[发明专利]用于计算流体流过的工艺设备的强度和使用寿命的方法

说明书

本发明涉及一种用于计算流体流过的工艺设备的强度和使用寿命的方法，其中：在第一时间点测量在设备的多个不同点处存在的温度以便获得温度测量值(201)；该温度测量值用作有限元方法(203)中的约束，以便将在该设备的该材料中的多个不同点处存在的机械应力确定为应力值(204)；该设备的材料的剩余使用寿命由所获得的应力值确定(205)；该设备的材料的剩余使用寿命还根据在第二时间点(207)确定的关于该设备的数据来确定，该第二时间点早于该第一时间点。

本发明涉及用于计算流体流过的工艺设备的强度和寿命的方法，并且还涉及用于执行此类方法的计算单元和计算机程序。

现有技术

通常将加工厂理解为是指借助于物理和/或化学和/或生物和/或核活动的面向目的的序列来实现物质变化和/或物质转化的工厂。此类变化和转化通常包括压碎、筛分、混合、热传递、精馏、结晶、干燥、冷却、填充和叠加物质转化，诸如化学反应、生物反应或核反应。

流体流过的工艺设备，诸如例如真空焊接铝板式热交换器(“板翅片式热交换器”，PFHE)，由于许多优点(热整合、紧凑性、成本)而常用千加工厂。

此类设备可经受热应力，例如在系统故障的情况下、在特殊操作情况下或在启动和关闭过程中，并且可暴露于高应力波动，这可导致材料疲劳直至损坏并包括损坏诸如渗漏，这可与复杂且成本密集的修理和非计划的系统故障相关联。在某些情况下，诸如热交换器或柱之类的设备可能遭受热应力或机械应力，从而可能导致材料疲劳。

为了能够尽可能早地检测或防止失灵、错误、故障等，目的是确定设备的机械应力，以便在使用寿命分析过程中确定例如设备的故障概率或剩余使用寿命。然而，流体流过的工艺设备中的机械应力的确定通常与高水平的复杂性和高时间要求相关联，并且通常不能实时进行，而只是离线进行。

DE 10 2009 042 994 A1公开了用于监测热应力设备例如热交换器的方法。在这种情况下，在每种情况下都在设备内的局部空间受限点处测量温度。将此类温度测量值与温度设定值或温度极限值进行比较。此类温度设定点或温度极限值可由局部点的强度计算来确定。最大允许应力可由用于设备的材料的强度特性来计算，并且可确定由此允许的局部点的温度极限值。通过将温度测量值与设定值或极限值进行比较，通过及时引入安全措施来防止局部热应力异常，从而防止对设备的损坏。

DE 10 2009 042 994 A1因此教导了测量设备中的温度并将它们与阈值进行比较以便能够检测设备的损坏。然而，此类温度比较代表相当不精确的监测可能性。真正精确地确定机械应力将是期望的。

EP 2 887 168 A2涉及机器诸如气体涡轮引擎的操作。捕获机器的操作参数。一方面，使用此类所捕获的操作参数来确定机器相对于机器磨损的第一属性。另一方面，所捕获的操作参数用于确定机器的第二热属性，诸如机器中的热应力。机器的部件的剩余使用寿命根据此类第一属性和第二属性来确定。此外，EP 2 887 168 A2教导了使用降阶的经验热模型来评估来自传感器的信息，该信息可包括机器的部件的温度。该模型可包括诸如机器部件的应力曲线的信息。该模型的结果可与来自传感器的信息一起使用，以便计算剩余使用寿命。

此类降阶的经验模型通常带有假设和简化。期望能够以足够的精度测量温度场并将其直接用作应力计算的输入变量，以便能够出于使用寿命分析的目的精确地确定设备中的机械应力。

发明内容

在此背景下，本发明提出了用于计算流体流过的工艺设备的强度和使用寿命的方法，并且还提出了具有独立权利要求的特征的用于执行该方法的计算单元和计算机程序。有利的实施方案是从属权利要求的主题和以下描述。

流体流过的工艺设备可具体地被设计为热交换器，具体地被设计为板式热交换器或螺旋式或盘绕式热交换器，或被设计为柱(具有内部配件的中空细长柱)或被设计为相分离设备(具有内部配件的容器)。该设备可有利地被设计为加工厂的部件，并且可连接到另外的系统部件，例如连接到用于相分离的另外的热交换器、柱或容器。