VERFAHREN ZUM VERWALTEN EINER VERFAHRENSTECHNISCHEN ANLAGE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage und eine graphische Benutzerschnittstelle zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage sowie ein Rechensystem, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.

Hintergrund der Erfindung

Als verfahrenstechnische Anlagen werden üblicherweise Anlagen zur Durchführung von Stoffänderungen und/oder Stoffumsetzungen mit Hilfe zweckgerichteter physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer und/oder nuklearer Wirkungsabläufe verstanden. Solche Änderungen und Umsetzungen umfassen typischerweise Zerkleinern, Sieben, Mischen, Wärmeübertragen, Rektifizieren, Kristallisieren, Trocknen, Abkühlen, Abfüllen und überlagerte Stoffumwandl ungen, wie chemische, biologische oder nukleare Reaktionen.

Wärmetauscher, z.B. vakuumgelötete (Aluminium-) Plattenwärmeübertrager (engl. "plate fin heat exchanger", PFHE) oder spiralgewickelte Wärmeübertrager (engl. "coilwound heat exchanger", CWHE), werden oftmals in verfahrenstechnischen Anlagen aufgrund einer Vielzahl von Vorzügen (Wärmeintegration, Kompaktheit, Kosten) eingesetzt. Beispielsweise kann ein derartiger (Platten-) Wärmetauscher eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennplatten oder Trennblechen (engl.

"seperator plates") und eine Vielzahl an Lamellen (sog. Fins) bzw. Strukturbleche mit Lamellen aufweisen, wobei zwischen zwei benachbarten Trennplatten je eine Lamelle angeordnet ist, so dass eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen benachbarten Platten gebildet wird, die von einem Medium durchfließbar sind. Zu den Seiten hin werden die Lamellen durch sogenannte Sidebars (Randleisten) begrenzt, die mit den angrenzenden Platten verlötet sind. Durch die miteinander verbundenen Strukturbleche, Sidebars, Trennbleche sowie Deckbleche wird insgesamt ein Wärmetauscherblock gebildet. Auf diese Weise wird ein Wärmetauscherblock mit einer Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen gebildet, so dass Medien z.B. im Gegenstrom aneinander vorbeigeführt werden können, um einen indirekten Wärmeaustausch zu vollziehen. Ein Wärmetauscher, insbesondere ein Plattenwärmetauscher (PFHE) kann eine Vielzahl derartiger Wärmetauscherblöcke aufweisen.

Es wird angestrebt, eine derartige verfahrenstechnische Anlage verwalten zu können, beispielsweise um die Anlage effektiv betreiben zu können.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage und eine graphische Benutzerschnittstelle zum Verwalten einer verfahrenstechnischen Anlage sowie ein Rechensystem, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die verfahrenstechnische Anlage weist wenigstens einen Wärmetauscher auf. Jeder dieser Wärmetauscher ist jeweils als ein Plattenwärmetauscher ausgebildet, z.B. als ein vakuumgelöteter (Aluminium-) Plattenwärmeübertrager (engl. "plate fin heat exchanger", PFHE). Ferner weist jeder dieser Wärmetauscher jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherblöcken auf. Diese einzelnen Wärmetauscher sind in der verfahrenstechnischen Anlage jeweils insbesondere zum Erwärmen oder Abkühlen eines speziellen Fluids bzw. Fluidstroms vorgesehen. Neben den Plattenwärmetauschern kann die verfahrenstechnische Anlage weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise weitere, andersartig ausgestaltete Wärmetauscher (z.B. spiralgewickelte Wärmeübertrager, CWHE), Kolonnen (hohle, schlanke Säulen mit Einbauten), Phasentrennapparate (Behälter mit Einbauten), Behälter zur Phasentrennung usw. Beispielsweise kann die verfahrenstechnische Anlage eine Anlage zur Trennung und/oder Verflüssigung von Gasen sein, beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage, oder allgemein eine Anlage zur Trennung von Stoffgemischen aufgrund physikalischer Eigenschaften, eine Erdgasanlage, eine Wasserstoff- und Synthesegasanlage, eine Adsorptions- und Membrananlage, z.B. eine Druckwechseladsorptionsanlage, oder eine kryotechnische Anlage, z.B. zur Kühlung von Supraleitern und kalten Neutronenquellen, MRTs, Fusions- und Fissionsanwendungen oder bei der Verflüssigung von Helium und Wasserstoff.

Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens werden Sensorwerte bzw. Messwerte oder aktuelle Istwerte von an oder in dem wenigstens einen Wärmetauscher angeordneten Sensoren empfangen. Diese Sensoren können beispielsweise an einer Oberfläche des jeweiligen Wärmetauschers oder innerhalb des Wärmetauschers bzw. in den Wärmetauscher hineinragend verbaut sein. Die Sensorwerte können insbesondere physikalisch/chemische Eigenschaften des Wärmetauschers selbst oder seines Betriebs charakterisieren, z.B. seines Materials oder auch eines durch den Wärmetauscher geleiteten Fluids. Zweckmäßigerweise beschreiben die Sensorwerte aktuelle Temperaturwerte einzelner oder aller Wärmetauscherblöcke des jeweiligen Wärmetauschers.

Abhängig von diesen empfangenen Sensorwerten werden Kenngrößen (bzw. Kennzahlen) bestimmt, die einen Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers kennzeichnen bzw. charakterisieren. Diese Kenngrößen können beispielsweise einen aktuellen Zustand oder aktuelle physikalische Gegebenheiten des wenigstens einen Wärmetauschers direkt beschreiben oder zumindest Rückschlüsse auf derartige Eigenschaften erlauben. Eine derartige Kenngröße kann beispielsweise eine sog. Leistungskennzahl (engl. "Key-Performance-Indicator", KPI) sein, anhand welcher z.B. Fortschritte oder Erfüllungsgrade bezüglich vorgegebener Ziele bewertet werden können.

Als eine derartige Kenngröße wird ein Temperaturunterschied zwischen Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Beispielsweise können zu diesem Zweck gemessene Temperaturwerte an der Oberfläche der einzelnen Wärmetauscherblöcke berücksichtigt werden oder auch gemessene Temperaturwerte innerhalb der einzelnen Wärmetauscherblöcke. Zweckmäßigerweise werden Temperaturunterschiede zwischen unmittelbar benachbarten Wärmetauscherblöcken bestimmt, welche miteinander mechanisch verbunden sind und/oder in Fluidkommunikation miteinander stehen.

Zweckmäßigerweise können auch mehrere Temperaturunterschiede zwischen mehreren jeweils benachbarten Wärmetauscherblöcken als Kenngröße bestimmt werden. Ferner können zweckmäßigerweise noch weitere Kenngrößen aus weiteren Sensorwerten bestimmt werden.

Die empfangenen Sensorwerte und/oder die bestimmten Kenngrößen werden aufbereitet für eine graphische Darstellung eines Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers. Dieser Zustand kann insbesondere den Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers charakterisieren, z.B. eine Effektivität, Leistung usw. Beispielsweise kann der Zustand ein aktueller Zustand sein und somit insbesondere den aktuellen Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers charakterisieren. Ferner kann der Zustand auch ein vergangener Zustand sein und insbesondere den Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers in der Vergangenheit charakterisieren. Ferner kann der Zustand auch ein zukünftiger Zustand sein, beispielsweise extrapoliert aus dem aktuellen und/oder dem vergangenen Zustand.

Die Sensorwerte bzw. Kenngrößen werden insbesondere derart aufbereitet, dass (betriebs-) relevante Informationen bezüglich des Zustands, welche für den Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers und ferner für den Betrieb der gesamten Anlage von Bedeutung sind, auf einfache und übersichtliche Weise entnommen bzw. erkannt werden können. Die Darstellung des Zustands kann eine audiovisuelle Darstellung des jeweiligen Zustands sein, insbesondere eine graphische bzw. visuelle und/oder eine akustische Darstellung. Beispielsweise kann die Darstellung ein visuelles Darstellen einzelner Sensorwerte und/oder Kenngrößen in einem zwei- oder mehrdimensionalen Graphen umfassen, z.B. als Bilddatei oder auch als interaktive, editierbare Graphik. Ferner kann die Darstellung beispielsweise eine akustische Darstellung umfassen, z.B. mit Hilfe von Audiodateien, z.B. ein akustisches Ausgeben einzelner Sensorwerte bzw. Kenngrößen, eine Ausgabe von Warntönen usw.

Als Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers wird zumindest eine Lebensdauer bzw. eine verbleibende Lebensdauer abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Ferner wird eine graphische Darstellung dieser Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Beispielsweise kann die Lebensdauer mit Hilfe von analytischen, numerischen oder auch statistischen Methoden aus den Sensorwerten bzw. Kenngrößen bestimmt bzw. extrapoliert werden, z.B. mit Hilfe von theoretischen Simulationen. Temperaturunterschiede zwischen Wärmetauscherblöcken können direkte, unmittelbare aber auch mittelbare Auswirkungen auf die Lebensdauer des jeweiligen Wärmetauschers haben. Große Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Wärmetauscherblöcken können zu großen Belastungen des Materials der Blöcke führen, insbesondere zu großen mechanischen Spannungen. Beispielsweise können bei großen Temperaturunterschieden hohe Belastungen auf Verbindungsleitungen bzw. Verbindungselemente zwischen einzelnen Wärmetauscherblöcken wirken. Derartig hohe Belastungen können zu Verformungen, Abnutzung, Ermüdung und Schwächung des Materials der Blöcke führen. Dauerhaft hohe Temperaturunterschiede sowie oftmals wechselnde Temperaturunterschiede können derartige Belastungen nochmals erhöhen. Große oder wechselnde Temperaturunterschiede zwischen Wärmetauscherblöcken eines jeweiligen Wärmetauschers können sich somit negativ auf die Lebensdauer des Wärmetauschers auswirken.

Für die Bestimmung der Lebensdauer kann beispielsweise eine ursprüngliche Lebensdauer berücksichtigt werden, welche nach einer Herstellung oder erstmaligen Inbetriebnahme des Wärmetauschers bestimmt, abgeschätzt bzw. veranschlagt wurde, sowie ferner eine bereits erfolgte Betriebsdauer, die seit der erstmaligen Inbetriebnahme vergangen ist. Abhängig von den aktuellen Temperaturunterschieden zwischen Wärmetauscherblöcken können beispielsweise entsprechende mechanische Spannungen und Belastungen auf das Wärmetauschermaterial bestimmt und entsprechende Auswirkungen auf die Lebensdauer bzw. eine entsprechende Verringerungen der Lebensdauer extrapoliert, abgeschätzt oder berechnet werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise analytische, numerische oder auch statistische Berechnungen und/oder Simulationen durchgeführt werden. Auf diese Weise kann als Zustand des jeweiligen Wärmetauschers die aktuell noch verbleibende Lebensdauer des Wärmetauschers bestimmt werden, zweckmäßigerweise abhängig von der ursprünglichen Lebensdauer, abhängig von der bisherigen Gesamtbetriebsdauer sowie abhängig von den Auswirkungen der Temperaturunterschiede.

Die bestimmte Lebensdauer kann für die graphische Darstellung zweckmäßigerweise derart aufbereitet werden, dass die verbleibende Lebensdauer leicht ersichtlich und nachvollziehbar entnommen bzw. erkannt werden kann. Beispielsweise kann ferner neben der aktuellen bestimmten Lebensdauer auch eine Historie der Lebensdauer dargestellt werden. Somit kann insbesondere leicht nachvollzogen werden, wie sich die abgeschätzte, verbleibende Lebensdauer während des bisherigen Betriebs entwickelt bzw. verändert. Auf diese Weise kann besonders einfach nachvollzogen werden, welche Ereignisse, Betriebszustände und Temperaturunterschiede sich deutlich auf die verbleibende Lebensdauer auswirken.

Durch diese graphische Darstellung der Lebensdauer kann beispielsweise ein Lebensdauertracker bzw. Lebensdauermonitor bereitgestellt werden, welcher eine Anzeige des Lebensdauerverbrauchs aufgrund der Betriebsbedingungen der Anlage und eine Prognose der verbleibenden Lebensdauer ermöglicht sowie ferner beispielsweise eine Darstellung eines Histogramms der thermischen und/oder mechanischen Zyklen und der thermischen Ermüdung der einzelnen Wärmetauscher. Beispielsweise können anhand eines derartigen Lebensdauermonitors Empfehlungen zu Wartungs- und/oder Ersatzmaßnahmen abgegeben werden, wobei z.B. Lieferzeiten auszutauschender oder zu verbauender Komponenten berücksichtigt werden können.

Die aufbereiteten Sensorwerte und/oder Kenngrößen werden in einer graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben bzw. dargestellt. Im Zuge dessen wird die graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Diese graphische Benutzerschnittstelle stellt insbesondere eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle, eine Eingabe- und Ausgabeschnittstelle, eine Benutzeroberfläche oder ein (Informationsmanagement-) Dashboard dar. Insbesondere stellt diese Benutzerschnittstelle ein Softwaretool bzw. Softwarewerkzeug für eine Interaktion mit der Anlage dar, um für den Betrieb und die Verwaltung der Anlage relevante Informationen auszugeben und um es ferner zu ermöglichen, Einfluss auf den Betrieb der Anlage zu nehmen.

Beispielsweise kann die graphische Benutzerschnittstelle von einer Recheneinheit ausgegeben werden, z.B. einem PC, einem Laptop, einem Tablet, einer Steuereinheit usw. Die graphische Benutzerschnittstelle ist besonders zweckmäßig eine zentrale, einheitliche Schnittstelle. Die graphische Benutzerschnittstelle bzw. die der graphischen Benutzerschnittstelle zugrundeliegende Software wird besonders zweckmäßig von einer zentralen Recheneinheit oder einem zentralen Rechensystem ausgeführt, z.B. von einem Server oder einem Rechensystem im Zuge des sog. "Cloud-Computing". Somit muss die zugrunde liegende Software zweckmäßigerweise nicht auf derjenigen Recheneinheit selbst ausgeführt werden, von welcher die graphische Benutzerschnittstelle angezeigt bzw. ausgegeben wird, sondern kann zentral von einer entfernten Recheneinheit ausgeführt werden. Die graphische Benutzerschnittstelle kann somit auf einer Vielzahl von verschiedenen Recheneinheiten einheitlich und unabhängig voneinander dargestellt werden. Beispielsweise kann die graphische Benutzerschnittstelle durch die jeweilige Recheneinheit von der zentralen Recheneinheit ausgehend gestreamt oder browserbasiert angezeigt werden, z.B. als (Web-) Dashboard.

Abhängig von diesen ausgegebenen, aufbereiteten Sensorwerten und/oder Kenngrößen erfolgt ein Verwalten bzw. Überwachen bzw. Kontrolle des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers in der graphischen Benutzerschnittstelle.

Relevante, den Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers charakterisierende Informationen können in der Benutzerschnittstelle abgelesen werden und basierend auf diesen Informationen kann der aktuelle Betrieb überwacht werden und es können Änderungen erarbeitet und vorgenommen werden, um den Betrieb zu verbessern.

Im Zuge dieses Verwaltens wird die bestimmte (insbesondere verbleibende) Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers überwacht bzw. analysiert. Durch die in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebene, graphische Darstellung der Lebensdauer können zweckmäßigerweise Auswirkungen oder Veränderungen der Lebensdauer erkannt und überwacht werden. Einer erkannten insbesondere nichtlinearen (bspw. exponentiellen) Verringerung der Lebensdauer, z.B. aufgrund hoher Temperaturunterschiede zwischen den Wärmetauscherblöcken, kann zweckmäßigerweise entgegengesteuert werden, z.B. durch Anpassen von Betriebsparametern oder Arbeitspunkten des Wärmetauschers oder der gesamten Anlage. Beispielsweise kann in der graphischen Benutzerschnittstelle der Lebensdauerverbrauch der Wärmetauscher während vergangener Betriebszustände nachvollzogen werden und es können Verbesserungen für den Betrieb zur Erhöhung der verbleibenden Lebensdauer erarbeitet werden.

Die Erfindung betriff ferner eine entsprechende graphische Benutzerschnittstelle, wobei sich Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen graphischen Benutzerschnittstelle und des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der vorliegenden Beschreibung in entsprechender Weise ergeben. Die graphische Benutzerschnittstelle weist wenigstens eine Anzeigefläche auf, die dazu eingerichtet ist, Sensorwerte und/oder Kenngrößen auszugeben, die gemäß dem vorliegenden Verfahren empfangen bzw. bestimmt und aufbereitet wurden. Die Anzeigefläche ist dazu eingerichtet, die graphische Darstellung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers auszugeben. Diese Anzeigeflächen bzw. Anzeigepanel ermöglichen es, die für den Betrieb des jeweiligen Wärmetauschers relevanten Informationen auf intuitive und übersichtliche Weise darzustellen. Beispielsweise können für jeden Wärmetauscher jeweils eine oder mehrere derartige Anzeigeflächen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise für alle aufbereiteten Sensorwerte und/oder Kenngrößen jeweils eine oder mehrere derartige Anzeigeflächen vorgesehen sein.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Möglichkeit bereit, um den Betrieb der einzelnen Wärmetauscher in der verfahrenstechnischen Anlage zu visualisieren und online zu überwachen und zu verwalten. Zu diesem Zweck wird mit der graphischen Benutzerschnittstelle eine zentrale, einheitliche Schnittstelle bereitgestellt, um Information bezüglich des Betriebs bzw. bezüglich Eigenschaften der Wärmetauscher darzustellen und um abhängig von diesen Informationen auf die Anlage und auf deren Betrieb Einfluss zu nehmen, insbesondere um den Betrieb bzw. die Effektivität oder Performanz der Anlage zu verbessern, um einen Verschleiß der Anlage zu verringern. Ferner können abhängig von den dargestellten Informationen beispielsweise Empfehlungen für Wartungsarbeiten, z.B. Reparaturen, Reinigungen, Austausch von Komponenten usw., abgeben werden und es kann eine optimale Wartungsarbeit prognostiziert werden ("Predictive Maintenance"). Besonders zweckmäßig ermöglicht es die Erfindung, die verbleibende Lebendsauer zu überwachen und insbesondere zu erhöhen oder zumindest nicht unnötig zu verringern oder potentiellen Verringerung der Lebendsauer entgegenzuwirken.

Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle wird eine Kombination, Zusammenführung bzw. Synthese von in der Anlage verbauter Hardware, insbesondere in Form von Sensoren bzw. Messeinrichtungen, und Verwaltungs-, Analyse-, Simulations- und/oder Steuersoftware ermöglicht. Zweckmäßigerweise können die entsprechenden betriebsrelevanten Informationen in der graphischen Benutzerschnittstelle als zentrales (Web-) Dashboard einzelnen oder allen an dem Betrieb der Anlage beteiligten Parteien zur Verfügung gestellt werden, beispielweise einem Hersteller, Eigentümer, Betreiber, Bediener, Betriebsleiter, Aufsichtsrat, externen Experten, Fachkräften für technische Beratungen usw. Mit Hilfe der Benutzerschnittstelle und deren Funktionalitäten haben beispielsweise Anlagenbetreiber die Möglichkeit, Leistung und Lebensdauer der Wärmetauscher zu bewerten und zu verbessern. Beispielsweise kann es mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle einem Wärmetauscherhersteller ermöglicht werden, verschiedene Produktkonzepte bereitzustellen, z.B. Leasingverträge, Leistungsgarantieverträge, Wärmeübertragungsverträge, Lieferungen mit erweiterter Garantie, kostenlose Testphasen und Datenschreiber mit Hilfe des Wärmetauschers als Aufzeichnungsgerät, welches automatisch Daten an den Hersteller übermittelt.

Die zentrale, graphische Benutzerschnittstelle ermöglicht es insbesondere, die betriebsrelevanten Informationen auch örtlich weit verteilten Parteien über große Distanzen hinweg bereitzustellen. So können die jeweiligen Informationen über die Benutzerschnittstelle beispielsweise sowohl dem Bediener bzw. Betreiber der verfahrenstechnischen Anlage bereitgestellt werden, welcher sich in der Anlage selbst oder in unmittelbarer Nähe zu dieser befinden kann, als auch weit von der Anlage entfernen Parteien, z.B. dem Hersteller oder Eigentümer der Anlage, welcher sich in großer Distanz zu der Anlage etwa in einem weit entfernen Firmensitz befinden kann.

Die entsprechenden Informationen bzw. Daten können beispielsweise sowohl zwischen lokal vernetzten als auch weit entfernten Einheiten übertragen oder ausgetauscht werden. Beispielsweise können die erfassten Sensorwerte der in oder an den Wärmetauschern verbauten Sensoren über ein lokales Netzwerk in der verfahrenstechnischen Anlage an eine lokale, zentrale Recheneinheit übermittelt werden, z.B. einen Server der Anlage, von welcher auch die Benutzerschnittstelle ausgeführt wird oder welche über das lokale Netzwerk direkt mit einer die Benutzerschnittstelle ausführenden Recheneinheit vernetzt ist. Ferner können die Sensorwerte der Sensoren beispielsweise auch an eine entfernte Recheneinheit, z.B. einen (Firmen-) Server, oder ein entferntes Rechensystem, etwa ein verteiltes Rechensystem im Zuge des sog. "Cloud-Computing", übermittelt werden, in welcher bzw. in welchem die Benutzerschnittstelle selbst ausgeführt wird oder an welche bzw. an welches wiederum eine die Benutzerschnittstelle ausführende Recheneinheit angebunden ist. Beispielsweise können die Sensorwerte von den Sensoren unmittelbar an eine derartige entfernte Recheneinheit oder ein derartiges entferntes Rechensystem übermittelt werden oder auch indirekt, indem die Werte zunächst etwa an eine lokale Recheneinheit der Anlage übertragen werden, welche die Sensorwerte dann an die entfernte Recheneinheit bzw. das entfernte Rechensystem übermittelt. Ferner kann eine derartige lokaler Recheneinheit auch Berechnungen vornehmen, beispielsweise das Bestimmen der Kenngrößen und/oder die Aufbereitung der Sensorwerte bzw. der Kenngrößen. Die entsprechenden Daten können dann von der lokalen Recheneinheit an das Cloud-System übertragen werden und von diesem in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben werden. Durch eine oder mehrere Recheneinheiten, welche jeweils mit der die Benutzerschnittstelle ausführenden Recheneinheit verbunden sind, z.B. über ein lokales (Anlagen-) Netzwerk oder über das Internet, kann die graphische Benutzerschnittstelle dann jeweils auf einem Bildschirm ausgegeben und angezeigt werden. Die zentral ausgeführte graphische Benutzerschnittstelle kann somit einheitlich durch eine Vielzahl von verschiedenen, gegebenfalls örtlich weit verteilten Recheneinheiten anzeigt werden.

Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle kann es beispielsweise ermöglicht werden, eine Historie, insbesondere eine Historie der Lebensdauer, und/oder eine Leistung der einzelnen Wärmetauscher der Anlage zu visualisieren und nachzuverfolgen. Ferner kann der Betrieb der einzelnen Wärmetauscher transparent gestaltet und verbessert werden. Insbesondere kann in der Benutzerschnittstelle eine Zusammenführung aller relevanten Informationen und der Historie der einzelnen Wärmetauscher, eine Nachverfolgung der Historie sowie ein einfacher Fernzugriff auf Informationen ermöglicht werden. Ferner können beispielsweise eine vorausschauende Wartung aufgrund von Informationen über die Lebensdauer der Wärmetauscher, eine Abschätzung von Risiken für den weiteren Betrieb aufgrund derartiger Informationen über die Lebensdauer sowie eine Verbesserung des Anlagenbetriebs ermöglicht werden, um kritische (Betriebs-) Zustände zu vermeiden, welche einen hohen Lebenszeitverbrauch verursachen können, insbesondere hohe Temperaturunterschiede und oft wechselnde Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken, und um die Leistung des Wärmetauschers zu maximieren. Beispielsweise können automatische Maßnahmen, Regelkreise, Regelkreisabstimmungen, Anlagenautomatisierungen, Automatisierungen von Anfahren, Wiederanfahren, Lastwechsel usw. vorgenommen werden. Ferner können beispielsweise die Leistung der Anlage sowie Möglichkeiten zur Leistungssteigerung visualisiert und evaluiert werden.

Gemäß einer Ausführungsform wird als der Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers ferner eine Änderung der Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken bestimmt. Ferner wird eine graphische Darstellung dieser Änderung der Lebensdauer bestimmt und die graphische Darstellung der Lebensdaueränderung wird in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Insbesondere kann somit ein Zusammenhang hergestellt und visualisiert werden, wie sich Temperaturunterschiede auf die verbleibende Lebendsauer auswirken. Beispielsweise können zu diesem Zweck die von den Temperaturunterschieden bewirkten mechanischen Spannungen und Belastungen auf das Wärmetauschermaterial bestimmt werden und es können Auswirkungen dieser Spannungen und Belastungen auf die Lebensdauer bestimmt werden. Ferner kann für die graphische Darstellung beispielsweise graphisch aufbereitet werden, wie sich vergangene Temperaturunterschiede auf die jeweilige damalige verbleibende Lebensdauer ausgewirkt und diese verändert haben. Zweckmäßigerweise kann mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle langfristig überwacht und untersucht werden, wie Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Wärmetauscherblöcken die verbleibende Lebensdauer des Wärmetauschers verändern. Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle kann insbesondere eine (Betriebs-) Strategie entwickelt werden, um lebensdauerverringernde Temperaturunterschiede zu vermeiden und um die Lebensdauer des Wärmetauschers zu erhöhen bzw. möglichst langsam zu erniedrigen, um eine bestmögliche Lebensdauer des Wärmetauschers zu erreichen.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen eines Wartungsintervalls des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder einer durchzuführenden Wartungsarbeit an dem wenigstens einen Wärmetauscher abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer. Beispielsweise können derartige Wartungen bzw. eine Reparatur oder ein Austausch einzelner Komponenten abhängig von dem Lebensdauerverbrauch angesetzt werden, zweckmäßigerweise um die verbleibe Lebensdauer möglichst zu erhöhen. Beispielsweise können derartige Wartungsintervalle und Wartungsarbeiten für Komponenten des Wärmetauschers bestimmt werden, die durch Temperaturunterschiede zwischen den Wärmetauscherblöcken hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen von Gefahren für einen Betrieb bzw. für die Lebensdauer des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer. Beispielsweise kann durch Analysieren des aktuellen und vergangenen Zustands sowie des entsprechenden Lebensdauerverbrauchs in der Benutzerschnittstelle erkannt werden, welche speziellen Betriebszustände bzw. welche speziellen Temperaturunterschiede zu erhöhten Belastungen, erhöhtem Verschleiß und erhöhtem Lebensdauerverbrauch führen. Derartige Zustände können dann vermieden werden oder es kann derartigen Zuständen entgegengewirkt werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen von Ansteuerwerten bzw. von Betriebsbedingungen oder Operationsparametern des wenigstens einen Wärmetauschers, abhängig von der in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegebenen graphischen Darstellung der Lebensdauer, um kritische Zustände zu vermeiden, welche zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen. Durch Überwachen und Analysieren der in der Benutzerschnittstelle dargestellten Zustände, Lebensdauer usw. können beispielsweise möglichst optimierte Ansteuerwerte erarbeitet werden, um die Wärmetauscher in möglichst optimierten Betriebszuständen zu betreiben, so dass eine möglichst maximierte Lebensdauer erreicht werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform wird als der Zustand des wenigstens einen Wärmetauschers ferner eine Leistung bzw. aktuelle Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder eine Historie bzw. ein zeitlicher Verlauf des wenigstens einen Wärmetauschers bestimmt. Die aktuelle Leistung des jeweiligen Wärmetauschers kann beispielsweise aus den Sensorwerten und/oder Kenngrößen analytisch oder numerisch mit Hilfe von physikalischen Gleichungen bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Kenngrößen die aktuelle Leistung auch bereits direkt charakterisieren. Die entsprechenden Sensorwerte und/oder Kenngrößen können insbesondere dahingehend aufbereitet werden, dass die aktuelle Leistung auf intuitive und übersichtliche Weise visuell und/oder akustisch dargestellt werden kann. Die Historie des wenigstens einen Wärmetauschers kann insbesondere eine Historie bzw. einen zeitlichen Verlauf der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen und/oder der Leistung umfassen. Mit Hilfe der graphischen Benutzerschnittstelle kann beispielsweise flexibel zwischen aktuellen Werten und vergangenen Werten umgeschaltet werden bzw. es können flexibel aktuelle und vergangene Werte miteinander verglichen werden. Beispielsweise kann die graphische Benutzerschnittstelle eine Start- bzw. Übersichtsseite umfassen, in welcher die Leistung, die Lebensdauer und die Historie bzw. die entsprechenden Sensorwerte und/oder Kenngrößen dargestellt werden und/oder zur Darstellung ausgewählt werden können. Beispielsweise kann diese Übersichtsseite eine Liste oder Schalter umfassen, um schnell die entsprechenden relevanten Informationen über den Wärmetauscherbetrieb anzuzeigen und die Historie des Wärmetauschers zu verfolgen bzw. zu visualisieren.

Gemäß einer Ausführungsform sind die an oder in dem wenigstens einen Wärmetauscher angeordneten Sensoren jeweils als ein Temperatursensor und/oder Drucksensor und/oder Durchflusssensor und/oder Schallsensor bzw. akustischer Sensor und/oder Schwingungssensor ausgebildet. Die von diesen Sensoren erfassten Messwerte betreffen insbesondere physikalische Eigenschaften des Materials des Wärmetauschers und/oder der durch den Wärmetauscher geleiteten Fluidströme. Mit Hilfe der Temperatursensoren können beispielsweise die Temperaturen der Fluidströme und der Wärmetauscherwände gemessen werden. Mit Hilfe der Druck- und Durchflusssensoren können beispielsweise Druck und Durchfluss der einzelnen Fluidströme erfasst werden. Mit Hilfe der Schall- und Schwingungssensoren lassen sich insbesondere Vibrationen in den Wärmetauscherwänden überwachen. Ferner können mit Hilfe der Sensoren und deren Sensorwerte mechanische Spannungen in dem Wärmetauscher direkt erfasst oder indirekt abgeleitet werden. Ferner können auch noch weitere zweckmäßige Sensoren verwendet werden, z.B. optische Sensoren wie Kameras usw.

Gemäß einer Ausführungsform werden als Kenngröße ferner eine oder mehrere der nachfolgenden Größen bestimmt: ein Temperaturunterschied innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen des wenigstens einen Wärmetauschers, ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen und Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers, eine Rate von Abkühlvorgängen und/oder Aufwärmvorgängen des wenigstens einen Wärmetauschers ("Cooldown" Rate/"Warmup" Rate), ein örtlicher Temperaturverlauf innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, ein zeitlicher Temperaturverlauf innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, ein mechanisches Spannungsniveau des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder ein thermisches Spannungsniveau des wenigstens einen Wärmetauschers. Insbesondere können derartige Kenngrößen aus Temperatursensorwerten, die an verschiedenen Stellen in den Wärmetauschern erfasst werden, bestimmt werden. Mit Hilfe derartiger Kenngrößen können insbesondere Temperaturprofile der Wärmetauscher beschrieben werden, welche Rückschlüsse auf den Betrieb und die Effektivität der Wärmetauscher ermöglichen und welche ferner auf die Wärmetauscher wirkende Belastungen während deren Betrieb charakterisieren, was wiederum Rückschlüsse über die verbleibende Lebensdauer bzw. Lebensdauerverbrauch ermöglichen.

Alternativ oder zusätzlich werden als Kenngröße gemäß einer Ausführungsform eine Abweichung des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers von einer vorgegebene (Sicherheits-) Richtlinie für den Betrieb des wenigstens einen Wärmetauschers und/oder eine Abweichung von einer (Sicherheits-) Vorgabe an den wenigstens einen Wärmetauscher bestimmt. Beispielsweise können derartige Abweichungen umfassen, dass Sensorwerte und/oder Kenngrößen vorgegebene, zulässige Bereiche verlassen bzw. vorgegebene, zulässige Grenz- oder Schwellwerte erreichen, überschreiten oder unterschreiten. Das Auftreten derartiger Abweichungen von (Sicherheits-) Richtlinien bzw. Vorgaben kann oftmals das Ausgeben von Alarmmeldungen auslösen. Beispielsweise können ferner derartige Alarmmeldungen als Kenngröße berücksichtigt werden, z.B. eine Häufigkeit oder spezielle Zeitpunkte, mit welcher bzw. zu welchen derartige Alarmmeldungen ausgegeben werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Insbesondere können somit Veränderungen bzw. Trends der einzelnen Sensorwerte bzw. Kenngrößen während des Betriebes der Wärmetauscher nachvollzogen werden. Beispielsweise kann das Aufbereiten eine Visualisierung von relevanten Zeitreihendaten umfassen, z.B. von prozessbezogenen Daten oder von Daten bezüglich Eigenschaften der Wärmetauscher. Ferner kann das Aufbereiten beispielsweise ein Bestimmen von Zusammenhängen bzw. Korrelationen von Daten oder Trends umfassen sowie ferner beispielsweise das Bestimmen einer Korrelationsmatrix, eines Indikators für Schwankungen und Ausreißer usw.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung eines örtlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers abhängig von Positionen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Insbesondere umfasst das Aufbereiten eine Visualisierung eines örtlichen Profils der jeweiligen Daten, ferner insbesondere von vorgegebenen, beabsichtigten bzw. spezifizierten Betriebsbedingungen. Somit kann insbesondere ein Vergleich zwischen dem tatsächlichen Betrieb und den vorgegebenen Betriebsbedingungen ermöglicht werden. Beispielsweise kann es explizit angezeigt werden, wenn der aktuelle Betrieb außerhalb der spezifizierten Betriebsbedingungen liegt. Beispielsweise kann das Aufbereiten bzw. die Visualisierung das Bereitstellen eine Schiebereglerfunktion umfassen. Beispielsweise kann das Aufbereiten das Bestimmen einer Temperaturbereichsdarstellung umfassen, z.B. eine Visualisierung eines örtlichen Temperaturprofils der einzelnen Wärmetauscher sowie der vorgegebenen Betriebsbedingungen.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung eines mehrdimensionalen Verlaufs einzelner Sensorwerte und/oder einzelner Kenngrößen abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden, und abhängig von Positionen innerhalb des wenigstens einen Wärmetauschers, an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Insbesondere werden die zeitlichen und örtlichen Verläufe einzelner Sensorwerte bzw. Kenngrößen jeweils als dreidimensionaler Plot abhängig von Zeit und Ort visualisiert. Beispielsweise kann das Temperaturprofil und der Temperaturgradient eines jeweiligen Wärmetauschers jeweils als dreidimensionaler Plot entlang der Wärmetauscherlänge und über die Zeit visualisiert werden. Beispielsweise können mittels derartiger Plots mechanische und/oder thermische Spannungsniveaus bzw. mechanische und/oder thermische Belastungen während des Betriebes der Wärmetauscher nachvollzogen werden. Ferner können beispielsweise Abweichungen von vorgegebenen oder empfohlenen Richtlinien bzw. Spezifikationen in diesen mehrdimensionalen Graphen visualisiert werden, z.B. Abweichungen von Richtlinien gemäß einem Betriebshandbuch oder gemäß vorgegebenen Standards. Mit Hilfe von derartigen mehrdimensionalen Graphen können beispielsweise eine Bewertung und Verbesserung des Wärmetauscherbetriebs hinsichtlich Lebensdauer und Leistung vorgenommen werden. Ferner kann beispielsweise eine Berichtsfunktionalität zur rückblickenden Bewertung für einen bestimmten Zeitraum ermöglicht werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung einer Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise können einzelne Kenngrößen dargestellt werden, welche die aktuelle Leistung und den aktuellen Betrieb der einzelnen Wärmetauscher sowie ferner insbesondere ausgegebene Alarmmeldungen kennzeichnen, so dass (betriebs-) relevante Informationen schnell erkannt werden können. Beispielsweise können zu diesen Zweck Kenngrößen entsprechend aufbereitet und dargestellt werden, welche eine Wärmeübertragbarkeit (z.B. abhängig von einem Wärmeübertragungskoeffizient, von einer Fläche an welchen ein Wärmeaustausch stattfindet und von einer Wärmeleitfähigkeit) beschreiben sowie ferner beispielsweise Verschmutzungen, Druckabfälle, Temperaturengpässe, Möglichkeiten zur Leistungsverbesserung usw.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung einer Gefahrenanalyse des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise kann eine derartige Gefahrenanalyse (engl. "Hazard Analysis", HAZAN) durchgeführt werden, um Risiken für thermische Bedingungen der Wärmetauscher zu minimieren. In der Anlage sind zweckmäßigerweise Maßnahmen zur Risikominderung vorgesehen, z.B. Alarme, Regelkreise usw. Durch die graphische Darstellung der Gefahrenanalyse kann beispielsweise ein HAZAN-Übersichts-Dashboard bereitgestellt werden, in welchem Alarmmeldungen und in der Anlage implementierte Maßnahmen zur Minimierung von Risiken für thermischen Belastungen zusammengefasst werden können und ferner beispielsweise eine Berichtsfunktionalität zur rückblickenden Bewertung für einen bestimmten Zeitraum ermöglicht wird.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung von Abkühlvorgängen ("Cooldown") und/oder Aufwärmvorgängen ("Warmup", "Startup") des wenigstens einen Wärmetauschers. Auf diese Weise kann in der graphischen Benutzerschnittstelle ein Übersichts-Dashboard für Abkühl- und Aufwärmvorgänge bereitgestellt werden. Beispielsweise kann durch eine derartige graphische Darstellung ein umfassender Überblick über die einzelnen Wärmetauscher bereitgestellt werden, so dass Abkühlungen und Abkühlungsraten leicht nachvollzogen werden können. Ferner kann es mit Hilfe dieser graphischen Darstellung beispielsweise ermöglicht werden, den Betrieb der Wärmetauscher zu verbessern, eine Berichtsfunktionalität zur Bewertung des Abkühlungsverfahrens in der Retroperspektive zu erstellen und Informationen bezüglich des Anfahrverfahren in ein Betriebshandbuch hinzuzufügen.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Aufbereiten der Sensorwerte und/oder der Kenngrößen ferner ein Bestimmen einer graphischen Darstellung einer thermischen Ausdehnung von Wärmetauscherblöcken des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise kann ein örtlicher bzw. räumlicher Verlauf eines Temperaturgradienten des jeweiligen Blocks entlang der drei Raumrichtungen dargestellt werden. Insbesondere kann somit eine Übersicht über Blockdehnungen und thermischen Zuständen in der graphischen Benutzerschnittstelle dargestellt werden. Beispielsweise kann dabei eine Live-Ansicht und Video-Funktionalität ermöglicht werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Überwachen bzw. Analysieren eines aktuellen Zustands und/oder eines zukünftigen Zustands und/oder eines vergangenen Zustands des wenigstens einen Wärmetauschers. Beispielsweise kann der in der graphischen Benutzerschnittstelle dargestellte Zustand, dessen dargestellte Historie sowie der dargestellte extrapolierte Zustand mit vorgegebenen Sicherheits- oder Betriebsrichtlinien vergleichen werden. Somit kann anhand der graphischen Benutzerschnittstelle beurteilt werden, ob der Betrieb der einzelnen Wärmetauscher innerhalb zulässiger Vorgaben erfolgt oder ob Verbesserungspotential gegeben ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verwalten des Betriebs des wenigstens einen Wärmetauschers ferner ein Bestimmen von Ansteuerwerten bzw. von Betriebsbedingungen oder Operationsparametern des wenigstens einen Wärmetauschers, um eine Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers zu erhöhen. Durch Überwachen und Analysieren der in der Benutzerschnittstelle dargestellten Zustände, Lebensdauer usw. können beispielsweise möglichst optimierte Ansteuerwerte erarbeitet werden, um die Wärmetauscher in möglichst optimierten Betriebszuständen zu betreiben, so dass eine möglichst maximierte Leistung und Effektivität erreicht werden kann.

Gemäß eine Ausführungsform werden Eingaben in der Benutzerschnittstelle empfangen und der wenigstens eine Wärmetauscher wird abhängig von den empfangenen Eingaben angesteuert. Gemäß einer Ausgestaltung weist die graphische Benutzerschnittstelle zu diesem Zweck wenigstens eine Steuerfläche bzw. wenigstens ein Steuerpanel auf, welche bzw. welches dazu eingerichtet ist, Eingaben zu empfangen. Die graphische Benutzerschnittstelle ist dazu eingerichtet, den wenigstens einen Wärmetauscher abhängig von diesen empfangenen Eingaben anzusteuern. Insbesondere kann es sich bei den Eingaben um manuelle Eingaben des Anlagenbedieners bzw. Anlagenbetreibers handeln. Die Benutzerschnittstelle stellt somit die Möglichkeit bereit, manuelle Eingaben vorzunehmen und direkt auf die Wärmetauscher Einfluss zu nehmen. Beispielsweise können über die Steuerfläche Ansteuerwerte bzw. Sollwerte eingegeben werden, welche von der Benutzerschnittstelle dann beispielsweise an eine Steuerung übergeben werden können, welche diese Ansteuer- bzw. Sollwerte umsetzt und die Wärmetauscher entsprechend ansteuert. Beispielsweise kann die Benutzerschnittstelle eine Funktionalität aufweisen, um Auswirkungen der vorgenommenen Eingaben bzw. der entsprechenden Änderungen von Ansteuerwerten auf Zustand, Effektivität und/oder Lebensdauer des jeweiligen Wärmetauschers zu visualisieren und nachzuvollziehen.

Gemäß einer Ausgestaltung weist jeder Wärmetauscherblock jeweils miteinander verbundene Strukturbleche und/oder Sidebars und/oder Trennbleche und/oder Deckbleche auf. Beispielsweise kann ein derartiger Wärmetauscherblock eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennblechen bzw. Trennplatten (engl. "seperator plates") und eine Vielzahl von Strukturblechen bzw. Strukturplatten mit Lamellen (sog. Fins) aufweisen, wobei zwischen zwei benachbarten Trennblechen je ein Strukturblech angeordnet ist, so dass eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen benachbarten Blechen gebildet wird, die von einem Medium durchfließbar sind. Zu den Seiten hin werden die Lamellen durch Sidebars (Randleisten) begrenzt, die mit den angrenzenden Platten verlötet sind. Durch die miteinander verbundenen Strukturbleche, Sidebars, Trennbleche und Deckbleche wird insgesamt ein Wärmetauscherblock gebildet.

Ein erfindungsgemäßes Rechensystem, z.B. ein Server einer verfahrenstechnischen Anlage oder ein entferntes, verteiltes Rechensystem im Zuge des sog. "Cloud- Computing", ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Hierzu weist das Rechensystem insbesondere eine graphische Benutzerschnittstelle gemäß Erfindung insbesondere zentral und einheitlich auf.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematisch und perspektivisch einen Wärmetauscher für eine verfahrenstechnische Anlage, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.

Figur 2 zeigt schematisch eine verfahrenstechnische Anlage, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.

Figur 3 zeigt schematisch eine graphische Benutzerschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 ist ein Wärmetauscher schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet, welcher in einer verfahrenstechnischen Anlage verwendet werden kann, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.

Der in Figur 1 gezeigte Wärmetauscher 100 ist ein (hart-) gelöteter Rippen-Platten- Wärmetauscher aus Aluminium ("Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger", PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547- 2:3005), wie er in einer Vielzahl von Anlagen bei unterschiedlichsten Drücken und Temperaturen eingesetzt werden kann. Entsprechende Wärmetauscher finden beispielsweise Anwendung bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft, bei der Verflüssigung von Erdgas oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen. Es versteht sich, dass "Aluminium" dabei auch eine Aluminiumlegierung bezeichnen kann.

Gelötete Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium sind in Figur 2 der erwähnten ISO 15547-2:3005 sowie auf Seite 5 der Veröffentlichung "The Standards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers' Association" der ALPEMA, 3. Auflage 2010, gezeigt und beschrieben. Die vorliegende Figur 1 entspricht im Wesentlichen den Abbildungen der besagten ISO Norm und soll im Folgenden erläutert werden.

Der in Figur 1 teilweise eröffnet dargestellte Plattenwärmetauscher 100 dient dem Wärmeaustausch von im dargestellten Beispiel fünf verschiedenen Prozessmedien A bis E. Zum Wärmeaustausch zwischen den Prozessmedien A bis E umfasst der Plattenwärmetauscher 100 dabei eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Trennblechen 4 (in den zuvor genannten Veröffentlichungen, auf die sich auch die nachfolgenden Angaben in Klammern beziehen, im Englischen als Parting Sheets bezeichnet), zwischen denen durch Strukturbleche mit Lamellen 3 (Fins) definierte Wärmeaustauschpassagen 1 für jeweils eines der Prozessmedien A bis E, die dadurch in Wärmeaustausch miteinander treten können, ausgebildet sind.

Die Strukturbleche mit den Lamellen 3 sind typischerweise gefaltet bzw. gewellt ausgebildet, wobei durch die Faltungen bzw. Wellen jeweils Strömungskanäle gebildet werden, wie auch in Figur 1 der ISO 15547-2:3005 gezeigt. Die Bereitstellung der Strukturbleche mit Lamellen 3 bietet im Vergleich zu Plattenwärmetauschern ohne Lamellen den Vorteil einer verbesserten Wärmeübertragung, einer gezielteren Fluidführung und einer Erhöhung der mechanischen (Zug-)Festigkeit. In den Wärmeaustauschpassagen 1 strömen die Prozessmedien A bis E insbesondere durch die Trennbleche 4 getrennt voneinander, können ggf. aber im Fall von perforierten Strukturblechen mit Lamellen 3 durch letztere hindurchtreten.

Die einzelnen Passagen 1 bzw. die Strukturbleche mit den Lamellen 3 sind seitlich jeweils durch sogenannte Sidebars 8 umgeben, die jedoch Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 freilassen. Die Sidebars 8 halten die Trennbleche 4 auf Abstand und sorgen für eine mechanische Verstärkung des Druckraumes. Zum Abschluss an zumindest zwei Seiten dienen insbesondere verstärkt ausgebildete Deckbleche 5 (Cap Sheets), die parallel zu den Trennblechen 4 angeordnet sind.

Mittels sogenannter Header 7, die mit Stutzen 6 (Nozzles) versehen sind, werden die Prozessmedien A bis E über Einspeise- und Entnahmeöffnungen 9 zu- und abgeführt. Im Eingangsbereich der Passagen 1 befinden sich weitere Strukturbleche mit sogenannten Verteilerlamellen 2 (Distributor Fins), die für eine gleichmäßige Verteilung auf die gesamte Breite der Passagen 1 sorgen. In Strömungsrichtung gesehen am Ende der Passage 1 können sich weitere Strukturbleche mit Verteilerlamellen 2 befinden, die die Prozessmedien A bis E aus den Passagen 1 in die Header 7 führen, wo sie gesammelt und über die entsprechenden Stutzen 6 abgezogen werden. Durch die Strukturbleche mit den Lamellen 3, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen 2, die Sidebars 8, die Trennbleche 4 und die Deckbleche 5 wird insgesamt ein hier quaderförmiger Wärmetauscherblock 20 gebildet, wobei unter einem "Wärmetauscherblock" hier die genannten Elemente ohne die Header 7 und Stutzen 6 in einem miteinander verbundenem Zustand verstanden werden sollen. Wie in Figur 1 nicht veranschaulicht, kann der Plattenwärmetauscher 100 insbesondere aus Fertigungsgründen aus mehreren entsprechenden quaderförmigen und miteinander verbundenen Wärmetauscherblöcken 20 ausgebildet sein.

Entsprechende Plattenwärmetauscher 100 werden aus Aluminium hartgelötet. Die einzelnen Passagen 1, umfassend die Strukturbleche mit den Lamellen 3, die weiteren Strukturbleche mit den Verteilerlamellen 2, die Deckbleche 5 und die Sidebars 8 werden dabei, jeweils mit Lot versehen, aufeinander gestapelt bzw. entsprechend angeordnet und in einem Ofen erwärmt. Auf den in dieser Weise hergestellten Wärmetauscherblock 20 werden die Header 7 und die Stutzen 6 aufgeschweißt. Die Header 7 werden unter Verwendung von halbzylindrischen Strangpressprofilen hergestellt, die auf die erforderliche Länge gebracht und dann auf den Wärmetauscherblock 20 aufgeschweißt werden.

Figur 2 zeigt schematisch eine verfahrenstechnische Anlage 200, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwaltet werden kann.

Die verfahrenstechnische Anlage 200 kann beispielsweise als eine Luftzerlegungsanlage oder eine Anlage zur Trennung von Stoffgemischen aufgrund physikalischer Eigenschaften ausgebildet sein. Die verfahrenstechnische Anlage 200 weist eine Vielzahl von Wärmetauschern 210 auf, die jeweils beispielsweise als ein in Figur 1 gezeigter Aluminium-Platten-Wärmetauscher PFHE 100 ausgebildet sind und jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherblöcken 20 aufweisen. Ferner kann die Anlage 200 beispielsweise auch noch weitere Wärmetauscher aufweisen, die jeweils beispielsweise auch als spiralgewickelte Wärmeübertrager ausgebildet sein können. Die verfahrenstechnische Anlage 200 weist ferner weitere Komponenten auf, z.B. eine Kolonne 230. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 2 nur eine derartige weitere Komponente 230 dargestellt, jedoch versteht sich, dass die Anlage 200 noch eine Vielzahl von weiteren verschiedenen Komponenten aufweisen kann. Ferner versteht sich, dass die Anlage 200 auch eine größere oder geringere Anzahl an Wärmetauschern 210 aufweisen kann.

In und an den einzelnen Plattenwärmetauschern 210 ist jeweils eine Vielzahl von Sensoren 220 angeordnet, beispielsweise jeweils Temperatursensoren, Drucksensoren und Durchflusssensoren, um entsprechende physikalische Eigenschaften des jeweiligen Wärmetauschermaterials und der jeweiligen Prozessmedien zu erfassen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Figur 2 jeweils drei Sensoren 220 für jeden Wärmetauscher 210 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass jeden Wärmetauscher 210 jeweils auch eine größere oder geringere Anzahl an Sensoren 220 aufweisen kann und ferner jeweils auch weitere Arten von Sensoren, z.B. Schallsensoren, Schwingungssensoren usw.

Die in und an den Wärmetauschern 210 angeordneten Sensoren 220 sind an ein lokales Netzwerk 201 der Anlage 200 angebunden, welches in Figur 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Eine zentrale Steuerung 240 zum Ansteuern und Regeln der Anlage 200 ist über das lokale Netzwerk 201 mit den einzelnen Anlagenkomponenten verbunden. Die von den Sensoren 220 erfassten Messwerte werden über das Netzwerk 201 an die Steuerung 240 übermittelt und dort abgespeichert. Ferner ist ein Computer 250 an das Netzwerk 201 angebunden, mittels welchem ein Betreiber bzw. Bediener, welcher sich in der Anlage 200 oder in unmittelbarer Nähe zu dieser befinden kann, die Anlage 200 verwalten kann.

Die Steuerung 240 und der Computer 250 sind über das Internet 205 an ein entferntes Rechensystem 260 im Zuge des sog. "Cloud-Computing" angebunden. An diese Cloud 260 ist über das Internet 205 ferner ein Computer 270 angebunden, über welchen z.B. ein Hersteller oder Eigentümer der Anlage 200, welcher sich in großer Distanz zu der Anlage 200 befinden kann, die Anlage 200 ebenfalls verwalten kann. Derartige Internetanbindungen sind in Figur 2 jeweils als Strichpunktlinien angedeutet.

Um mit Hilfe der Computer 250, 270 die Anlage verwalten zu können, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine graphische Benutzerschnittstelle bereitgestellt. Zu diesem Zweck ist das Rechensystem 260, insbesondere programmtechnisch dazu eingerichtet, eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Im Zuge dessen werden die von den Sensoren 220 erfassten und in der Steuerung 240 abgespeicherten Sensorwerte von der Steuerung 240 über das Internet 205 an das Rechensystem 260 übertragen. Diese Sensorwerte umfassen beispielsweise Temperaturwerte von Fluidströmen innerhalb der Wärmetauscherblöcke der einzeln Wärmetauscher 210 sowie Temperaturwerte der Wände der Wärmetauscherblöcke der einzeln Wärmetauscher 210.

Abhängig von diesen empfangenen Sensorwerten werden von dem Rechensystem 260 Kenngrößen bestimmt, die den Betrieb der Wärmetauscher 210 kennzeichnen bzw. charakterisieren. Als derartige Kenngrößen wird zumindest ein Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauscherblöcken der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt. Ferner können als derartige Kenngrößen beispielsweise ein Temperaturunterschied innerhalb der einzelnen Wärmetauscher 210, ein Temperaturunterschied zwischen Fluidströmen innerhalb der einzelnen Wärmetauscher 210, ein Temperaturunterschied zwischen den Fluidströmen und Wärmetauscherblöcken der einzelnen Wärmetauscher 210, eine Rate von Abkühlvorgängen und Aufwärmvorgängen der einzelnen Wärmetauscher 210, ein örtlicher Temperaturverlauf und ein zeitlicher Temperaturverlauf innerhalb der einzelnen Wärmetauscher 210 und ein mechanisches Spannungsniveau und ein thermisches Spannungsniveau der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt werden. Ferner kann als Kenngrößen beispielsweise bestimmt werden, ob eine Abweichung des Betriebs der einzelnen Wärmetauscher 210 von vorgegebenen Richtlinien vorliegt.

Die Sensorwerte und Kenngrößen werden von dem Rechensystem 260 für eine Darstellung eines Zustands der Wärmetauscher 210 graphisch aufbereitet. Als derartiger Zustand wird eine Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 abhängig von dem bestimmten Temperaturunterschied zwischen den jeweiligen Wärmetauscherblöcken der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt. Das Rechensystem 260 bestimmt ferner eine graphische Darstellung dieser Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210.

Ferner kann das Rechensystem 260 als Zustand eine Änderung bzw. ein Verbrauch der Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 abhängig von den jeweiligen Temperaturunterschieden bestimmen. Beispielsweise kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung dieser Änderung der verbleibenden Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 abhängig von den Temperaturunterschieden der jeweiligen Wärmetauscherblöcken bestimmt werden, ferner insbesondere abhängig von Betriebsbedingungen des jeweiligen Wärmetauschers 210. Somit kann beispielsweise ein Lebenszeitmonitor eingerichtet werden.

Ferner kann das Rechensystem 260 als derartigen Zustand beispielsweise eine aktuelle Leistung der einzelnen Wärmetauscher 210 sowie eine Historie bzw. ein zeitlicher Verlauf der Leistung und Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmen.

Beispielsweise kann im Zuge dieses Aufbereitens ferner eine graphische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und Kenngrößen bestimmt werden, abhängig von Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Beispielsweise können zu diesem Zweck zweidimensionale Diagramme erzeugt werden, in welchen jeweils der jeweilige Sensorwert bzw. die jeweilige Kenngröße gegen die Zeit aufgetragen ist. Beispielsweise können Diagramme der als Sensorwerte erfassten Temperaturwerte und der als Kenngrößen bestimmten Temperaturunterschiede jeweils aufgetragen gegen die Zeit bestimmt werden.

Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung eines örtlichen Verlaufs einzelner Sensorwerte und einzelner Kenngrößen bestimmt werden, abhängig von Positionen innerhalb des jeweiligen Wärmetauschers 210, an welcher die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Beispielsweise können zu diesem Zweck zweidimensionale Diagramme erzeugt werden, in welchen der jeweilige Sensorwert bzw. die jeweilige Kenngröße jeweils gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers aufgetragen ist. Beispielsweise können derartige zweidimensionale Graphen der erfassten Temperaturwerte und der bestimmten Temperaturunterschiede jeweils aufgetragen gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers bestimmt werden.

Ferner kann im Zuge des Aufbereitens ein mehrdimensionaler Verlauf einzelner Sensorwerte und Kenngrößen bestimmt werden, abhängig von den Zeitpunkten, zu welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden, und abhängig von der Position innerhalb des jeweiligen Wärmetauschers, an welchen die jeweiligen Sensorwerte bestimmt wurden. Beispielsweise können dreidimensionale Diagramme erzeugt werden, in welchen die erfassten Temperaturen bzw. die bestimmten Temperaturunterschiede jeweils gegen die Zeit und gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers aufgetragen ist.

Ferner kann im Zuge des Aufbereitens beispielsweise eine graphische Darstellung einer Leistung der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt werden. Beispielsweise können zu diesem Zweck aktuelle Sensorwerte und Kenngrößen dargestellt werden, welche die Leistung bzw. Effektivität der einzelnen Wärmetauscher 210 charakterisieren.

Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung einer Gefahrenanalyse der einzelnen Wärmetauscher bestimmt werden. Im Zuge dessen können beispielsweise ausgegebene Alarmmeldungen dargestellt werden sowie die Umstände, die zur Aussendung dieser Alarme geführt haben.

Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung von Abkühlvorgängen ("Cooldown") und Aufwärmvorgängen ("Warmup", "Startup") der einzelnen Wärmetauscher 210 bestimmt werden. Beispielsweise können im Zuge dessen Abkühlungsraten der einzelnen Wärmetauscher 210 dargestellt werden.

Ferner kann im Zuge des Aufbereitens eine graphische Darstellung einer thermischen Ausdehnung der einzelnen Wärmetauscherblöcke bestimmt werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck jeder Wärmetauscherblock jeweils in einem regulären Ruhezustand graphisch dargestellt werden und es kann dargestellt werden wie sich der jeweilige Wärmetauscherblock während seines Betriebs im Vergleich zu diesem Ruhezustand thermisch verformt. Beispielsweise kann ein örtlicher, räumlicher Verlauf eines Temperaturgradienten des jeweiligen Wärmetauscherblocks entlang der drei Raumrichtungen dargestellt werden.

Die derartig aufbereiteten Sensorwerte und Kenngrößen werden von dem Rechensystem 260 in einer graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Im Zuge dessen wird zumindest die graphische Darstellung der Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 in der graphischen Benutzerschnittstelle ausgegeben. Zu diesem Zweck wird von dem Rechensystem 260 eine graphische Benutzeroberfläche zentral und einheitlich erzeugt und es werden entsprechende Daten über das Internet 205 an die Computer 250, 270 übermittelt, so dass diese Benutzeroberfläche einheitlich auf Bildschirmen der Computer 250, 270 angezeigt werden kann.

In dieser graphischen Benutzerschnittstelle bzw. Benutzeroberfläche wird der Betrieb der einzelnen Wärmetauscher 210 verwaltet, wobei zumindest die Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 überwacht wird. Zu diesem Zweck werden in der Benutzerschnittstelle bzw. Benutzeroberfläche die entsprechend aufbereiteten Sensorwerte und Kenngrößen, also die obig erläuterten zwei- und mehrdimensionalen Diagramme usw., ausgegeben. Basierend auf diesen aufbereiteten und dargestellten Informationen können der Anlagenbetreiber und der Anlagenhersteller die einzelnen Wärmetauscher 210 jeweils überwachen und analysieren, z.B. hinsichtlich deren Zustand, Leistung, Effektivität, Lebensdauer usw.

Abhängig von diesen Analysen können beispielsweise verbesserte Betriebszustände bzw. Ansteuerwerte bestimmt werden, gemäß welchen die Wärmetauscher zukünftig zu betreiben sind, um deren Lebensdauer und Leistung zu erhöhen. Diese neuen Ansteuerwerte, z.B. neue Sollwerte, können von dem Anlagenbetreiber und Anlagenhersteller jeweils in der auf dem jeweiligen Computer 250, 270 angezeigten Benutzerschnittstelle eingegeben werden. Diese Eingaben werden von der Benutzerschnittstelle bzw. von dem die Benutzerschnittstelle ausführenden Rechensystem 260 an die Steuerung 240 übermittelt, so dass diese Steuerung 240 die einzelnen Wärmetauscher 210 entsprechend ansteuert.

Figur 3 zeigt schematisch eine graphische Benutzerschnittstelle bzw. Benutzeroberfläche 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie von dem Rechensystem 260 zentral ausgeführt und auf den Computern 250, 270 einheitlich dargestellt werden kann.

Beispielsweise kann auf einer Start- bzw. Übersichtsseite 310 in der Benutzerschnittstelle 300 der aktuelle Zustand der Anlage 200 dargestellt werden. Diese Übersichtsseite 310 kann eine Vielzahl von Anzeigeflächen bzw. Anzeigepanel 311 , 312, 313, 314 aufweisen, in welchen die verbleinende Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 sowie ferner z.B. ein aktueller Gesamtzustand der Anlage 200, eine aktuelle Betriebstemperatur der Anlage 200, ein zeitlicher Temperaturunterschied und ein örtlicher Temperaturunterschied dargestellt werden können. Ferner werden in der Benutzerschnittstelle 300 Schalter 320 dargestellt. Durch Betätigen bzw. Klicken einzelner dieser Schalter werden beispielsweise weitere Anzeigeflächen geöffnet, in welchen dann jeweils einzelne aufbereitete Sensorwerte bzw. Kenngrößen angezeigt werden.

Beispielsweise können durch Betätigen des Schalters 321 die zweidimensionalen Diagramme der erfassten Temperaturwerte und der bestimmten Temperaturunterschiede der einzelnen Wärmetauscherblöcke jeweils aufgetragen gegen die Zeit angezeigt werden.

Durch Betätigen des Schalters 322 können beispielsweise die zweidimensionalen Diagramme der erfassten Temperaturwerte und der bestimmten Temperaturunterschiede der einzelnen Wärmetauscherblöcke jeweils aufgetragen gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers angezeigt werden.

Durch Betätigen des Schalters 323 können beispielsweise die dreidimensionalen Diagramme der erfassten Temperaturen und der bestimmten Temperaturunterschiede der einzelnen Wärmetauscherblöcke jeweils aufgetragen gegen die Zeit und gegen die Länge des jeweiligen Wärmetauschers angezeigt werden.

Ferner kann durch Betätigen des Schalters 324 beispielsweise ein Eingabefeld bzw. Eingabepanel geöffnet werden, in welchem Eingaben vorgenommen werden können, die dann an die Steuerung 240 zum Ansteuern der Anlage 200 weitergegeben werden.

Die Erfindung stellt somit eine zentrale, einheitliche Benutzerschnittstelle 300 bereit, um den Betrieb der einzelnen Wärmetauscher 210 der verfahrenstechnischen Anlage 200 online zu überwachen und zu verwalten, um Information bezüglich des Betriebs und der Eigenschaften der einzelnen Wärmetauscher 210 darzustellen, um abhängig von diesen Informationen auf den Betrieb der Anlage 200 Einfluss zu nehmen und um die Effektivität und die Lebensdauer der einzelnen Wärmetauscher 210 zu erhöhen.