一种换热器漏流的检测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种换热器漏流的检测方法及系统，该检测方法包括：采集换热器的多个样本组的过程数据；以所述过程数据为输入条件，利用能量平衡方程计算总传热系数；利用总传热系数方程，根据所述总传热系数计算结垢热阻；对所述结垢热阻进行消噪处理，生成消噪后结垢热阻；根据所述消噪后结垢热阻计算消噪后结垢热阻的均值和方差；根据所述均值和方差判断换热器是否发生漏流。与现有换热器漏流诊断技术相比，本发明的检测方法计算实时性强，时间滞后小，不受换热器以外其他装置操作条件的影响；通过采用小波变换理论在线处理现场数据，消弱了噪声对诊断结果的影响，提高了计算的准确性，且便于实施，总费用低。
【专利说明】一种换热器漏流的检测方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明是关于石油化工的系统工程领域，具体地，是关于一种换热器漏流的检测方法及系统。
【背景技术】
[0002]换热器广泛应用于石油化工过程工业的能量回收系统，能够大大降低其投资和操作费用。但由于腐蚀、高温下换热器各部件热胀冷缩程度不一致以及流体诱导震动等因素，常使换热器受到破坏而时有漏流现象发生，即管程流体流入壳程或壳程流体流入管程，造成互相换热的介质之间的污染等损失。这种换热器漏流现象发生在壳体内，肉眼观察不能发现，具有较大的隐蔽性。
[0003]目前，通过在各换热器进口和出口设置流量计，实时监测冷、热流体的进出口流量，可以判断漏流是否发生，但由于石油化工装置中包括几十乃至几百个换热器，在每一个换热器的进出口均设置流量计会增大设备投资费用，并且鉴于空间分布以及管件要求等约束，在各换热器之间的管段开孔设置流量计很难进行工程实施。在实际生产中，往往通过定期检修发现漏流，这种方法也存在着以下弊端:(一)利用定期检修发现漏流，存在很大的时间滞后，无法实时反映当前换热器中的具体情况；(二)由于难以及时发现换热器漏流将造成能量损耗，会对物料产生污染而影响产品质量，甚至造成生产危险。而采用软测量技术，由于现场环境复杂，现场采集数据存在较大的噪声，噪声干扰可能导致误判断和操作，因此有必要对采集数据进行处理。工业过程中，信号降噪是不可或缺的一环，传统的线性滤波方法由于其尺度的单一性，存在保护信号局部特征与抑制噪声之间的矛盾，并且实际过程中这种滤波方法必须以模型的可知性为前提，而这一条件实际上往往并不能满足。
【发明内容】
`[0004]本发明实施例的主要目的在于提供一种换热器漏流的检测方法及系统，以解决现有技术中存在的上述问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明实施例提供一种换热器漏流的检测方法，该方法包括:采集换热器的多个样本组的过程数据；以所述过程数据为输入条件，利用能量平衡方程计算总传热系数；利用总传热系数方程，根据所述总传热系数计算结垢热阻；对所述结垢热阻进行消噪处理，生成消噪后结垢热阻；根据所述消噪后结垢热阻计算消噪后结垢热阻的均值和方差；根据所述均值和方差判断换热器是否发生漏流。
[0006]在一实施例中，上述过程数据包括:管程流股数据及壳程流股数据；其中，所述的管程流股数据包括:管程流股进口流量Hi2、管程进口温度T21、管程出口温度T2。及不考虑与漏液换热时的出口温度T' 2。；所述的壳程流股数据包括:壳程流股进口流量Hl1、壳程进口温度Tli及壳程出口温度?\。。
[0007]在一实施例中，上述总传热系数分为:管程流股数据的管程传热系数Kh及壳程流股数据的壳程传热系数K。，上述能量平衡方程为:[0008]
【权利要求】
1.一种换热器漏流的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括: 采集换热器的多个样本组的过程数据； 以所述过程数据为输入条件，利用能量平衡方程计算总传热系数； 利用总传热系数方程，根据所述总传热系数计算结垢热阻； 对所述结垢热阻进行消噪处理，生成消噪后结垢热阻； 根据所述消噪后结垢热阻计算消噪后结垢热阻的均值和方差； 根据所述均值和方差判断换热器是否发生漏流。
2.根据权利要求1所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，所述过程数据包括:管程流股数据及壳程流股数据；其中， 所述的管程流股数据包括:管程流股进口流量Hi2、管程进口温度T21、管程出口温度T2。及不考虑与漏液换热时的出口温度T' 20； 所述的壳程流股数据包括:壳程流股进口流量Hi1、壳程进口温度Tli及壳程出口温度Tl。。
3.根据权利要求2所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，所述总传热系数分为:管程流股数据的管程传热系数Kh及壳程流股数据的壳程传热系数K。，所述能量平衡方程
4.根据权利要求3所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，以所述过程数据为输入条件，利用能量平衡方程计算总传热系数，包括: 根据所述过程数据计算换热器的换热温差:
5.根据权利要求4所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，所述的结垢热阻包括管程结垢热阻及壳程结垢热阻，所述利用总传热系数方程，根据所述总传热系数计算结垢热阻，包括: 利用管程传热系数方程，根据所述管程传热系数计算所述管程结垢热阻；以及利用壳程传热系数方程，根据所述壳程传热系数计算所述壳程结垢热阻； 所述管程传热系数方程为:
6.根据权利要求5所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，对所述结垢热阻进行消噪处理，生成消噪后结垢热阻，包括:通过在一个移动的数据窗口内应用小波滤波与分解重构，生成消噪后结垢热阻。
7.根据权利要求6所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，通过在一个移动的数据窗口内应用小波滤波与分解重构，生成消噪后结垢热阻，包括: 确定所述移动的数据窗口的数据长度； 采用小波变换理论对所述管程结垢热阻和壳程结垢热阻进行小波分解，分别获取所述管程结垢热阻、壳程结垢热阻及噪声信号的小波系数； 根据频率特性的不同区分所述管程结垢热阻、壳程结垢热阻及噪声信号的小波系数，生成消噪后管程结垢热阻及消噪后壳程结垢热阻； 判断所述多个样本组的数量是否大于所述数据窗口的数据长度； 如果是，则将当前样本组的消噪后管程结垢热阻及消噪后壳程结垢热阻放入所述数据窗口末尾，并删除第一组样本组的消噪后管程结垢热阻及消噪后壳程结垢热阻。
8.根据权利要求7所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，根据所述消噪后结垢热阻计算所述多个样本组的消噪后结垢热阻的均值和方差，包括: 根据所述数据窗口的数据长度及所述消噪后管程结垢热阻，通过滑动所述数据窗口计算所述多个样本组的消噪后管程结垢热阻的均值和方差，以及根据所述数据窗口的数据长度及所述消噪后壳程结垢热阻，通过滑动所述数据窗口计算所述多个样本组的消噪后壳程结垢热阻的均值和方差。
9.根据权利要求8所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，当所述多个样本组的数量小于所述数据窗口的数据长度时，根据以下公式计算所述消噪后管程结垢热阻或消噪后壳程结垢热阻的均值和方差:均值:
10.根据权利要求9所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，根据所述均值和方差判断换热器是否发生漏流，包括: 根据当前样本组的所述消噪后管程结垢热阻的均值与前一样本组的所述消噪后管程结垢热阻的均值和方差计算管程检验数； 根据当前样本组的所述消噪后壳程结垢热阻的均值与前一样本组的所述消噪后壳程结垢热阻的均值和方差计算壳程检验数； 判断所述管程检验数或壳程检验数是否大于一门限值； 当所述管程检验数或壳程检验数大于所述门限值时，判定换热器发生漏流。
11.根据权利要求10所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，根据以下公式计算所述管程检验数:
12.根据权利要求11所述的换热器漏流的检测方法，其特征在于，根据以下公式计算所述壳程检验数:
13.一种换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括: 过程数据采集单元，用于采集换热器的多个样本组的过程数据； 总传输系数计算单元，用于以所述过程数据为输入条件，利用能量平衡方程计算总传热系数； 结垢热阻计算单元，用于利用总传热系数方程，根据所述总传热系数计算结垢热阻； 消噪处理单元，用于对所述结垢热阻进行消噪处理，生成消噪后结垢热阻；均值和方差计算单元，用于根据所述消噪后结垢热阻计算消噪后结垢热阻的均值和方差; 漏流判定单元，用于根据所述均值和方差判断换热器是否发生漏流。
14.根据权利要求13所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述过程数据包括:管程流股数据及壳程流股数据；其中， 所述的管程流股数据包括:管程流股进口流量m2、管程进口温度T21、管程出口温度T2。及不考虑与漏液换热时的出口温度T' 20； 所述的壳程流股数据包括:壳程流股进口流量Hi1、壳程进口温度Tli及壳程出口温度Tl。。
15.根据权利要求14所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述总传热系数分为:管程流股数据的管程传热系数Kh及壳程流股数据的壳程传热系数K。，所述能量平衡方
16.根据权利要求15所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述总传输系数计算单元包括: 换热温差计算模块，用于根据所述过程数据计算换热器的换热温差:
17.根据权利要求16所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述的结垢热阻包括管程结垢热阻及壳程结垢热阻，所述结垢热阻计算单元包括: 管程结垢热阻计算模块，用于利用管程传热系数方程，根据所述管程传热系数计算所述管程结垢热阻；以及 壳程结垢热阻计算模块，用于利用壳程传热系数方程，根据所述壳程传热系数计算所述壳程结垢热阻； 所述管程传热系数方程为:
18.根据权利要求17所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述消噪处理单元具体用于:通过在一个移动的数据窗口内应用小波滤波与分解重构，生成消噪后结垢热阻。
19.根据权利要求18所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述消噪处理单元包括: 数据长度确定模块，用于确定所述移动的数据窗口的数据长度； 小波系数获取模块，用于采用小波变换理论对所述管程结垢热阻和壳程结垢热阻进行小波分解，分别获取所述管程结垢热阻、壳程结垢热阻及噪声信号的小波系数； 消噪处理模块，用于根据频率特性的不同区分所述管程结垢热阻、壳程结垢热阻及噪声信号的小波系数，生成消噪后管程结垢热阻及消噪后壳程结垢热阻； 样本数量判断模块，用于判断所述多个样本组的数量是否大于所述数据窗口的数据长度； 数据更新模块，用于将当前样本组的消噪后管程结垢热阻及消噪后壳程结垢热阻放入所述数据窗口末尾，并删除第一组样本组的消噪后管程结垢热阻及消噪后壳程结垢热阻。
20.根据权利要求19所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述均值和方差计算单元包括: 管程均值和方差计算模块，用于根据所述数据窗口的数据长度及所述消噪后管程结垢热阻，通过滑动所述数据窗口计算所述多个样本组的消噪后管程结垢热阻的均值和方差，以及 壳程均值和方差计算模块，用于根据所述数据窗口的数据长度及所述消噪后壳程结垢热阻，通过滑动所述数据窗口计算所述多个样本组的消噪后壳程结垢热阻的均值和方差。
21.根据权利要求20所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，当所述多个样本组的数量小于所述数据窗口的数据长度时，所述均值和方差计算单元根据以下公式计算所述消噪后管程结垢热阻或消噪后壳程结垢热阻的均值和方差: 均值:
22.根据权利要求21所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述漏流判定单元包括: 管程检验数计算模块，用于根据当前样本组的所述消噪后管程结垢热阻的均值与前一样本组的所述消噪后管程结垢热阻的均值和方差计算管程检验数； 壳程检验数计算模块，用于根据当前样本组的所述消噪后壳程结垢热阻的均值与前一样本组的所述消噪后壳程结垢热阻的均值和方差计算壳程检验数； 检验数判断模块，用于判断所述管程检验数或壳程检验数是否大于一门限值； 漏流判定模块，用于判定换热器发生漏流。
23.根据权利要求22所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述管程检验数计算模块根据以下公式计算所述管程检验数:
24.根据权利要求23所述的换热器漏流的检测系统，其特征在于，所述壳程检验数计算模块根据以下公式计算所述壳程检验数:
【文档编号】G01M3/00GK103759894SQ201410008550
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】罗雄麟, 曲德伟, 杜殿林, 孙琳 申请人:中国石油大学(北京), 北京安稳优科技有限公司