Теплообменник, содержащий волоконно-оптический датчик для определения толщины стенки теплопередающих трубок теплообменника, и способ эксплуатации такого теплообменника Российский патент 2025 года по МПК F28F19/00 G01B17/02 G01B21/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к теплообменникам, в частности к теплообменнику высокого давления для синтеза мочевины, включающему группу теплопередающих трубок для транспортировки первой текучей среды с целью передачи тепла между первой текучей средой и второй текучей средой через теплопередающие трубки.

Кроме того, изобретение относится к способу эксплуатации теплообменника.

Уровень техники

Из уровня техники известно использование теплообменника для обмена тепловой энергией между первым потоком текучей среды и вторым потоком текучей среды. Теплообменник нередко содержит группу теплопередающих трубок для транспортировки первого потока текучей среды, чтобы передать тепло второму потоку текучей среды, протекающему вокруг теплопередающих трубок, или поглотить тепло от указанного второго потока текучей среды через теплопередающие трубки. В процессе синтеза мочевины обычно используются теплообменники, в которых первый или второй потоки текучей среды характеризуются высоким давлением, обычно более 30 бар, и высокой температурой, обычно более 80°C. Таким образом, транспортировка первого потока текучей среды через теплопередающие трубки часто сопровождается, в частности, коррозионным и/или эрозионным разрушением материала стенок теплообменных трубок или образованием отложений внутри теплопередающих трубок, так что толщина стенок теплопередающих трубок изменяется, в частности, уменьшается, во время работы теплообменника. Ухудшение целостности стенок теплопередающих трубок может быть неблагоприятным фактором в части снижения безопасности работы оборудования. Поэтому, как правило, необходимо регулярно останавливать теплообменник и измерять толщину стенок теплопередающих трубок, исходя из хронологических интервалов процесса технического обслуживания оборудования.

Для этого в нерабочем состоянии теплообменника в соответствующую теплопередающую трубку обычно вставляют измерительный зонд, чтобы определить внутренний радиус или толщину стенки теплопередающей трубки. Известны также измерительные зонды, содержащие ультразвуковой датчик, оптический датчик или токовихревой датчик для определения толщины стенки трубки.

В частности, в случае теплообменников, работающих при давлении более 30 бар и высокой температуре первого и/или второго потока текучей среды более 80°C, такой вид прерывания работы оборудования для определения толщины стенок теплообменных труб обычно является трудоемким процессом и связан высокими затратами.

Раскрытие изобретения

Таким образом, настоящее изобретение направлено на данный аспект эксплуатации оборудования. Задача данного изобретения заключается в создании теплообменника указанного типа, который характеризуется возможностью проведения оптимизации в части удобства работы с данным устройством, в частности, в части создания оптимизированных условий эксплуатации теплообменника.

Ещё одной задачей настоящего изобретения является создание способа эксплуатации теплообменника, который обеспечивал бы возможность оптимального применения или эксплуатации указанного теплообменника.

В соответствии с настоящим изобретением, выполнение указанной задачи данного изобретения достигается при наличии теплообменника вышеуказанного типа, в котором волоконно-оптический датчик соответственно установлен на по меньшей мере одной из указанных теплопередающих трубок для определения толщины стенки указанных теплопередающих трубок, при этом указанный волоконно-оптический датчик выполнен с возможностью интерферометрического определения упругих колебаний, в частности собственных колебаний соответствующей теплопередающей трубки, во время работы теплообменника для определения толщины стенки соответствующей теплопередающей трубки.

В основу изобретения положена идея повышения простоты и удобства использования теплообменников, выполненных с возможностью функционирования при высоком рабочем давлении и/или высокой рабочей температуре первой и/или второй текучих сред, где толщина стенки по меньшей мере одной из теплопередающих трубок теплообменника, предпочтительно группы теплопередающих трубок теплообменника, определяется в процессе эксплуатации данного теплообменника. Таким образом, эксплуатация, в частности, управление процессом и/или техническое обслуживание теплообменника может осуществляться в зависимости от толщины стенки теплопередающих трубок, определённой с использованием волоконно-оптического датчика. В частности, нет необходимости прерывать работу теплообменника для определения толщины стенки теплопередающей трубки. Это может быть практически достигнуто, если, в частности, как описано, волоконно-оптический датчик соответственно установлен на одной или более теплопередающих трубках. Практически, толщина стенки соответствующей теплопередающей трубки может быть определена с помощью соответствующего волоконно-оптического датчика во время работы теплообменника, при этом с помощью волоконно-оптического датчика интерферометрически определяются упругие колебания, в частности частота упругих колебаний, соответствующей теплопередающей трубки. Упругие колебания обычно являются упругими собственными колебаниями теплопередающей трубки, или частота колебаний является собственной частотой колебаний теплопередающей трубки. Для определения толщины стенки трубки с помощью волоконно-оптического датчика можно определить несколько упругих собственных колебаний или собственных частот колебаний соответствующей теплопередающей трубки.

Работа теплообменника означает состояние, в котором первая текучая проходит по теплопередающим трубам, чтобы обмениваться теплом со второй текучей средой через теплопередающие трубки. Высокое рабочее давление и высокая рабочая температура означают, что рабочее давление первой текучей среды и/или второй текучей среды составляет более 30 бар, а их рабочая температура составляет более 80°C, соответственно. В частности, рабочее давление составляет от 30 бар до 200 бар, предпочтительно около 180 бар, и/или рабочая температура составляет от 80°C до 300°C, предпочтительно около 230°C. Обычно первая и/или вторая текучая среды имеют во время работы теплообменника рабочее давление такого типа и рабочую температуру такого типа, или же теплообменник выполнен с возможностью данного типа эксплуатации. Соответственно, предпочтительно, если соответствующий волоконно-оптический датчик рассчитан на рабочее давление и рабочую температуру, соответствующие рабочему давлению и рабочей температуре в теплообменнике, соответственно. При этом, указанный теплообменник предпочтительно представляет собой теплообменник высокого давления.

Предпочтительно, если указанный теплообменник или волоконно-оптический датчик выполнены с возможностью определения по месту эксплуатации трубки и в процессе работы оборудования толщины стенки соответствующей теплопередающей трубки, или же толщина стенки соответствующей теплопередающей трубки определяется по месту эксплуатации и в процессе работы с помощью указанного волоконно-оптического датчика.

Особенно предпочтительно, если теплообменник представляет собой стриппер для проведения стриппинг-процесса. При этом предпочтительно если указанный стриппер используется для синтеза мочевины. Стриппер может быть использован для синтеза мочевины путем проведения стриппинг-процесса, обычно внутри теплопередающих трубок.

Предпочтительно, если волоконно-оптический датчик содержит оптическое измерительного волокна, которое содержит оптический измерительный участок, и оптическое волокно сравнения, которое содержит оптический участок сравнения, при этом указанное измерительное волокно выполнено соединённым с возможностью передачи колебаний с указанной теплопередающей трубкой, предпочтительно намотанной вокруг теплопередающей трубки для определения интерференционного сигнала, создаваемого с электромагнитной волной, направленной вдоль измерительного участка, и электромагнитной волной, направленной вдоль участка сравнения, с использованием фотоэлектрического детектора указанного волоконно-оптического датчика. Таким образом, можно практически точно определить упругие колебания теплопередающей трубки. Реализация измерительного участка и участка сравнения с использованием для этого оптических волокон обеспечивает высокую надежность измерений, что обычно необходимо в условиях эксплуатации теплообменника, в частности теплообменника высокого давления. В настоящем документе, в частности, далее, оптическое измерительное волокно и оптическое волокно сравнения, а также оптический измерительный участок и оптический участок сравнения также просто называются измерительным волокном и волокном сравнения, а также измерительным участком и эталонным участком, для лучшей читабельности изложенного материала, в частности, без изменения смысла указанных терминов.

Как правило, изменение массы, в частности изменение толщины стенки трубки, соответствующей теплопередающей трубки приводит к изменению упругих колебаний, в частности собственных колебаний, теплопередающей трубки. Определив или измерив упругие колебания, в частности их частоты или собственные частоты, можно определить толщину стенки теплопередающей трубки. Обычно предусматривается, что упругие колебания теплопередающей трубки вызывают изменение длины измерительного участка, в частности измерительного волокна. Для этого измерительное волокно может быть соответствующим образом соединено с теплопередающей трубкой с передачей колебаний, как правило, с помощью материального соединения. Обычно измерительное волокно соединено с соответствующей теплопередающей трубкой таким образом, что расширение или сжатие теплопередающей трубки, связанное с упругими колебаниями теплопередающей трубки, приводит к упругому расширению и расслаблению, в частности, к изменению длины, измерительного волокна, соответствующего колебаниям теплопередающей трубки. Указанное волокно сравнения обычно расположено, в частности, соединенным с соответствующей теплопередающей трубкой таким образом, что длина волокна сравнения по существу не зависит от изменения массы или изменения упругих колебаний теплообменной трубки. Предпочтительно, если волокно сравнения и измерительное волокно расположены таким образом, что эти волокна подвергаются по существу одинаковым температурным воздействиям и/или воздействиям давления. Измерительное волокно и волокно сравнения, в частности, их соответствующий сегмент взаимодействия, обычно расположены на одной и той же теплопередающей трубке или соединены с ней. Как правило, электромагнитная волна, проходящая по измерительному волокну или вдоль измерительного участка, называется измерительной волной, а электромагнитная волна, проходящая по волокну сравнения или вдоль участка сравнения, называется волной сравнения. Измерительная волна и волна сравнения могут иметь разность путей, в частности разность фаз, вызванную упругими колебаниями теплопередающей трубки. Таким образом, разность хода или разность фаз обычно зависит от частоты, в частности собственной частоты, упругих колебаний теплопередающей трубки. Обычно предусматривается, что измерительное волокно и волокно сравнения соединены друг с другом, чтобы привести измерительную волну и волну сравнения в интерференцию друг с другом для создания интерференционного сигнала. Интерференционный сигнал, также называемый электромагнитной интерференционной волной, обычно зависит от разности хода, в частности от разности фаз, электромагнитных волн, в частности измерительной волны и волны сравнения, так что интерференционный сигнал соответствует упругим колебаниям, в частности частоте или собственной частоте упругих колебаний теплопередающей трубы. Таким образом, разность фаз обычно зависит от массы теплопередающей трубки, при этом масса обычно коррелирует с собственной частотой или резонансной частотой упругих колебаний теплопередающей трубки. Следует понимать, что волоконно-оптический датчик может быть выполнен соответствующим образом. Измерительная волна и волна сравнения обычно когерентны друг с другом, чтобы создать интерференционный сигнал путем интерференции после прохождения через измерительный участок и участок сравнения. Оказалось эффективным, если измерительная волна и волна сравнения исходят из общего источника электромагнитного излучения, чтобы сформировать измерительную волну и волну сравнения таким образом, чтобы они были когерентны друг с другом.

Обычно с помощью волоконно-оптического датчика определяют одну или несколько частот, в частности собственных частот, также называемых резонансными частотами, упругих колебаний теплопередающей трубки. Упругие колебания, в частности частоты или собственные частоты, теплопередающей трубки обычно коррелируют с толщиной стенки теплопередающей трубки, так что путем определения или измерения упругих колебаний, в частности частот или собственных частот, может быть определена толщина стенки теплопередающей трубки. Обычно частота, в частности собственная частота, увеличивается по мере уменьшения толщины стенки теплопередающей трубки. В частности, было показано, что часто существует по существу линейная зависимость между частотой, в частности собственной частотой, упругих колебаний теплопередающей трубки и толщиной стенки теплопередающей трубки. Таким образом, можно практически реализовать надежную оценку. Интенсивность интерференционного сигнала может быть обнаружена в зависимости от времени. Обнаруженная интенсивность интерференционного сигнала может быть преобразована в математическое частотное пространство для оценки, как правило, с помощью преобразования Фурье, чтобы определить собственную частоту, в частности, несколько собственных частот. На основании собственной частоты или частот можно определить толщину стенки трубки. Для обнаружения сигнала помех волоконно-оптический датчик может включать один или несколько детекторов. Оценка сигнала помех, в частности, определение собственной частоты или толщины стенки трубки, может осуществляться с помощью электронного блока сбора данных. Электронный блок сбора данных может быть частью теплообменника, в частности, частью волоконно-оптического датчика. Электронный блок сбора данных может быть предназначен для компьютерной оценки и, в частности, может быть сформирован таким образом, что он включает в себя микроконтроллер. Точность определения толщины стенки теплообменной трубки обычно составляет менее 100 мкм.

Измерительное волокно и волокно сравнения обычно предназначены для проведения электромагнитной волны, в частности, измерительной волны и волны сравнения, соответственно. Измерительное волокно и волокно сравнения обычно представляют собой диэлектрический волновод, обычно сформированный таким образом, что они состоят или изготовлены из кварцевого стекла или пластика, предпочтительно волоконно-оптического кабеля. Благоприятно, если в нерабочем состоянии теплообменника измерительное волокно или измерительный участок и волокно сравнения или участок сравнения имеют, по существу, одинаковую длину.

Измерительное волокно обычно соединено с теплопередающей трубкой передающим колебания образом, так что длина измерительного волокна или измерительного участка изменяется в соответствии с упругими колебаниями, в частности, частотой упругих колебаний теплопередающей трубки во время работы теплообменника. Предпочтительно, если для этой цели измерительное волокно включает в себя сегмент взаимодействия, который соединен с теплопередающей трубкой способом передачи колебаний. Взаимодействующий сегмент может быть намотан по меньшей мере один раз, предпочтительно несколько раз, вокруг окружности теплопередающей трубки. Взаимодействующий сегмент измерительного волокна может образовывать один или несколько витков, в частности, от 2 до 10 витков, предпочтительно от 4 до 7 витков, обычно около 5 витков, вокруг окружности теплопередающей трубки. Таким образом, упругие колебания теплопередающей трубки могут эффективно воздействовать на измерительное волокно во время работы теплообменника. Альтернативно или в совокупности, сегмент взаимодействия может иметь меандрирующую форму. В простом варианте осуществления настоящего изобретения, сегмент взаимодействия может иметь форму прямой линии. Измерительное волокно, в частности, его сегмент взаимодействия, может быть соединено с передающей колебания трубкой теплообменника материальной связью, в частности, с помощью связующего вещества. Для этой цели связующее вещество может быть использовано для создания жесткого соединения между измерительным волокном, в частности, его взаимодействующим сегментом, и теплопередающей трубкой.

Предпочтительно, если указанное волокно сравнения выполнено соединённым с возможностью отделения колебаний с указанной теплопередающей трубкой, предпочтительно с навивкой вокруг указанной теплопередающей трубки. Обычно это реализуется в том, что во время работы теплообменника длина волокна сравнения или участка сравнения по существу не изменяется при упругих колебаниях, в частности при частоте упругих колебаний, теплопередающей трубки. Для этого волокно сравнения может включать в себя сегмент взаимодействия, который соединен с теплопередающей трубкой без колебаний. Таким образом, для измерительного волокна или измерительного участка и волокна сравнения или участка сравнения могут быть реализованы одинаковые граничные условия, чтобы достичь высокой точности определения толщины стенки трубки с помощью датчика. Взаимодействующий сегмент может быть намотан по меньшей мере один раз, предпочтительно несколько раз, вокруг окружности теплопередающей трубки. Сегмент взаимодействия волокно сравнения может образовывать один или несколько витков, в частности, от 2 до 10 витков, предпочтительно от 4 до 7 витков, обычно около 5 витков, вокруг окружности теплопередающей трубки. Альтернативно или в совокупности, сегмент взаимодействия может иметь меандрирующую форму. В простом варианте осуществления сегмент взаимодействия может иметь форму прямой линии. Волокно сравнения, в частности, его сегмент взаимодействия, может быть соединено с теплопередающей трубкой с ослаблением колебаний с помощью материальной связи, в частности, с помощью связующего вещества. Для этого связующее вещество может создавать упругое соединение между волокном сравнения и теплопередающей трубкой, в частности, ее сегментом взаимодействия. Оказалось эффективным, если связующее вещество сформировано таким образом, что оно включает в себя полидиметилсилоксан (ПДМС). Предпочтительно, чтобы сегмент взаимодействия измерительного волокна и сегмент взаимодействия волокно сравнения имели одинаковую форму. Предпочтительно, если сегмент взаимодействия измерительного волокна и сегмент взаимодействия волокна сравнения образуют одинаковое количество витков вокруг теплопередающей трубки. Как правило, сегмент взаимодействия измерительного волокна и сегмент взаимодействия волокна сравнения расположены рядом друг с другом на одной и той же теплопередающей трубке, конкретно соединены с одной и той же теплопередающей трубкой, в частности, вдоль продольной протяженности теплопередающей трубки. Оказалось эффективным, если расстояние между сегментами взаимодействия при этом составляет менее 30 мм, предпочтительно менее 10 мм. Как правило, расстояние между сегментами составляет от 1 мм до 30 мм, предпочтительно около 5 мм.

Теплопередающие трубки обычно предназначены для перемещения первой текущей среды с целью передачи тепла между первой текущей средой и второй текущей средой через стенки теплопередающих трубок. Предпочтительно, чтобы во время работы теплообменника вторая текучая среда находилась, в частности, в непосредственном контакте с теплообменными трубками или стенками этих трубок. Первая текучая среда обычно представляет собой первый поток текучей среды, проходящий через теплообменные трубки во время работы теплообменника. Во время работы теплообменника вторая текучая среда может представлять собой поток второй текучей среды, которая обычно течет вокруг теплообменных трубок.

Теплообменник обычно содержит камеру текучей среды для размещения второй текучей среды, где теплопередающие трубки проходят внутри камеры текучей среды. Указанная камера текучей среды обычно образует полость камеры текучей среды меджу стенками указанной камеры текучей среды и теплопередающими трубками для размещение второй текучей среды в полости камеры текучей среды в целях осуществления передачи тепла между первой текучей средой и второй текучей средой. Теплопередающие трубки обычно проходят через полость камеры текучей среды. Обычно предусматривается, что во время работы теплообменника вторая текучая среда проходит через полость камеры текучей среды, в частности, так, что вторая текучая среда течет вокруг теплообменных трубок. Целесообразно, чтобы полость камеры текучей среды была выполнена в виде одного или нескольких каналов, чтобы проводить вторую текучую среду по каналам во время работы теплообменника. Указанная камера текучей среды обычно включает в себя по меньшей мере одно входное отверстие камеры текучей среды и по меньшей мере одно выходное отверстие камеры текучей среды, чтобы провести вторую текущую среду в камеру текучей среды, в частности, в полость камеры текучей среды, через входное отверстие камеры текучей среды и для удаления второй текучей среды, обычно после теплообмена между первой текучей средой и второй текучей средой, снова из камеры текучей среды, в частности, из полости камеры текучей среды, через выходное отверстие камеры текучей среды. Указанная камера текучей среды обычно выполнена содержащей металлический материал, в частности выполнена из металла, предпочтительно из сплава железа, в частности из стали.

Обычно теплопередающие трубки расположены разнесёнными друг от друга на определенных участках, так что во время работы теплообменника вторая текучая среда может протекать между теплопередающими трубками для передачи тепла с теплопередающими трубками. В частности, это относится к внутренней части камеры текучей среды или полости камеры текучей среды.

Как правило, первая текучая среда и вторая текучая среда могут быть жидкими и/или газообразными. Например, первая текучая среда и вторая текучая среда могут быть образованы таким образом, что они включают в себя, в частности, состоят из воды в жидкой и газообразной фазах. Может быть также предусмотрено, что первая текучая среда и вторая текучая среда выполнены таким образом, что они состоят, в частности, из жидкой среды и газообразной среды, при этом жидкая среда и газообразная среда соответствующей текучей среды протекают через теплообменник в противоположных направлениях, обычно так, что они контактируют друг с другом. Например, первая текучая среда может быть образована таким образом, что она включает жидкую среду и газообразную среду, при этом в соответствующей теплопередающей трубке среды протекают через теплопередающую трубку в противоположных направлениях таким образом, что они контактируют друг с другом.

Теплопередающие трубки обычно проходят между первой трубной пластиной и второй трубной пластиной, где трубные пластины ограничивают полость камеры текучей среды для размещения второй текучей среды, где теплопередающие трубки заканчиваются в проходных отверстиях соответствующей трубной пластины или направляются через проходные отверстия. Как правило, текущая среда, подаваемая через проходные отверстия одной из пластин, направляется через теплопередающие трубки в проходные отверстия другой трубчатой пластины. Теплопередающие трубки обычно соединены с трубчатыми пластинами герметичным образом. Как правило, соответствующая трубчатая пластина имеет форму пластины с множеством проточных каналов, ориентированных поперечно, в частности, ортогонально, продольному удлинению трубчатой пластины, которые образуют соответствующие проходные отверстия. Трубчатые пластины могут быть выполнены как части камеры текучей среды стенки камеры текучей среды. Теплообменник обычно включает в себя по меньшей мере одну первую и по меньшей мере одну вторую трубчатые пластины такого типа. Трубчатые пластины обычно образованы таким образом, что они состоят, в частности, из металла, предпочтительно из сплава железа, особенно предпочтительно из стали.

В камере текучей среды может присутствовать одна или более поверхностей для направления потока второй текучей среды, чтобы задавать траекторию указанного потока с помощью направляющих. Соответствующая направляющая поверхность для текучей среды, как правило, предназначена для подавления, на отдельных участках, потока второй текучей среды между теплопередающими трубками. Поверхности, направляющие текучую среду, могут задавать траекторию потока с множеством отклоняющих кривых, по которому текучая среда направляется от входного отверстия камеры текучей среды к выходному отверстию камеры текучей среды. Например, траектория потока может иметь меандрирующую форму. Как правило, группа теплопередающих трубок проходит через соответствующую направляющую поверхность. Обычно изобретением предусмотрено несколько направляющих поверхностей, пересекающих теплопередающие трубки и расположенных на расстоянии друг от друга. Соответствующая направляющая поверхность для текучей среды обычно ориентирована поперечно, в частности, ортогонально, продольному продолжению теплообменных трубок. Обычно изобретением предусмотрено несколько направляющих поверхностей текучей среды, которые расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении теплопередающих трубок. Обычно предусмотрены группы поверхностей, направляющих текучую среду, которые расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении теплопередающих трубок. Как правило, промежуточное пространство между группами теплопередающих трубок по существу закрыто соответствующей направляющей текучую среду поверхностью, чтобы препятствовать потоку второй текучей среды через промежуточное пространство. Соответствующая направляющая текучую среду поверхность может быть выполнена таким образом, чтобы закрыть большинство промежуточных пространств между теплопередающими трубками для потока второй текучей среды в поперечном сечении через камеру текучей среды. Направляющая текучую среду поверхность может быть образована с помощью направляющих стенок, расположенных в камере текучей среды. Направляющая текучую среду поверхность обычно имеет форму пластины. Камера текучей среды обычно включает в себя одну или несколько направляющих поверхностей такого типа.

Как правило, группа теплопередающих трубок соединены друг с другом стабилизирующими элементами для стабилизации теплопередающих трубок во время работы теплообменника. Соответствующий стабилизирующий элемент может быть выполнен в форме пластины, при этом продольное продолжение стабилизирующего элемента обычно ориентировано поперечно, в частности, ортогонально, продольному продолжению теплопередающих трубок, соединенных стабилизирующим элементом. Как правило, теплопередающие трубки проходят через стабилизирующий элемент. Стабилизирующие элементы обычно называются перегородками. Обычно вдоль продольного продолжения теплопередающих трубок предусмотрено наличие несколько стабилизирующих элементов, расположенных на расстоянии друг от друга и соединяющих теплопередающие трубки друг с другом. В частности, направляющая текучую среду поверхность может быть образована указанными стабилизирующими элементами. Стабилизирующие элементы могут служить как для стабилизации теплопередающих трубок, так и для задания траектории для потока второй текучей среды.

Обычно, указанное измерительное волокно выполнено соединённым с возможностью передачи колебаний с соответствующей теплопередающей трубкой внутри камеры текучей среды. Предпочтительно, если детектор волоконно-оптического датчика установлен вне камеры текучей среды, в частности, полости камеры текучей среды, для обнаружения интерференционного сигнала электромагнитных волн, направляемых вдоль измерительного участка, и электромагнитных волн, направляемых вдоль участка сравнения. Как правило, электронный блок сбора данных также расположен вне камеры текучей среды, в частности, вне полости камеры текучей среды. В результате указанный детектор и электронный блок сбора данных защищены от нагрузок, в частности, нагрузок давления и/или температурных нагрузок, в частности, первой и второй текучей среды. Обычно измерительное волокно и волокно сравнения проходят, по меньшей мере участками, через камеру текучей среды, в частности через полость камеры текучей среды, или через вторую текучую среду во время работы теплообменника. Как правило, сегмент взаимодействия измерительного волокна и сегмент взаимодействия волокна сравнения соединены с соответствующей теплопередающей трубкой внутри камеры текучей среды. Указанная камера текучей среды может содержать в меньшей мере один проходной волоконный канал, с помощью которого измерительное волокно и волокно сравнения направляются через камеру текучей среды и стенки камеры текучей среды, в частности, выводятся из камеры текучей среды, без проникновения текучей среды.

Волоконно-оптический датчик может включать источник электромагнитного излучения, предпочтительно лазер, для генерирования и излучения электромагнитных волн, в частности измерительной волны и волны сравнения, где источник электромагнитного излучения соединен с измерительным волокном и волокном сравнения, чтобы ввести электромагнитную волну в измерительное волокно и волокно сравнения. Электромагнитные волны, введенные в измерительное волокно и волокно сравнения, обычно когерентны друг с другом, так что электромагнитные волны могут создавать интерференцию или интерференционный сигнал после прохождения через измерительный участок и участок сравнения. Предпочтительно, если источник электромагнитного излучения или электромагнитная волна, в частности измерительная волна и волна сравнения, имеют длину когерентности более 0,5 мм, в частности более 1 мм, предпочтительно более 2 мм, особенно предпочтительно более 5 мм. Как правило, длина когерентности составляет от 1 мм до 10 мм. Предпочтительно, если источник электромагнитного излучения, в частности лазер, выполнен с возможностью излучения электромагнитной волны, в частности световой волны, с длиной волны от 500 нм до 2000 нм, в частности от 1000 нм до 1500 нм, предпочтительно около 1300 нм. Для надежного измерения или определения толщины стенки трубки предпочтительно, если лазер выполнен с возможностью излучения электромагнитных волн посредством имеющегося в его составе поверхностно-излучающего полупроводникового лазерного диода с вертикальным резонатором (VCSEL). Указанный интерференционный сигнал обычно имеет по существу периодическую структуру. Предпочтительно, если ниже по потоку от источника электромагнитного излучения в направлении подачи расположен оптический изолятор, также называемый оптическим диодом, для минимизации, в частности, предотвращения, обратного отражения электромагнитного излучения на источник электромагнитного излучения. Направление подачи обычно обозначает направление, в котором электромагнитная волна подается на измерительное волокно и волокно сравнения с помощью источника электромагнитного излучения.

Было показано, что также возможно, хотя и менее предпочтительно с точки зрения надежности, определить толщину стенки трубки, если длина когерентности составляет от 10 мкм до 500 мкм, в частности, от 20 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 25 мкм до 50 мкм, например, приблизительно 30 мкм. Обычно интерференционный сигнал в этом случае имеет непериодическую структуру с максимумом, в частности, с несколькими максимумами. Интерференционный сигнал или непериодическая структура часто включает в себя одну или несколько подструктур, похожих на гауссову функцию. Максимум, в частности расстояние между множеством максимумов, интерференционного сигнала, в частности подструктур, подобных гауссовой функции, обычно соответствует разнице пути между измерительной волной и волной сравнения. Поэтому предпочтительно, если в нерабочем состоянии теплообменника разница между длиной измерительного волокна или измерительного участка и длиной волокна сравнения или участка сравнения меньше, чем длина когерентности.

Предпочтительно, если указанные измерительное волокно и волокно сравнения соответственно включают в себя отражающий элемент или соединяются с таким отражающим элементом, для отражения электромагнитной волны, проведенной вдоль измерительного участка и участка сравнения, в частности, обратно вдоль измерительного участка и участка сравнения, соответственно, с помощью отражающего элемента. Как правило, с помощью отражающего элемента измерительная волна отражается обратно после прохождения через измерительный участок, а волна сравнения отражается обратно после прохождения через участок сравнения, вдоль измерительного участка и участка сравнения, соответственно. Отражающий элемент предпочтительно включает в себя отражающую поверхность для отражения соответствующей электромагнитной волны. Целесообразно, чтобы отражающий элемент или отражающая поверхность имели коэффициент отражения более 90%, в частности, более 95%, предпочтительно более 98%. Отражающий элемент может быть зеркалом. Оказалось эффективным, если отражающий элемент такого типа расположен соответственно на конце волокна измерительного волокна и волокно сравнения. Как правило, конец волокна представляет собой один из концов волокна измерительного волокна и волокно сравнения, которое расположено ниже по течению вдоль соответствующего волокна в направлении подачи электромагнитной волны с источником электромагнитного излучения. Отражающий элемент обычно расположен ниже по потоку от измерительного участка и участка сравнения вдоль соответствующего волокна в направлении подачи. Отражающий элемент может быть сформирован таким образом, что он включает в себя, в частности, металлический слой, расположенный на конце волокна измерительного волокна и волокно сравнения. Металлический слой может быть сформирован таким образом, что он состоит, в частности, из золота, сплава и/или алюминия. Предпочтительно, металлический слой наносится на конец волокна с помощью напыления. Отражающий элемент может представлять собой зеркало Брэгга, в частности, диэлектрическое зеркало. Отражающий элемент может быть сформирован таким образом, что он включает в себя одну или несколько тонких пленок, которые могут быть нанесены друг на друга. Тонкие пленки могут быть нанесены методом тонкопленочного осаждения. Тонкие пленки могут быть выполнены таким образом, что они состоят, в частности, по существу, из фторида магния, диоксида кремния, оксида тантала (V), сульфида цинка и/или диоксида титана.

Предпочтительно, волоконно-оптический датчик может иметь конструкцию интерферометра по типу интерферометра Майкельсона, в котором электромагнитные волны проходят вдоль измерительного участка по измерительному волокну и вдоль участка сравнения по волокну сравнения, отражаются на соответствующем конце измерительного участка и участка сравнения, в частности, на соответствующем конце волокна, для наложения отраженных электромагнитных волн и создания интерференционного сигнала.

Предпочтительно, если измерительное волокно и волокно сравнения соединены друг с другом в месте соединения для создания интерференционного сигнала с помощью электромагнитной волны, передаваемой вдоль измерительного участка, и электромагнитной волны, передаваемой вдоль участка сравнения. Участок сопряжения обычно реализуется путем механического соединения измерительного волокна и волокно сравнения.

Оказалось эффективным если указанный волоконно-оптический датчик содержит оптический соединитель, снабженный группой входных линий и группой выходных линий, при этом указанные входные и выходные линии выполнены соединёнными друг с другом для распределённой передачи электромагнитных волн. Место соединения может быть образовано указанным оптическим соединителем. Как правило, входные и выходные линии соединены таким образом, что электромагнитная волна, подаваемая на оптический соединитель через входную линию, передается на множество выходных линий, а электромагнитная волна, подаваемая на оптический соединитель через одну из выходных линий, передается на множество входных линий. Практично, если источник электромагнитного излучения подключен к одной из входных линий, а измерительное волокно и волокно сравнения соответственно подключены к одной из выходных линий, так что электромагнитная волна, введенная во входную линию с помощью источника излучения, проходит в измерительное волокно и волокно сравнения через выходные линии. Как правило, измерительное волокно и волокно сравнения соответственно соединены с выходной линией, так что электромагнитные волны, введенные в выходные линии через измерительное волокно и волокно сравнения, в частности электромагнитные волны, отраженные обратно от измерительного волокна и волокна сравнения, передаются в одну или более входных линий, так что электромагнитные волны выводятся в качестве интерференционного сигнала на соответствующую входную линию. На одной или нескольких входных линиях может быть установлен детектор для обнаружения интерференционного сигнала. Предпочтительно, если детектор, предпочтительно сформированный таким образом, что он включает в себя фотодиод, соответственно подключен к одной или более входных линий, чтобы обнаружить на входных линиях, используя соответствующий детектор, электромагнитную волну, соответственно отраженную обратно вдоль измерительного волокна и волокно сравнения в выходную линию, в качестве интерференционного сигнала. Например, оптический соединитель может включать в себя по меньшей мере три входные линии и по меньшей мере две выходные линии, где источник электромагнитного излучения подключается к одной из входных линий, а детектор соответственно подключается к двум другим входным линиям, и где измерительное волокно подключается к одной из выходных линий, а волокно сравнения подключается к другой выходной линии.

Детектор может быть использован для обнаружения сигнала помех, в частности интенсивности сигнала помех, в зависимости от времени. Детектор обычно представляет собой оптоэлектронный детектор, который обычно выполнен таким образом, что включает в себя или является фотодиодом. Детектор обычно соединен с электронным блоком сбора данных для передачи данных.

Вторая текучая среда обычно имеет давление более 30 бар, в частности от 30 бар до 200 бар, предпочтительно около 180 бар, и/или температуру более 80°C, в частности от 80°C до 300°C, предпочтительно около 230°C, во время работы теплообменника. Первая текучая среда может иметь более высокое давление и/или более высокую температуру, чем вторая текучая среда. Как правило, предусмотрено конструкцией или теплообменник выполнен таким образом, что измерительное волокно проходит, по меньшей мере на определенных участках, через вторую текучую среду во время работы теплообменника. Предпочтительно, если волоконно-оптический датчик выполнен таким образом, что измерительное волокно и волокно сравнения могут использоваться при рабочем давлении более 30 бар и/или рабочей температуре более 80°C. В частности, соответственно предпочтительно, если рабочее давление составляет от 30 бар до 200 бар, предпочтительно примерно 180 бар, и/или рабочая температура составляет от 80°C до 300°C, предпочтительно примерно 230°C.

Предпочтительно, если измерительное волокно и волокно сравнения проходят, по меньшей мере, на отдельных участках внутри защитной оболочки для защиты от давления окружающей среды и/или температуры окружающей среды. Как правило, защитная оболочка сформирована таким образом, что она состоит, в частности, из металла, в частности, из меди и/или железа, предпочтительно стали, особенно предпочтительно аустенитной стали. Альтернативно, защитная оболочка может быть сформирована таким образом, что она состоит, в частности, по существу, из пластика, в частности, из полиимида. Предпочтительно, если сегмент измерительного волокна и сегмент волокно сравнения, который проходит внутри камеры текучей среды, в частности, через вторую текущую среду во время работы теплообменника, проходит внутри защитной оболочки этого типа. Сегмент может быть сформирован таким образом, что он включает в себя преобладающую часть, в частности, по существу всю продольную протяженность измерительного волокна и волокно сравнения, которое проходит внутри камеры текучей среды. Указанная защитная оболочка может быть выполнена таким образом, что она включает в себя или является покрытием, нанесенным на измерительное волокно и волокно сравнения. Измерительное волокно и волокно сравнения могут быть соответственно выполнены как часть оптического кабеля, где защитная оболочка образует внешнюю оболочку оптического кабеля.

Предпочтительно, если группа волоконно-оптических датчиков, которая установлена на различных теплопередающих трубках для определения толщины стенки соответствующей трубки, имеет общий источник электромагнитной эмиссии. Целесообразно, чтобы источник электромагнитного излучения был соединен с измерительными волокнами и волокнами сравнения волоконно-оптических датчиков таким образом, чтобы электромагнитная волна, создаваемая с помощью источника электромагнитного излучения, разделялась и проводилась в измерительные волокна и волокна сравнения. Это может быть реализовано с помощью одного или нескольких оптических питающих волокон, которые соединяют источник электромагнитного излучения и измерительные волокна и волокно сравнения для передачи электромагнитной волны. Как правило, питающее волокно может состоять из основной ветви и множества боковых ветвей, отходящих от основной ветви, так что электромагнитная волна, подаваемая в основную ветвь с помощью источника электромагнитной эмиссии, разделяется на боковые ветви, чтобы направить электромагнитную волну к измерительному волокну и волокну сравнения соответствующего волоконно-оптического датчика через боковые ветви. Соответствующий волоконно-оптический датчик может включать в себя, в частности, вышеупомянутый оптический соединитель, где подающее волокно подключено к входной линии соответствующего оптического соединителя, чтобы подавать электромагнитную волну во входную линию через подающее волокно. Соответственно, одна боковая ветвь может быть подключена к входной линии соответствующего волоконно-оптического датчика для передачи электромагнитной волны.

Предпочтительно, если группа волоконно-оптических датчиков, которые установлены на различных теплопередающих трубках для определения толщины стенки соответствующей трубки, имеет общий, в частности, упомянутый выше, электронный блок сбора данных или соединена с таким блоком.

Предпочтительно, если волоконно-оптический датчик имеет несколько источников электромагнитного излучения с различной длиной волны и/или длиной когерентности производимой ими электромагнитной волны. Источники электромагнитного излучения могут быть выполнены так, как описано в настоящем документе. Предпочтительно, если источники электромагнитного излучения соединены с измерительным волокном и волокном сравнения таким образом, что электромагнитные волны, произведенные с помощью различных источников эмиссии, могут передаваться по измерительному волокну и волокну сравнения наложенным образом. Предпочтительно, если предусмотрено изобретением несколько детекторов, где детекторы воплощены и/или соединены с измерительным волокном и волокном сравнения, в частности, через оптический соединитель, таким образом, что различные интерференционные сигналы обнаруживаются с помощью детекторов. Практически целесообразно, если детекторы соединены с измерительным волокном и волокном сравнения через демультиплексор с выбором длины волны, чтобы выводить интерференционные сигналы от электромагнитных волн разной длины на разные выходы демультиплексора. Детекторы в этом случае обычно подключаются к разным выходам демультиплексора для обнаружения интерференционного сигнала. Вход демультиплексора может быть соединен с измерительным волокном и волокном сравнения, обычно через оптический соединитель, для передачи электромагнитных волн. Различные источники излучения обычно имеют различные длины волн электромагнитных волн, которые могут быть получены таким образом.

Для высокой точности определения толщины стенки трубы. Предпочтительно, если устанавливается корреляционная функция между толщиной стенки трубы и одной или несколькими собственными частотами упругих колебаний теплопередающей трубы. Корреляционная функция может быть установлена таким образом, что она зависит от материала и размера, в частности диаметра и/или длины, теплопередающей трубы. Альтернативно или в совокупности корреляционная функция может быть установлена с помощью калибровки, при которой обычно измеряется собственная частота упругих колебаний теплопередающей трубки при различных известных толщинах стенок теплопередающей трубки.

Как правило, волоконно-оптический датчик, в частности измерительное волокно или волокно сравнения, расположен соответственно на множестве теплообменных трубок теплообменника. Также возможно, чтобы несколько волоконно-оптических датчиков были соответственно установлены на группе теплопередающих трубок. Теплопередающие трубки обычно выполняются таким образом, что они состоят, в частности, из металла, в частности, из сплава железа, предпочтительно из высоколегированной стали.

Обычно волоконно-оптический датчик, в частности измерительное волокно или волокно сравнения, установлены в области расположения на соответствующей теплообменной трубке. Область расположения предпочтительно является областью, в которой типично происходит коррозия во время работы теплообменника. Область расположения часто зависит от производственной мощности. Предпочтительно, если соответствующий волоконно-оптический датчик, в частности измерительное волокно или волокно сравнения, расположен в области расположения на соответствующей теплопередающей трубке, при этом область расположения, в частности, в направлении потока первой текучей среды через теплопередающую трубку, начиная от входа теплопередающей трубки в камеру текучей среды, в частности полость камеры текучей среды, вдоль продольной протяженности теплопередающей трубки, определяется двумя третями продольной протяженности теплопередающей трубки внутри камеры текучей среды или полости камеры текучей среды. В частности, область расположения соответствующей теплопередающей трубки может проходить, в частности, в направлении потока первой текучей среды через теплопередающую трубку, как правило, начиная от входа теплопередающей трубки в камеру текучей среды, в частности, полость камеры текучей среды, вдоль продольной протяженности теплообменной трубки длиной 30%, в частности 20%, предпочтительно 10% от продольной протяженности теплообменной трубки внутри камеры текучей среды или полости камеры текучей среды. Предпочтительно, если теплообменник, в частности стриппер, является частью установки для производства карбамида, в частности для синтеза карбамида, при этом установка для производства карбамида имеет производственную мощность менее 2700 метрических тонн в день. Альтернативно, область расположения соответствующей теплопередающей трубки может быть определена, в частности, в направлении потока первой текучей среды через теплопередающую трубку, обычно начиная от входа теплопередающей трубки в камеру текучей среды, в частности, полость камеры текучей среды, вдоль продольной протяженности теплопередающей трубки, участком второй трети продольной протяженности теплопередающей трубки внутри камеры текучей среды или полости камеры текучей среды. Предпочтительно, если теплообменник, в частности стриппер, является частью установки для производства карбамида, в частности для синтеза карбамида, при этом установка для производства карбамида имеет производственную мощность больше или равную 2700 метрических тонн в день. Было доказано, что удаление материала или износ теплопередающей трубки обычно особенно велики в этой области расположения соответствующей теплопередающей трубки, поэтому предпочтительно размещать волоконно-оптические датчики в указанной области. Обычно область расположения, в частности, в направлении потока первой текучей среды через теплопередающую трубку, располагается в первой трети и/или во второй трети длины камеры текучей среды или полости камеры текучей среды. Таким образом, область центра длины камеры текучей среды или полости камеры текучей среды является предпочтительной во второй трети.

Ещё одним объектом настоящего изобретения является вышеуказанный способ эксплуатации теплообменника при условии, что на по меньшей мере одной теплопередающей трубке, при помощи которой перемещается первая текучая среда для передачи тепла между первой текучей средой и второй текучей средой посредством теплопередающих трубок, соответственно устанавливают волоконно-оптический датчик, при этом посредством указанного волоконно-оптического датчика проводят интерферометрическое определение упругих колебаний, в частности собственных колебаний, соответствующей теплопередающей трубки при работе теплообменника для определения толщины стенки соответствующей теплопередающей трубки при работе указанного теплообменника. Данный способ может быть, в частности, реализован с использованием вышеуказанного теплообменники. Обычно, толщина стенки теплообменной трубки означает в поперечном сечении теплообменной трубки расстояние, в частности, радиальное, между внутренней поверхностью и внешней поверхностью стенки теплообменной трубки. Как правило, вторая текучая среда расположена снаружи теплопередающих трубок, так что тепло передается между первой текучей средой и второй текучей средой через стенки указанных теплопередающих трубок.

Как указано выше, в частности, надежное определение толщины стенки соответствующей теплообменной трубки, в частности, в условиях высокого давления и/или высокой температуры, в теплообменнике обеспечивается во время работы теплообменника. В результате эксплуатация, в частности, управление процессом и/или техническое обслуживание теплообменника может осуществляться в зависимости от толщины стенки трубки, определенной с помощью волоконно-оптического датчика. Таким образом, становится возможным оптимизировать использование теплообменника или оптимизировать его эксплуатацию.

При этом следует понимать, что способ эксплуатации теплообменника может быть реализован в соответствии с признаками и техническими результатами, которые описаны, в частности, выше, в настоящем документе, в соответствии с объемом притязаний Заявителя, касающихся теплообменника. То же самое относится и к теплообменнику в отношении способа.

Предпочтительно, если волоконно-оптический датчик включает в себя оптическое измерительное волокно, которое содержит измерительный участок, и оптическое волокно сравнения, которое содержит участок сравнения, при этом измерительное волокно выполнено соединенным передающим колебания образом с теплопередающей трубкой, причём упругие колебания, в частности частота упругих колебаний, теплопередающей трубки определяются путем обнаружения, в частности измерения, интерференционного сигнала от электромагнитной волны, направляемой вдоль измерительного участка, и электромагнитной волны, направляемой вдоль участка сравнения. Как правило, между электромагнитной волной, направляемой вдоль измерительного участка, и электромагнитной волной, направляемой вдоль участка сравнения, возникает интерференция, так что электромагнитные волны создают интерференционный сигнал. Интерференционный сигнал обычно регистрируется с помощью детектора, чтобы определить частоту, в частности собственную частоту, упругих колебаний теплопередающей трубки по обнаруженному интерференционному сигналу. Можно определить несколько частот, в частности собственных частот, упругих колебаний. На основании частоты или частот, в частности собственных частот, можно определить толщину стенки теплопередающей трубки.

Предпочтительно, чтобы волоконно-оптический датчик определял толщину стенки теплопередающей трубки с точностью менее 100 мкм.

Особенно предпочтительно, если способ эксплуатации теплообменника используется для синтеза мочевины. Теплообменник, в частности, для синтеза мочевины может быть выполнен в виде стриппера для очистки, где обычно предусматривается, что жидкая фаза и газовая фаза с противоположными направлениями потока приводятся в контакт друг с другом, обычно внутри теплообменных трубок. Предпочтительно, если первая среда протекает через соответствующую теплопередающую трубку в направлении потока, а вторая среда протекает через теплопередающую трубку в направлении, противоположном направлению потока, для реакции друг с другом, при этом одна из сред обычно является жидкой, а другая - газообразной. Как правило, реакция происходит внутри камеры текучей среды или полости камеры текучей среды. Первая текучая среда может быть выполнена таким образом, что она включает в себя или состоит из первой среды и второй среды. Предпочтительно, если теплообменные трубки и направление потока первой текучей среды через теплообменные трубки ориентированы по существу вертикально, особенно если теплообменник представляет собой стриппер. Теплообменник или стриппер обычно включает в себя группу, в частности, более 10, предпочтительно более 50, особенно предпочтительно более 100, чрезвычайно предпочтительно более 1000, теплообменных трубок.

Как правило, теплообменник, особенно если этот теплообменник является стриппером, включает первое входное отверстие, через который первая среда может подаваться в теплопередающие трубки, и второе входное отверстие, через которое вторая среда может подаваться в теплопередающие трубки, так что внутри камеры текучей среды или полости камеры текучей среды указанные первая и вторая среды протекают через теплопередающие трубки с противоположными направлениями потока, чтобы реагировать друг с другом. Что касается полости камеры текучей среды, то первое входное отверстие и второе входное отверстие обычно расположены на разных концах теплопередающих трубок таким образом, что они соединены с теплопередающими трубками так, что по ним проходит текучая среда. Указанный теплообменник обычно включает в себя по меньшей мере одно выходное отверстие для удаления из теплообменных трубок продукта, образовавшегося в результате реакции между первой средой и второй средой. Практически, теплообменник может включать первое выходное отверстие, через который первый продукт может быть удален из теплопередающих трубок, и второе выходное отверстие, через который второй продукт может быть удален из теплопередающих трубок, причем по отношению к полости камеры текучей среды указанные выходные отверстия соединены с теплопередающими трубками по текучей среде на разных концах теплопередающих трубок. Первый продукт и второй продукт обычно образуются посредством или в результате реакции между первой средой и второй средой. Это особенно актуально, если теплообменник выполнен в виде стриппера.

Для синтеза мочевины первая среда обычно формируется таким образом, что она включает в себя, в частности, мочевину, карбамат аммония и аммиак, а вторая среда формируется таким образом, что она включает в себя, в частности, газообразный диоксид углерода (CO₂). Таким образом, мочевина, в частности, высокой чистоты, может быть выделена в качестве продукта, в частности, первого продукта, который выводится из теплопередающей трубки, обычно на одном из концов теплопередающей трубки или через первый выход. Полученный технологический газ, обычно газообразный аммиак (NH₃) и/или газообразный диоксид углерода (CO₂), может быть выведен из теплопередающей трубки, обычно на другом конце теплопередающей трубки или через второй выход. Вторая жидкость может быть сформирована таким образом, что она включает в себя, в частности, жидкую и/или газообразную воду. Стриппер может быть выполнен и работать, как описано в настоящем документе, в частности, в отношении теплообменника.

Целесообразно, чтобы электромагнитная волна, направляемая по измерительному волокну или волокну сравнения, имела длину когерентности более 2 мм, в частности более 5 мм. В результате, надежный интерференционный сигнал может быть реализован путем создания интерференции между электромагнитной волной, направляемой вдоль измерительного участка, и электромагнитной волной, направляемой вдоль участка сравнения. В частности, длина когерентности может быть такой, как описано выше.

Вторая текучая среда обычно имеет давление более 30 бар, в частности, от 30 бар до 200 бар, предпочтительно около 180 бар, и/или температуру более 80°C, в частности, от 80°C до 300°C, предпочтительно около 230°C.

Следует понимать, что волоконно-оптический датчик и его выполнение и/или расположение на теплопередающей трубке обычно относится к теплопередающей трубке, на которой расположен волоконно-оптический датчик или к которой подключен волоконно-оптический датчик для измерения толщины стенки трубки теплообменника. Целесообразно, чтобы несколько волоконно-оптических датчиков были расположены на различных теплообменных трубках или соединены с различными теплообменными трубками, в частности, в соответствующем варианте осуществления, описанном в настоящем документе.

Краткое описание чертежей

Дополнительные признаки, преимущества и технические результаты изобретения станут очевидны из нижеследующего описания примера осуществления настоящего изобретения. Они следуют также из фигур сопровождающих чертежей, снабженных ссылочными номерами для обозначения элементов конструкции:

На Фиг. 1 показано схематическое изображение теплообменника с волоконно-оптическим датчиком;

На Фиг. 2 показано схематическое изображение волоконно-оптического датчика, установленного на теплопередающей трубке;

На Фиг. 3 показывает график, иллюстрирующий резонансную частоту в зависимости от толщины стенки трубы;

На Фиг. 4 показано схематическое изображение дополнительного теплообменника с волоконно-оптическим датчиком;

На Фиг. 5 показано схематическое изображение волоконно-оптических датчиков, установленных на теплопередающих трубках и имеющих общий источник электромагнитного излучения;

На Фиг. 6 показано схематическое изображение дополнительного волоконно-оптического датчика, установленного на теплопередающей трубке;

На Фиг. 7 показано схематическое изображение теплообменника, выполненного в виде стриппера и снабженного волоконно-оптическим датчиком.

Осуществление изобретения

В Фиг. 1 схематически показан теплообменник 1, при этом указанный теплообменник 1 содержит группу теплопередающих трубок 3 и камеру 4 текучей среды, где теплопередающие трубки 3 проходят через камеру 4 текучей среды для проведения первой текучей среды F1 через теплопередающие трубки 3 во время работы теплообменника 1 и теплообменных трубок 3 во время работы теплообменника 1 и для проведения второй текучей среды F2 через камеру текучей среды 4 таким образом, чтобы указанная вторая текучая среда F2 окружала теплообменные трубки, таким образом, что тепло передается между первой текучей средой F1 и второй текучей средой F2 через стенки теплообменных трубок 3. Камера 4 текучей среды образует полость 5 камеры текучей среды между стенками камеры текучей среды и теплообменными трубками 3 для размещения второй текучей среды F2, и через какую полость проходит вторая текучая среда F2. Камера 4 текучей среды включает в себя входное отверстие 6 камеры текучей среды для подачи второй текучей среды F2 в камеру 4 текучей среды, в частности, полость 5 камеры текучей среды, и выходное отверстие 7 камеры текучей среды для удаления текучей среды из камеры 4 текучей среды, в частности полости 5 камеры текучей среды. Как правило, теплопередающие трубки 3 проходят через камеру 4 текучей среды таким образом, что они расположены на расстоянии друг от друга, так что вторая текучая среда F2 может протекать между теплопередающими трубками 3. Теплообменник 1 может быть выполнен в виде стриппера. Теплообменник 1, в частности стриппер, часто выполнен или ориентирован таким образом, что продольное направление теплопередающих трубок 3 ориентировано по существу вертикально.

Волоконно-оптические датчики 2 установлены на группе теплообменных трубок 3 для определения толщины стенки соответствующей теплообменной трубки 3 во время работы теплообменника 1, используя соответствующий теплообменник 1. Соответствующий волоконно-оптический датчик 2 предназначен для интерферометрического определения частоты, в частности собственной частоты, упругих колебаний теплопередающей трубки 3 во время работы теплообменника 1. Соответствующий волоконно-оптический датчик 2 состоит из оптического измерительного волокна M и оптического волокно сравнения R, чтобы направлять электромагнитную измерительную волну вдоль измерительного участка с помощью измерительного волокна M и направлять электромагнитную волну сравнения вдоль участка сравнения с помощью волокно сравнения R, что также можно увидеть на Фиг. 1 2. Измерительное волокно M и волокно сравнения R соединены с одной и той же теплопередающей трубкой 3, при этом сегмент 21 взаимодействия измерительного волокна M и сегмент 21 взаимодействия волокно сравнения R на теплопередающей трубке 3 смежно наматываются вокруг одной и той же теплопередающей трубки 3 несколько раз. Соответствующий сегмент взаимодействия 21 формируется с помощью концевого участка измерительного волокна M или волокно сравнения R. Измерительное волокно M соединено передающим колебания образом с теплопередающей трубкой 3, так что упругие колебания теплопередающей трубки 3 изменяют оптическую длину измерительного участка. Волокно сравнения R соединено с теплопередающей трубкой 3 без колебаний, так что оптическая длина участка сравнения не оказывает существенного влияния на упругие колебания теплопередающей трубки 3. Оптический датчик 2 включает лазер в качестве источника электромагнитного излучения L, чтобы ввести электромагнитную волну в измерительное волокно M в качестве электромагнитной измерительной волны и электромагнитную волну в волну сравнения в качестве электромагнитной волны сравнения с помощью лазера. Изменение длины измерительного участка может создать разницу в пути между измерительной волной и волной сравнения, так что упругие колебания, в частности собственная частота упругих колебаний, могут быть обнаружены или измерены с помощью детектора PD волоконно-оптического датчика 2 путем создания интерференции измерительной волны и волны сравнения для создания интерференционного сигнала. Измерительное волокно M и волокно сравнения R соответственно включают в себя на конце волокна отражающий элемент, чтобы отразить измерительную волну и волну отражения обратно вдоль измерительного волокна M и волокна сравнения R. Измерительное волокно M и волокно сравнения R соединяются друг с другом в месте соединения, чтобы создать интерференционный сигнал с помощью измерительной волны и волны сравнения. Сегмент 21 взаимодействия измерительного волокна M и сегмент 21 взаимодействия волокна сравнения R соединены с соответствующей теплопередающей трубкой 3 внутри камеры 4 текучей среды, в частности, полости 5 камеры текучей среды, а измерительное волокно M и волокно сравнения R направляются наружу через камеру текучей среды через стенки камеры 4 текучей среды, чтобы измерить интерференционный сигнал снаружи камеры 4 текучей среды с помощью детектора PD. Детекторы PD и источник электромагнитного излучения L расположены вне камеры 4 текучей среды или полости 5 камеры текучей среды, как правило, внутри корпуса 9 датчика. Измерительное волокно M и волокно сравнения R обычно направляются через стенку камеры текучей среды с сохранением герметичности с помощью одного или нескольких проходных отверстий 8. Волоконно-оптические датчики 2 могут быть подключены к электронному устройству 18 сбора данных, в частности, к общему устройству сбора данных, для передачи данных, как правило, по электрическим линиям 10 передачи данных. Электронный блок 18 сбора данных может представлять собой, например, электронную систему обработки данных. Для того чтобы выдерживать высокие температуры и/или высокое давление в теплообменнике 1, предпочтительно, если внутри камеры 4 текучей среды измерительное волокно M и волокно сравнения R предпочтительно, проходят соответственно внутри защитной оболочки, которая может быть выполнена в виде покрытия, нанесенного на измерительное волокно M и волокно сравнения R. Для того чтобы длина измерительных волокон M и волокон сравнения R была небольшой, предпочтительно, если имеется несколько отдельных волоконно-оптических датчиков 2, которые, в частности, состоят из отдельного корпуса 9 датчика и отдельного источника электромагнитного излучения L.

Обычно теплопередающие трубки 3 соответственно проходят между первой трубной пластиной 11 и второй трубной пластиной 12, при этом трубные пластины являются частью стенок камеры 4 текучей среды или ограничивают полость 5 камеры текучей среды. Соответствующая теплопередающая трубка 3 проходит через первую трубную пластину 11 и вторую трубную пластину 12. Камера 4 текучей среды включает в себя группу стабилизирующих элементов 13, обычно выполняемых как перегородки, которые соединяют группу теплопередающих трубок 3 друг с другом, чтобы стабилизировать теплопередающие трубки 3 с помощью стабилизирующих элементов 13 во время работы теплообменника 1. Предпочтительно, если взаимодействующие сегменты 21 измерительного волокна M и волокна сравнения R соответствующего волоконно-оптического датчика 2 находятся в области расположения на соответствующей теплопередающей трубке 3. Эта область расположения находится в первой трети и/или во второй трети продольного прохождения теплопередающей трубки 3 внутри камеры текучей среды 4 или полости камеры текучей среды 5 в направлении потока первой текучей среды F1 через теплопередающую трубку 3. Предпочтительно, если взаимодействующие сегменты 21 измерительного волокна M и волокна сравнения R соединены с теплопередающей трубкой 3 между первой трубчатой пластиной 11 и первым из стабилизирующих элементов 13 в направлении потока первой текучей среды F1 через теплопередающую трубку 3.

На Фиг. 2 показано схематическое изображение конструкции волоконно-оптического датчика 2, представленного на Фиг. 1, который установлен на соответствующей теплопередающей трубке 3. Волоконно-оптический датчик 2 включает в себя оптический соединитель 19, который образует место соединения, чтобы соединить измерительное волокно M и волокно сравнения R друг с другом для создания интерференционного сигнала. Оптический соединитель 19 имеет несколько, например три, входов и несколько, например два, выходов. Источник электромагнитного излучения L подключен к одному из входов, а измерительное волокно M и волокно сравнения R соответственно подключены к одному из выходов, так что электромагнитная волна, созданная с помощью источника электромагнитного излучения L, передается, в частности, в направлении подачи S, в измерительное волокно M как измерительная волна и в волокно сравнения R как волна сравнения. Детектор PD соответственно подключен к группе других входов, так что измерительная волна, отраженная обратно через измерительное волокно M, и волна сравнения, отраженная обратно через волокно сравнения R, могут быть обнаружены как интерференционный сигнал на других входах с помощью соответствующих детекторов PD. Обычно входы и выходы оптического соединителя 19 соединены друг с другом таким образом, что электромагнитная волна, проходящая через один из входов, передается таким образом, что она распространяется на выходы, а электромагнитная волна, проходящая через один из выходов, передается таким образом, что она распространяется на входы. Таким образом, с помощью детекторов PD можно измерить интерференционный сигнал, соответствующий упругим колебаниям, в частности собственной частоте, теплопередающей трубки 3. Детекторы PD обычно представляют собой фотодиоды. Детекторы PD обычно подключены к электронному блоку 17 сбора данных для передачи данных, как правило, по электрическим линиям 10 передачи данных. Электронный блок 17 сбора данных может быть соединен с электронным блоком 18 сбора данных для передачи данных. Между источником электромагнитного излучения L и оптическим соединителем 19 может быть расположен оптический изолятор 14 для минимизации обратных отражений электромагнитной волны, подаваемой на оптический соединитель 19 с помощью источника электромагнитного излучения L. Источник электромагнитного излучения L обычно электрически соединен с электрическим блоком 15 управления для управления источником излучения L. Между соответствующим детектором PD и электронным блоком сбора данных 17 может быть расположен электрический усилитель 16, в частности трансимпедансный усилитель, для усиления сигнала помех, обнаруженного с помощью детектора PD. На различных теплопередающих трубках 3 волоконно-оптический датчик 2, выполненный таким образом, может быть соответственно установлен для определения толщины стенки соответствующей теплопередающей трубки 3.

На Фиг. 3 показан график, на котором, в качестве примера, показана зависимость между измеренной резонансной частотой или собственной частотой упругих колебаний теплопередающей трубки 3 теплообменника и толщиной стенки теплопередающей трубки 3 теплообменника. Линейная зависимость между резонансной частотой и толщиной стенки трубки иллюстрируется на данном графике прямой линией. Для нахождения толщины стенки теплопередающей трубки можно определить несколько резонансных частот или собственных частот.

На Фиг. 4 показано схематическое изображение дополнительного теплообменника 1 с группой волоконно-оптических датчиков 2. Указанный теплообменник 1 может быть выполнен в соответствии с пояснениями, относящимися к теплообменнику 1, показанному на Фиг. 1 1. В отличие от волоконно-оптических датчиков 2 теплообменника 1, изображенных на Фиг. 1, волоконно-оптические датчики 2, согласно Фиг. 4, имеют общий источник электромагнитного излучения L в виде лазера. Это проиллюстрировано на Фиг. 5. На Фиг. 5 показано схематическое изображение волоконно-оптических датчиков 2, установленных на различных теплопередающих трубках 3, с общим источником электромагнитного излучения L. Отдельные волоконно-оптические датчики 2, показанные на Фиг. 5, могут быть выполнены соответственно конструкции волоконно-оптического датчика 2, показанному на Фиг. 2. В отличие от Фиг. 2, оптические соединители 19 соответствующих волоконно-оптических датчиков 2, изображенных на Фиг. 5, соединены с общим источником электромагнитного излучения L через оптическое питающее волокно, чтобы подавать электромагнитную волну, созданную с помощью источника электромагнитного излучения L, на оптические соединители 19 таким образом, чтобы эта волна расщеплялась в оптических соединителях 19. Питающее волокно состоит из основной ветви и множества боковых ветвей, ответвляющихся от основной ветви, чтобы направить электромагнитную волну, проходящую в основную ветвь с помощью источника электромагнитного излучения L, на вход соответствующего оптического соединителя 19 таким образом, чтобы эта волна разделилась на боковые ветви. Кроме того, отдельные волоконно-оптические датчики 2 могут иметь общий электронный блок 17 сбора данных, с которым соединены детекторы PD волоконно-оптических датчиков 2 для передачи данных.

На Фиг. 6 показано схематическое изображение дополнительного волоконно-оптического датчика 2, установленного на теплопередающей трубке 3. Указанный волоконно-оптический датчик 2 может быть волоконно-оптическим датчиком 2 теплообменника 1, показанным на Фиг. 1 или может быть выполнен в соответствии с особенностями волоконно-оптического датчика 2, показанного на Фиг. 2. В отличие от волоконно-оптического датчика 2, показанного на Фиг. 1, волоконно-оптический датчик 2, показанный на Фиг. 6 имеет два источника электромагнитного излучения L с разной длиной волны и разной длиной когерентности их электромагнитных волн. Например, один из источников электромагнитного излучения L может быть лазером с длиной волны лазерного излучения 1300 нм, а другой источник электромагнитного излучения L может быть лазером с длиной волны лазерного излучения 1550 нм. Один из лазеров может иметь длину когерентности от 0,5 мм до 10 мм, например, приблизительно 5 мм, а другой лазер может иметь длину когерентности от 10 мкм до 500 мкм, например, приблизительно 30 мкм. Два источника электромагнитного излучения L1, L2 соединены с оптическим соединительным устройством 20, обычно соответственно подключенным к входной линии оптического соединительного устройства 20, так что электромагнитные волны, созданные с помощью источников электромагнитного излучения L, выводятся на общую оптическую выходную линию оптического соединительного устройства 20 в наложенном виде. Выходная линия блока 20 оптической связи соединена с входом оптического соединителя 19 для передачи электромагнитных волн, чтобы подавать электромагнитные волны на измерительное волокно M и волокно сравнения R через оптический соединитель 19. Между оптическим соединительным блоком 20 и оптическим соединителем 19 может быть установлен оптический изолятор 14 для минимизации обратных отражений.

Таким образом, наложенные измерительные волны разной длины и разной длины когерентности могут быть использованы по измерительному волокну M или вдоль измерительного участка, а наложенные волны сравнения с разной длиной волны и разной длиной когерентности могут быть использованы по волокну сравнения R или вдоль участка сравнения. Соответственно, на других входах оптического соединителя 19, к которым подключены детекторы PD для обнаружения интерференционных сигналов, возникают два наложенных интерференционных сигнала для обнаружения с помощью детекторов PD в результате измерительных волн, отраженных назад вдоль измерительного волокна M, и волн сравнения, отраженных назад вдоль волокна сравнения R. Между детекторами PD и соответствующими входами оптического соединителя 19 расположено по одному демультиплексору DM с селекцией по длине волны, чтобы выводить интерференционные сигналы электромагнитных волн разной длины на разные выходы демультиплексора DM. По одному детектору PD подключено к выходам соответствующих демультиплексоров DM для измерения интерференционного сигнала. Таким образом, два различных сигнала помех могут быть обнаружены одновременно. Из-за разной длины когерентности возникают интерференционные сигналы различной формы. Это позволяет особенно точно определить собственную частоту или толщину стенки трубы. Детекторы PD могут быть подключены к общему электронному блоку 17 сбора данных для передачи данных.

На Фиг. 7 показано схематическое изображение дополнительного теплообменника 1, выполненного в виде стриппера, предназначенного для выполнения стриппинг-процесса, Причём волоконно-оптические датчики 2 установлены на группе теплообменных трубок 3 теплообменника 1 для определения толщины стенок теплообменных трубок 3. Как правило, теплообменник 1 такого типа используется для синтеза мочевины. Теплообменник 1 может быть выполнен в соответствии с пояснениями, относящимися к теплообменникам 1 и волоконно-оптическим датчикам 2, изображенным на Фиг. 1 - Фиг. 6, или может включать соответствующие волоконно-оптические датчики 2. Теплообменник 1 обычно ориентирован таким образом, что продольное прохождение теплопередающих трубок 3 ориентировано по существу вертикально. Для синтеза мочевины предусмотрено, что первая текучая среда F1 сформирована таким образом, что она включает в себя или состоит из первой среды M1 и второй среды M2, где внутри камеры 4 текучей среды или полости 5 камеры текучей среды первая среда M1 и вторая среда M2 протекают через соответствующую теплопередающую трубку 3 в противоположных направлениях потока (в противотоке). Обычно первая среда M1 образуется так, что она состоит, в частности, из мочевины, карбамата аммония и аммиака, а вторая среда M2 образуется так, что она состоит, в частности, из газообразного диоксида углерода (CO₂). Теплообменник 1 или стриппер обычно состоит из группы, в частности, более 10, предпочтительно более 50, особенно предпочтительно более 100, особенно предпочтительно более 1000, теплообменных трубок 3. Теплообменник 1 обычно ориентирован таким образом, что первая трубчатая пластина 11 расположена над второй трубчатой пластиной 12 в вертикальном направлении. Предпочтительно, соответствующий волоконно-оптический датчик 2 расположен между первой трубчатой пластиной 11 и первым из стабилизирующих элементов 13.

Теплообменник 1 включает в себя первое входное отверстие 22, через которое первая среда M1 может подаваться в теплопередающие трубки 3, и второе входное отверстие 24, через который вторая среда M2 может подаваться в теплопередающие трубки 3. Таким образом, внутри камеры 4 текучей среды или полости 5 камеры текучей среды указанные среды M1 и M2 протекают через теплопередающие трубки 3 в противотоке, чтобы реагировать друг с другом. Что касается полости 5 камеры текучей среды, первое входное отверстие 22 и второе входное отверстие 24 соединены с возможностью пропуска текучей среды к указанным теплопередающим трубкам 3 на разных концах теплопередающих трубок 3. Для этого первое входное отверстие 22 и второе входное отверстие 24 могут быть соответственно соединены по текучей среде с распределительной камерой текучей среды, при этом концы теплопередающих трубок 3 соответственно соединены по потоку текучей среды с распределительной камерой текучей среды, таким образом, что первая среда M1 и вторая среда M2, подаваемые в соответствующую камеру распределения текучей среды через первое входное отверстие 22 и второе входное отверстие 24, соответственно, направляются в теплопередающие трубки 3 таким образом, что они распределяются по теплопередающим трубкам 3. Указанный теплообменник 1 содержит первое выходное отверстие 23, через который первый продукт Z1 может быть удален из теплопередающих трубок 3, и второе выходное отверстие 25, через который второй продукт Z2 может быть удален из теплопередающих трубок 3, при этом в отношении полости камеры 5 текучей среды, первое выходное отверстие 23 и второе выходное отверстие 25 соединены по потоку текучей среды с теплопередающими трубками 3 на разных концах теплопередающих трубок 3, предпочтительно, первое выходное отверстие 23 и второе выходное отверстие 25 соответственно соединены по потоку текучей среды с одной из камер распределения текучей среды, так что первый продукт Z1 и второй продукт Z2, выходящие из теплообменных труб 3, могут быть удалены через соответствующие выходные отверстия 23, 25. Первый продукт Z1 обычно представляет собой мочевину, в частности мочевину высокой чистоты. Второй продукт Z2 обычно представляет собой газообразный аммиак (NH3) и/или газообразный диоксид углерода (CO2). Вторая текучая среда F2 обычно формируется таким образом, что она включает в себя, в частности, жидкую и/или газообразную воду.

Если на одной или нескольких теплопередающих трубках 3 теплообменника 1 соответственно установлен волоконно-оптический датчик 2, который предназначен для интерферометрического определения собственных частот или резонансных частот упругих колебаний соответствующей теплопередающей трубки 3 во время работы теплообменника 1, толщина соответствующей теплопередающей трубки 3 может быть практически определена во время работы теплообменника 1. Предпочтительно, если волоконно-оптический датчик 2 конструктивно выполнен таким образом, что измерительное волокно M и волокно сравнения R могут использоваться или могут быть расположены на соответствующей теплопередающей трубке 3 при рабочем давлении более 30 бар, в частности от 30 бар до 200 бар, и/или рабочей температуре более 80°C, в частности от 80°C до 300°C. Это позволяет оптимизировать процесс эксплуатации теплообменника 1.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для теплообменников. В теплообменнике (1), в частности теплообменнике высокого давления для синтеза мочевины, содержащем группу теплопередающих трубок (3) для транспортировки первой текучей среды (F1) с целью передачи тепла между первой текучей средой (F1) и второй текучей средой (F2) через теплопередающие трубки (3), по меньшей мере на одной из указанных теплопередающих трубок (3) устанавливают волоконно-оптический датчик (2), при этом указанный волоконно-оптический датчик (2) выполнен с возможностью интерферометрического определения упругих колебаний, в частности собственных колебаний соответствующей теплопередающей трубки (3), во время работы теплообменника (1), для определения толщины стенки соответствующей теплопередающей трубки (3). Изобретение также относится к способу эксплуатации теплообменника (1). Технический результат - повышение удобства и простоты эксплуатации теплообменника. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Теплообменник (1), в частности теплообменник высокого давления для синтеза мочевины, содержащий группу теплопередающих трубок (3) для транспортировки первой текучей среды (F1) с целью передачи тепла между первой текучей средой (F1) и второй текучей средой (F2) через теплопередающие трубки (3), отличающийся тем, что волоконно-оптический датчик (2) соответственно установлен на по меньшей мере одной из указанных теплопередающих трубок (3), при этом указанный волоконно-оптический датчик (2) выполнен с возможностью интерферометрического определения упругих колебаний, в частности собственных колебаний соответствующей теплопередающей трубки (3), во время работы теплообменника (1) для определения толщины стенки соответствующей теплопередающей трубки (3).

2. Теплообменник (1) по п. 1, отличающийся тем, что указанный волоконно-оптический датчик (2) содержит оптическое измерительное волокно (M), которое содержит измерительный участок, и оптическое волокно (R) сравнения, которое содержит участок сравнения, при этом указанное измерительное волокно (M) выполнено соединённым с возможностью передачи колебаний с указанной теплопередающей трубкой (3), предпочтительно с навивкой вокруг указанной теплопередающей трубки (3) для определения интерференционного сигнала, создаваемого с электромагнитной волной, направленной вдоль указанного измерительного участка, и электромагнитной волной, направленной вдоль указанного участка сравнения, с использованием фотоэлектрического детектора (ФЭД) указанного волоконно-оптического датчика (2).

3. Теплообменник (1) по п. 2, отличающийся тем, что указанное волокно (R) сравнения выполнено соединённым с возможностью отделения колебаний с указанной теплопередающей трубкой (3), предпочтительно с навивкой вокруг указанной теплопередающей трубки (3).

4. Теплообменник (1) по п. 2 или 3, отличающийся тем, что он содержит камеру (4) текучей среды для размещения второй текучей среды (F2), при этом указанные теплопередающий трубки (3) проходят внутри указанной камеры (4) текучей среды, а указанное измерительное волокно (M) выполнено соединённым с возможностью передачи колебаний с указанной теплопередающей трубкой (3) внутри указанной камеры (4) текучей среды, причём снаружи камеры (4) текучей среды установлен фотоэлектрический детектор (ФЭД) указанного волоконно-оптического датчика (2) для определения интерференционного сигнала.

5. Теплообменник (1) по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что указанный волоконно-оптический датчик (2) содержит источник (L) электромагнитного излучения, предпочтительно лазер, для получения электромагнитных волн, при этом указанный источник (L) электромагнитного излучения выполнен соединённым с указанным измерительным волокном (M) и волокном (R) сравнения для введения электромагнитных волн в измерительное волокно (M) и волокно (R) сравнения.

6. Теплообменник (1) по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что указанное измерительное волокно (M) и указанное волокно (R) сравнения соответственно содержат отражающий элемент либо выполнены соединёнными с указанным отражающим элементом для отражения электромагнитной волны, проходящей вдоль измерительного участка и участка сравнения с использованием указанного отражающего элемента.

7. Теплообменник (1) по любому из пп. 2-6, отличающийся тем, что указанное измерительное волокно (M) и указанное волокно (R) сравнения выполнены соединёнными друг с другом в месте соединения для создания интерференционного сигнала с использованием электромагнитной волны, передаваемой по измерительному участку, и электромагнитной волны, передаваемой по участку сравнения.

8. Теплообменник (1) по любому из пп. 2-7, отличающийся тем, что указанный волоконно-оптический датчик (2) содержит оптический соединитель (19), снабженный группой входных линий и группой выходных линий, при этом указанные входные и выходные линии выполнены соединёнными друг с другом для распределённой передачи электромагнитных волн, причём указанный источник (L) электромагнитного излучения выполнен соединённым с одной из входных линий и измерительным волокном (M), а указанное волокно (R) сравнения выполнено соответственно соединённым с одной из выходных линий таким образом, что электромагнитная волна, приходящая во входную линию с использованием источника (L) электромагнитного излучения, вводится в измерительное волокно (M) и волокно (R) сравнения посредством указанных выходных линий.

9. Теплообменник (1) по п. 8, отличающийся тем, что фотоэлектрический детектор (ФЭД), предпочтительно выполненный содержащим фотодиод, соответственно соединён с по меньшей мере одной входной линией для определения в указанных входных линиях, с использованием фотоэлектрического детектора (ФЭД), электромагнитной волны, соответственно отраженной назад в выходную линию вдоль измерительного волокна (M) и волокна (R) сравнения, в качестве интерференционного сигнала.

10. Теплообменник (1) по любому из пп. 2-9, отличающийся тем, что указанное измерительное волокно (M) проходит, по меньшей мере на определённых участках, через вторую текучую среду (F2) при работе теплообменника (1), при этом указанный волоконно-оптический датчик (2) выполнен с возможностью использования указанных измерительного волокна (M) и волокна (R) сравнения при рабочем давлении более 30 бар и/или при рабочей температуре более 80°C.

11. Теплообменник (1) по любому из пп. 2-10, отличающийся тем, что указанное измерительное волокно (M) проходит, по меньшей мере на определённых участках, через защитную оболочку, предпочтительно выполненную содержащей металл или полиимид, для защиты от внешнего давления и/или внешней температуры.

12. Способ эксплуатации теплообменника (1), в частности теплообменника (1) по одному из пп. 1-11, отличающийся тем, что на по меньшей мере одной теплопередающей трубке (3), посредством которой перемещают первую текучую среду (F1) для передачи тепла между первой текучей средой (F1) и второй текучей средой (F2) посредством теплопередающих трубок (3), соответственно устанавливают волоконно-оптический датчик (2), при этом посредством указанного волоконно-оптического датчика (2) проводят интерферометрическое определение упругих колебаний, в частности собственных колебаний, соответствующей теплопередающей трубки (3) при работе теплообменника (1) для определения толщины стенки соответствующей теплопередающей трубки (3) при работе указанного теплообменника (1).

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанный волоконно-оптический датчик (2) содержит оптическое измерительное волокно (M), которое содержит измерительный участок, и оптическое волокно (R) сравнения, которое содержит участок сравнения, при этом указанное измерительное волокно (M) выполнено соединённым с возможностью передачи колебаний с теплопередающей трубкой (3), причём упругие колебания указанной теплопередающей трубки (3) оценивают посредством определения интерференционного сигнала от электромагнитной волны, направленной вдоль указанного измерительного участка и электромагнитной волны, направленной вдоль указанного участка сравнения.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что указанная электромагнитная волна, направляемая с использованием измерительного волокна (M) или волокна (R) сравнения, характеризуется длиной когерентности более 2 мм, в частности более 5 мм.

15. Способ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что вторая текучая среда (F2) обычно характеризуется давлением более 30 бар, в частности от 30 бар до 200 бар, предпочтительно давлением около 180 бар, и/или температурой более 80°C, в частности от 80°C до 300°C, предпочтительно температурой около 230°C.