(57)【要約】二次サイクル（２０）内に制御されたフロー温度を持つ冷媒を提供する方法であって、二次サイクル（２０）内の冷媒は、１台以上のプロセスクーラー（２２）から熱を奪い、プロセスクーラー（２２）に戻る前に一次サイクル（１０）内の一次水に熱を放出し、少なくとも２つの一次熱交換器（１２、１４）が冷媒を冷却するために設置され、二次サイクル（２０）内でバイパスライン（２６）がプロセスクーラー（２２）から出た後に分岐して一次熱交換器（１２、１４）を迂回しており、二次サイクル（２０）内のプロセスクーラー（２２）に流れる温度がバイパス流の設定を介して制御されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次サイクル（２０）内に制御されたフロー温度を持つ冷媒を提供する方法であって、
二次サイクル（２０）内の冷媒は、１台以上のプロセスクーラー（２２）から熱を奪い、プロセスクーラー（２２）に戻る前に一次サイクル（１０）内の一次水に熱を放出し、
少なくとも２つの一次熱交換器（１２、１４）が冷媒を冷却するために設置され、
二次サイクル（２０）内でバイパスライン（２６）は、プロセスクーラー（２２）から出た後に分岐して一次熱交換器（１２、１４）を迂回しており、
二次サイクル（２０）内のプロセスクーラー（２２）に流れる温度がバイパス流の設定を介して制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
一次熱交換器（１２、１４）の数及び寸法は、高負荷の場合のために設計されており、低負荷の場合において、一次サイクル（１０）の冷却能力は、１台以上の一次熱交換器（１２、１４）を遮断することにより調整され、少なくとも１台の一次熱交換器が動作状態のままとされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
動作中に一次水の一次熱交換器（１２、１４）を横切る圧力低下が各々の場合、少なくとも３００ミリバール（ヘクトパスカル）、好ましくは少なくとも８００ミリバール（ヘクトパスカル）となるように能力が調整されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
一次熱交換器（１２、１４）は、一次水取り入れ口と一次水取り出し口との間の最大許容温度差のために設計されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
一次熱交換器（１２、１４）は、一次サイクル（１０）の一部及び二次サイクル（２０）の一部の両方に並列に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
一次熱交換器（１２、１４）は、プレート式熱交換器又はチューブバンドル式熱交換器、特別には密封又は溶接プレート式熱交換器であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載の方法を実行する装置であって、
二次サイクル（２０）内に１台以上のプロセスクーラー（２２）及びプロセスクーラー（２２）へのフロー内に少なくとも１つの温度センサを有し、
二次サイクル（２０）の冷媒が一次サイクル（１０）の一次水に熱を放出できるように少なくとも２つの一時熱交換器（１２、１４）が設置され、
二次サイクル（２０）内でバイパスライン（２６）は、アクチュエータを備え、一次熱交換器（１２、１４）を迂回するためにプロセスクーラー（２２）から出た後に分岐しており、
バイパスラインを用いて二次サイクル（２０）内の温度がプロセスクーラー（２２）へのフローで制御可能であることを特徴とする装置。
【請求項８】
一次熱交換器（１２、１４）は、一次サイクル（１０）の両側だけではなく二次サイクル（２０）の両側にも並列に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次サイクル内で制御されたフロー温度を有する冷媒の供給方法に関する。二次サイクル内の冷媒は、１台以上のプロセスクーラーから熱を奪い、プロセスクーラーに戻る前に一次サイクルの一次水に熱を放出する。更に、本発明は、本発明の方法を実行するための装置に関する。装置は、二次サイクル内に１台以上のプロセスクーラーを有し、プロセスクーラーへのフロー内に少なくとも１つの温度センサを有する。
【背景技術】
【０００２】
多くのエンジニアリング・プロセスでは、装置又はプラント構成物から熱を除去する必要がある。この目的のために、一次冷却水が頻繁に使用される。それは、特に体規模なプロセスでは、戻り冷却水として使用可能であり、河川水や海水である。プロセス制御の観点から、装置又はプラント構成物はできるだけ一定温度で冷却されることが望ましい。例えば、リークが発生した場合の安全性と環境保護の観点から、有害である可能性のある物質は、自然水域内を通過することを防止しなければならない。これらの要件は、冷却される機器と一次水が直接接触しないことによって満たすことができるが、冷媒を閉じた中間サイクルで使用し、二次サイクルと呼ばれる。冷媒は、それぞれの要求事項に従って選択される。共通の冷媒は水であり、他の例としては、グリコールと水の混合物又はメタノールである。
【０００３】
二次サイクル内の冷媒は、１台以上のプロセスクーラーに所定のフロー温度で流れ、プロセスから熱を奪い加熱される。冷媒を所望のフロー温度に戻すために、一次水によって冷却される１台以上の熱交換器に供給される。例えば、戻り冷却水、河川水や海水等の一次水の回路は、一次回路に指定される。これに対応して、冷媒が一次水により冷却される熱交換器は、一次熱交換器と呼ばれる。
【０００４】
一次水が流れる一次サイクルと、冷媒が流れる二次サイクルに分割して冷却することは、確立された技術であり多くの利点を提供する。装置やプロセスクーラーでのリークの場合、有害な物質は冷媒へ流れ込むが、一次回路における一次水は汚染から保護されたままである。二次サイクルが閉じているので、加えてプラントにおけるプロセスクーラーは、例えば、河川水で直接冷却する場合よりもより汚れが少ない。
【０００５】
この方法は、日や季節の時間による一次水の変動とは無関係に、プロセスクーラーへのフロー温度を所望の値に設定することが可能である。通常、一次熱交換器は、数及び寸法に関して、それらが高負荷の場合に冷媒から十分な熱を引き出すことができるように設計されている。高負荷の定義に関して、状態は、熱交換器に入る冷媒と入力一次水との間の温度差が定義された最少の許容値を有する場合と想定される。入力冷媒の値によっては、入力一次水に最大限の許容値を与える。中央ヨーロッパでは、高負荷の場合は、河川水が例えば２８℃以上の温度になり得る夏の間である。
【０００６】
対照的に、低負荷の状態は、一次熱交換器へ入る冷媒と入力一次水との温度差が高い場合を意味する。中央ヨーロッパでは、このような場合は、通常の河川水の温度が４℃以下になる冬の間に発生する。また、低負荷の場合とは、二次サイクルの冷媒から一次水への極わずかな熱の移動が必要な場合と考えられる。例えば、プラントが最大能力で稼働していない又は完全にシャットダウンされて、一次冷却器内で冷媒から一次水に熱がほとんど移動しない場合である。これらの場合、冷媒からプロセスクーラーへのフロー温度を高負荷の場合と同じ値に保つために、一次水は殆ど必要とせずに一次水の一次熱交換器へのフローレートは通例減じられる。
【０００７】
この方法は、低負荷の場合、低いフロー速度のために、一次水側の一次熱交換器が汚染する傾向があり、不利である。また、一次水の一次熱交換器への供給流を介してプロセスクーラーへのフロー温度の制御が緩慢となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、冷却のための問題を解消し、一次熱交換器の汚染を低減することができ、プロセスクーラーへのフロー温度を急速にかつ確実に制御することができる冷却のための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、請求項１に記載した方法によって達成される。また、請求項７に記載した装置によっても達成される。本発明の有利な実施の形態は、それぞれ請求項２から６、８の従属項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術に係る冷却システムの概略図を示す。
【図２】本発明に係る冷却システムの概略図を示す。
【図３】一次熱交換器の二次側の直列接続を有する本発明に係る冷却システムの概略図を示す。
【図４】一次熱交換器の一次側のフレキシブル接続を有する本発明に係る冷却システムの概略図を示す。
【図５】一次水温度の時間経過及び動作中の一次熱交換器の数を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
二次サイクル内で制御されたフロー温度を有する冷媒を供給するための本発明に係る方法では、二次サイクル内の冷媒は、１台以上のプロセスクーラーから熱を奪い、その後、プロセスクーラーに戻る前に、一次サイクル内の一次水に熱を放出する。少なくとも２つの一次熱交換器が、冷媒を冷却するために設置される。プロセスクーラーから出た後、一次熱交換器に入る前に、２次サイクル内でバイパスラインが一次熱交換器を迂回するために枝分かれしている。バイパスラインは、一次熱交換器からプロセスクーラーへの二次サイクル導管内に開口している。本発明によれば、二次サイクル内でのプロセスクーラーへのフロー温度は、バイパス流の設定を介して制御される。“フロー温度”とは、２次サイクル内、プロセスクーラーへの流れにおける温度を意味するものと解釈される。"プロセスクーラーへの流れ“は、二次サイクルへのバイパスラインの入口と第１のプロセス熱交換器との間に位置する二次サイクルの部分である。”戻り“は、少なくとも１台のプロセス熱交換器からの出口とバイパスラインの分岐との間に位置する二次サイクルの部分である。プロセス熱交換器が複数の場合には、”戻り“は、プロセス熱交換器からの出口ラインの結合部とバイパスラインの分岐部との間に位置する二次サイクルの部分である。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態において、温度センサは、プロセスクーラーへの流れ中に設置され、バイパスラインはアクチュエータが設けられており、それを使用して、二次止あくる内でプロセスクーラーへの流れの温度が制御される。複数の温度センサは、代替的に、例えば測定の冗長性を達成するために、プロセスクーラーへの流れに備えられる。適切な温度センサは、例えば、熱電対は、流れる冷媒の温度を測定し、制御機器にその値を送信する。
【００１３】
本発明の更なる実施の形態では、温度センサ又は複数の温度センサが、二次サイクルの戻り部に位置しており、バイパスラインは、アクチュエータが設けられており、二次サイクルにおけるプロセスクーラーへのフロー温度が制御可能になっている。
【００１４】
適切なアクチュエータは、バイパスラインを通るフローを、最小値と最大値の間に設定することを可能にする。好ましくは、最小値は零であり、バイパスラインを完全に閉じることを意味する。最大値は、好ましくはバイパスラインを完全に開いた状態に対応する。それらの極端な値の間で、フローのための任意の所望の値を、好ましくは連続的にステップなしで設定することができる。適切なアクチュエータは、当該技術分野の当業者に周知であり、例えばフラップ、ボールバルブ又は三方弁である。
【００１５】
好ましい実施の形態では、予め設定されたフロー温度を有する制御装置が設置される。温度センサによって測定されたフロー温度と予め設定された値の比較から、制御装置は、アクチュエータへの送信のための出力信号を生成する。バイパスラインを流れる冷媒の温度は、一次熱交換器からプロセスクーラーへ流れる冷媒の温度よりも高い。したがって、制御装置は、フロー温度が予め設定された値と比較して高すぎる場合には、バイパスラインを流れるフローを減少することができる。一方、フロー温度が予め設定された値と比較して低すぎる場合には、バイパスラインを流れるフローを増加することができる。
【００１６】
本発明の更なる実施の形態では、予め設定された戻り温度を有する制御装置が設置される。温度センサによって測定された戻り温度と予め設定された値の比較から、制御装置は、アクチュエータへの送信のための出力信号を生成する。この実施の形態では、また、戻り温度が予め設定された値と比較して高すぎる場合は、バイパスラインを流れるフローを減少することができる。一方、戻り温度が予め設定された値と比較して低すぎる場合は、バイパスラインを流れるフローを増加させることができる。
【００１７】
アクチュエータが一次熱交換器への又は一次熱交換器からの冷媒導管内に設置され、適切にそれらの開度を調整することができることで、バイパスラインを介しての冷媒のフローは、影響を受け得る。しかし、バイパスラインに節されたアクチュエータにより、バイパス流を制御することは、実装が簡単であり好ましい。
【００１８】
制御装置は、例えば、温度センサ及びアクチュエータに情報技術によって接続されているコンパクトな制御器等の独立した機器であり得る。制御装置は、例えばコントロールバルブの形で、アクチュエータと組み合わせて実施することができる。或いは、制御装置は、また、例えばプロセス制御システムにおいて、プロセス制御のためのより高いレベルのシステムに組み込むことができる。
【００１９】
本発明による方法の好ましい実施の形態において、一次熱交換器は、高負荷の場合のために数及び寸法に関して設計されている。低負荷の場合、一次サイクルの冷却能力は、少なくとも１台以上の一次熱交換器を遮断することにより調整される。この場合、少なくとも１台の一次熱交換器は運転中のままとされる。“高負荷”及び“低負荷”の表現は、上記で定義された動作状態を意味するものと解釈される。
【００２０】
更に好ましい変形例において、一次熱交換器は、低負荷の場合に、１台の熱交換器が一次水の取り入れ口と取り出し口の間の最大限許容温度差を利用して、所望のフロー温度に冷媒媒質を冷却するために十分であるように設計されている。高負荷の場合には、それに応じてより多くの熱交換器が、好ましくは、個々に同様に、一次水の取り入れ口と取り出し口の最大許容温度差のために設計されており、合計で高負荷の場合における最小の温度差のために適する。一次水の取り入れ口と取り出し口の最大許容温度差は、頻繁に公式に規制され、例えば１５Ｋの値である。この措置により、一次水は、季節全体において可変負荷範囲に亘って効率的に利用され、一次水の必要な最少量が顕著に低減される。
【００２１】
バイパスラインは、好ましくは、一次熱交換器が遮断及びスイッチインされた時に、バイパスラインの制御範囲が二次サイクル内のフロー温度をスムーズに制御するために十分であるように、その容量が設計されている。
【００２２】
バイパスラインの設計では、一次水の温度の日常の変化は、バイパスラインを通るフローを制御するだけで補償され得るように考慮されている。この場合、一次熱交換器をスイッチイン又は遮断するようには構成されていない。
【００２３】
特に好ましくは、一次熱交換器又は熱交換器を介して、一次水のフローが実質的に一定に保たれる。この場合、フローは積極的に制御されないが、一次水側で一次熱交換器の取り入れ口と取り出し口との間に圧力差が生じる。圧力差の変動が発生した場合、流量の変動も生じる。例えば、一次熱交換器を通る冷媒のフローレートが減少することにより、又はプロセスクーラーからの出口で冷媒温度が低下することにより、一次水の温度が低下、又は冷媒から取り除くべき熱量が減少した場合、冷媒温度はこの一次熱交換器からの出口で低下する。これに対応して、一次水の温度が上昇及び／又は冷媒から引き出すべき熱量が増加した場合、冷媒の出口温度は増加する。
【００２４】
本発明の更に好ましい実施の形態では、動作中に一次熱交換器を介するフロー上での一次水の圧力低下が何れの場合でも少なくとも３００ミリバール（ヘクトパスカル）、特に好ましくは少なくとも８００ミリバール（ヘクトパスカル）であるように、一次熱交換器をスイッチイン又は遮断することで容量が調整されている。これにより一次水側での沈殿物の形成の可能性が顕著に減少する。
【００２５】
少なくとも２つの一次熱交換器は、異なる方法で接続することができる。好ましくは、一次熱交換器は、一次サイクルの一部分及び二次サイクルの一部分の両方に並列に接続されている。
【００２６】
使用することができる一次熱交換器は、当業者にこの目的で知られている全ての熱交換器であり、好ましくは、プレート式熱交換器又はチューブバンドル式熱交換器、特に好ましくは、密封又は溶接プレート式熱交換器である。特に好適なプレート式熱交換器は、通常、高圧力降下のために設計されている。ポンプ等の付加的な輸送装置なしでバイパスが実装される場合、これは有利である。
【００２７】
本発明の方法の好ましい実施の形態において、一次水は、戻り冷却水、河川水、海水又は汽水である。“戻り冷却水”は、プロセスエンジニアリングプラントにおける冷却塔又は再冷却器等の装置により冷却された水を意味する。
【００２８】
先行技術から公知の方法と比較して、本発明は複数の利点を提供する。高負荷の場合には要求された冷却能力を共に備え、低負荷の場合には一部分を遮断することができる少なくとも２つの一次熱交換器を準備することは、一次水側で事実上一定のフローで個々の一次熱交換器を操作することを可能にする。それは早期の汚染を防止する。更に、低負荷の場合に、一次熱交換器を交互にスイッチイン及び遮断できる可能性を提供する。それは、簡単な検査及び任意のメンテナンス又はクリーニングを可能にする。更に、冷却のために要求される一次水の最小量は顕著に減じられる。更なる利点は、フロー温度の制御がバイパス流を用いて行うので、従来技術で行われている様な一次水のフローレートを介しての制御よりも簡単で、速くて堅固であると考えられる。
【００２９】
本発明を、以下図面を参照しながら詳述する。ここで、図面は、輪郭描写として理解されるべきである。それらは、例えば数、タイプ、及び熱交換器の接続に関して、本発明の制限を表すものではない。
【００３０】
図１は、従来技術に係る冷却システムを示す。ここで、二次サイクル２０内の冷媒は、プロセスクーラー２２に流れ、そこで熱を奪い、プロセスクーラー２２に流れ戻る前に一次サイクル１０内の一次熱交換器１２の一次水に熱を放出する。プロセスクーラーは、異なる種類のものであっても良い。例えばプレート、チューブバンドル、スパイラル式熱交換器であり、又はそれらの冷却のためのチューブ又は容器の覆いがあっても良い。プロセスクーラー２２の上流の冷媒のフロー温度は、温度センサを用いて測定され、一定の設定値に制御装置２４によって制御される。一次サイクル１０内の一次水の量は、制御のため制御変数として作用する。
【００３１】
図２内に、本発明による方法の第１の好ましい実施の形態が示されている。プロセスクーラー２２を通過した冷媒は、２つの一次熱交換器１２、１４を通過する。そこで、一次サイクル１０内の一次水に熱を放出する。示された好ましいケースでは、一次熱交換器は、一次サイクルの両側と二次サイクルの両側に並列に接続されている。プロセスクーラー２２からの冷媒の出口と一次熱交換器１２、１４への冷媒の入口との間に、バイパスライン２６が分岐しており、一次熱交換器からの冷媒の出口下流の二次サイクル２０に再び接続されている。プロセスクーラー２２への冷媒のフロー温度は、バイパスラインでのフローレートの設定を介して制御装置２４で制御される。高負荷の場合、一次熱交換器１２、１４の両方を運転する。一方、低負荷の場合は、二次サイクル２０内で冷媒を冷却するのに、１台の一次熱交換器の能力で十分である。この場合、一次熱交換器の１台は、二次サイクル内で対応するバルブを閉じることで遮断される。
【００３２】
図３には、本発明の更なる好ましい実施の形態が示されている。この例では、一次熱交換器１２、１４は、一次サイクル側で並列に、二次サイクル側で直列に接続されている。低負荷の場合に二次サイクル内で一次熱交換器１２又は１４を遮断することが可能なように、バイパスが備えられており、バルブを介してスイッチイン及び遮断が可能である。
【００３３】
図４は、本発明の方法の更なる好ましい実施の形態を示す。一次熱交換器１２、１４が二次側で並列に接続されている。一次側の両側で接続はフレキシブルに保たれている。一例として示されたバルブの開閉に対応することにより、直列接続または並列接続が一次側で可能になっている。また、一次熱交換器１２、１４は、二次サイクル内で対応するバルブを閉じることにより交互に遮断することが可能である。
【００３４】
図は、単に説明のためのものである。描写から逸脱する構成及び接続は、バイパス流を調整することにより二次サイクル内でのフロー温度の制御が達成できるという条件の下で、同様に本発明の技術範囲に入る。
【００３５】
特に、図に示す熱交換器の数は一例であり、限定されるものではない。２台以上の一次熱交換器が設置されている場合、それは有利である。より多くの一次熱交換器が使用できるなら、個々の一次熱交換器は、生じている負荷状態を最適にするために、より柔軟にスイッチイン及び遮断することができる。あまり多すぎると資本コストが増大する。好ましくは、２から３台の一次熱交換器を設けることである。
【００３６】
一次熱交換器の数の選択基準は、一次水の温度勾配に由来しても良い。好ましくは、一次熱交換器の最適な数は、高負荷場合の最大許容温度差と典型的な温度差の商により推定される。場所がドイツのラインのルートヴィヒスハーフェンでは、例えば、河川水を一次水として使用する場合、一次水取り入れ口と取り出し口の規制によって許容される最大温度差は、１５Ｋである。更に、川に戻す水は３３℃を越えてはならない。河川水が２８℃の温度に到達し得る夏季の高負荷の場合には、一次水の取り入れ口と取り出し口との温度差は５Ｋが普通である。これにより１５Ｋ／５Ｋ＝３となる。したがって、最大許容温度差１５Ｋを十分に活用するとき、３つの熱交換器が備えられる。３つの熱交換器だけで二次サイクル内の冷媒から要求された熱量を引き出し得るように設計されている。
【００３７】
図５には、一次水温度Ｔ（破線）の時間経過と動作中の一次熱交換器の数（実線、右側スケール）が１２か月の期間に亘り模式的に示されている。この例示的な描写では、二次サイクルから取り除くべき熱量は、検討中の期間に亘って一定のままであると仮定している。使用した一次水は、１２月と１月の冬に最も低い温度、例えば４℃を有する河川水である。最大許容温度差を十分に活用することができ、１台の一次熱交換器で、二次サイクル内の冷媒を適切に冷却するのに十分である。河川水が、変動の所定の範囲を考慮して、もはや最大許容温度差を確保し得ないような値を越えて増加するや否や、更なる一次熱交換器が操作される。３Ｋの変動範囲を仮定し、川に放出される水の最大温度３３℃とすると、１５℃の値が出て来る。これより増加すると第２の一次熱交換器が操作される。図５の例では、これは４月の中旬の場合である。６月の初旬から、河川水の温度は上昇し、第３の一次熱交換器が第１に必要な熱量を取り除くために、第２に最大値３３℃を越えないように要求される。６月、７月及び８月の夏全般に亘って、河川水の温度が再び２つの熱交換器で間に合う程度に下がるまで、例えば９月の初旬まで３つの一次熱交換器が動作状態となる。１０月の末においては、河川水の温度は、例えば１５℃以下にまで更に下がり、１台の一次熱交換器で再び十分となる。
【００３８】
本発明に係る方法は、冷却能力を現在の要件に柔軟に調整することができるという効果がある。図５に示した例では、５か月と半月の間、１台の一次熱交換器が動作状態となり、３か月と半月の間、２つの一次熱交換器が動作状態となり、３月の間、３つの一次熱交換器が動作状態となる。高負荷条件での純粋な設計と比較して、本発明による方法によって、必要とされる一次水の量を大幅に低減することができる。
【００３９】
一次水側では、実際に一定量の水が各々の一次熱交換器を通って流れ、汚染は防止されている。夏の間は別として、動作状態にはない熱交換器は、問題なく維持及び清掃され、二次サイクル内のプラントの操作に影響を与えることもない。従来技術に係るプラントであって、高負荷の場合のために設計された１台のみの熱交換器が設置され、低負荷の場合に一次水の量が減じられ、１年毎に汚染に関連するプラットの停止期間が略３日と仮定した場合、本発明に係る方法を使用することにより、プラント能力は略１％増加する。停止期間がより頻繁又は長い場合には、それに対応して経済的な利点が増加する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2015514957.tif 000009
2015514957.tif 000010
2015514957.tif 000011