurz.

Bedarfsweise kann die Überwachung des zeitlichen Druckverlaufs auf solche Situationen beschränkt werden, in denen die Anlage angefahren wird, nachdem sie länger als eine vorgegebenen Zeitspanne ohne Dampfzufuhr war. Dies verhindert, daß normale Betriebsgeräusche oder von außen kommende Fremdgeräusche fälschlich zu einer Drosse­ lung der Dampfzufuhr führen, obwohl die Anlage ruhig arbeitet.

Eine weitere und verfeinerte Variante ist die Über­ wachung des aufgenommenen Druckverlaufs (Schalls) hin­ sichtlich seiner spektralen Zusammensetzung, bspw. mit­ tels Fouriertransformation in der Überwachungsschaltung. Die Dampfzufuhr wird dann zumindest für eine gegebene Zeitspanne gedrosselt, wenn bei normalem Betrieb nicht vorhandene und als Vorboten größerer Druckstöße deutbare Spektralanteile auftreten. Das als normal anzusehende Schallspektrum kann bspw. bei ruhigem Normalbetrieb aufgenommen und wenigstens grob, d. h. anhand einiger ausgewählter Kennwerte, abgespeichert werden. Überschrei­ ten festgestellte Abweichungen insbesondere beim Anfahren der Anlage ein zulässiges Maß, wird der Dampfzustrom gedrosselt.

Claims (17)

1. Wärmeübertragungssystem (1) mit Dampf als Wärme­ trägermedium,
mit wenigstens einer Wärmeübergabestelle (2, 3), an der der Dampf einen großen Teil der enthaltenen Wärme­ energie an Anlagenteile oder andere Medien abgibt,
mit einem Weg (01), auf dem der Dampf zu der Wärme­ übergabestelle (2, 3) geleitet wird,
mit einem einstellbaren Drosselorgan (5), mittels dessen der Zustrom von Dampf zu der Wärmeübergabestelle (2, 3) steuerbar ist und das mit einer Stelleinrichtung (6) verbunden ist,
mit einer Überwachungseinrichtung (23), die mit der Stelleinrichtung (6) verbunden ist und mittels derer Druckschwankungen an wenigstens einer Überwachungsstelle (16, 17) in dem Wärmeübertragungssystem (1) erfaßbar sind,
wobei die Überwachungseinrichtung (23) die Stell­ einrichtung veranlaßt (6), das Drosselorgan (5) zur stär­ keren Drosselung des zuströmenden Dampfs zu verstellen, wenn die von ihr erfaßten Druckschwankungen ein vorgege­ benes Maß überschreiten.

2. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübergabestelle (2, 3) ein Wärmetauscher ist, der zur Übertragung der nutzbaren Wärmeenergie des Dampfs auf ein anderes Wärmeträgermedi­ um, vorzugsweise Wasser dient.

3. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan in dem Weg (01) angeordnet ist, auf dem der Dampf zu der Wärmeübergabe­ stelle (2, 3) geleitet wird.

4. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan in einem Rücklauf­ weg (02) angeordnet ist, über den verbrauchter Dampf das Wärmeübertragungssystem vorzugsweise als Kondensat ver­ läßt.

5. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (23) Teil einer Steuer- und Regeleinrichtung ist, über die das Drosselorgan (5) und falls erforderlich weitere Drossel­ organe (12) zur Prozeßführung steuerbar sind.

6. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (11) das Drosselorgan (5) anhand eines von der Überwa­ chungseinrichtung (23) abgegebenen Signals im Vorrang steuert.

7. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (23) wenigstens einen Sensor (16) zur Erfassung der Druck­ schwankungen in dem Wärmeübertragungssystem (1) aufweist.

8. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) ein Drucksensor oder ein Schallsensor, insbesondere ein Körperschallsensor ist.

9. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (23) eine Filtereinrichtung (27) für die von dem Sensor (16) abgegebenen Signale oder für aus diesen abgeleitete Signale aufweist, wobei die Filtereinrichtung (27) vor­ zugsweise als Hochpaß oder als Bandpaß ausgebildet ist.

10. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (23) eine Komparatoreinrichtung (28) aufweist, die derart ausgebildet ist, daß sie an ihrem Ausgang ein Signal abgibt, wenn das an ihrem Eingang vorhandene Signal einen Grenzwert überschreitet, das in dem Wärmeüberträgersystem vorhandene Druckschwankungen kennzeichnet

11. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (23) eine Verknüpfungseinrichtung (31) enthält, die mehrere Eingänge aufweist, denen jeweils ein Signal zugeleitet ist, das kennzeichnet, ob an einer gewählten Stelle des Wärmeübertragungssystems (1) einen Grenzwert überschreitende Druckschwankungen vorhanden sind, und die einen Ausgang aufweist, der ein Signal abgibt wenn wenig­ stens einer der Eingänge ein Signal erhält.

12. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (23) derart ausgebildet ist, daß sie, wenn sie unzulässige Druckschwankungen erfaßt, die Stelleinrichtung (6) ver­ anlaßt, das Drosselorgan (5) um einen festgelegten oder zu bestimmenden Betrag zu schließen und daß sie erst nach Ablauf einer festen oder wählbaren Zeit einen er­ neuten Öffnungsversuch des Drosselorgans zuläßt.

13. Verfahren zum Betrieb von mit Dampf betriebenen Wärmeübertragungssystemen,
bei dem das Wärmeübertragungssystem wenigstens punktuell auf Druckschwankungen überwacht wird, und
bei dem die Dampfzufuhr zu dem Wärmeübertragungs­ system ungeachtet etwaiger Wärmeanforderungen gedrosselt wird, wenn Druckschwankungen auftreten, die ein festge­ legtes Maß überschreiten.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dampfzufuhr erst dann gedrosselt wird, wenn die Druckschwankungen für eine Zeitspanne auftreten, die größer als eine festgelegte Maximalzeit ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß nach dem Drosseln der Dampfzufuhr wegen aufge­ tretener Druckschwankungen eine Wartezeit abgewartet wird, bevor die Dampfzufuhr wieder vergrößert ist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß außer den Druckschwankungen der zuströmende Dampfstrom überwacht und bei Auftreten von Druckschwan­ kungen in Stufen reduziert wird, bis die Druckschwankun­ gen unter ein Minimalmaß reduziert sind.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erfassung der Druckschwankungen in dem Wärmeübertragungssystem zunächst der vorhandene Druck erfaßt wird, der dann nach der Zeit differenziert wird, um ein Druckänderungssignal zu erhalten.