一种管壳式换热器远程状态监测系统的制作方法

所属技术领域

本发明专利涉及容器状态监测报警系统，特别是一种管壳式换热器远程状态监测系统。

背景技术：

管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。在石油、化工、橡胶、农药、制药、食品等各行业应用广泛。作为长期在高温高压下工作的关键容器，管壳式换热器故障失效引发事故的潜在危险性日益增大。在现代化工企业的连续生产中管壳式换热器受外界条件和介质因素的影响会不可避免的出现故障问题。由于腐蚀会造成换热管穿孔和管与管板焊口裂开，引起两种介质互串的内漏现象，由于螺栓松动或强度不足、法兰刚性不足与密封面腐蚀缺陷等原因导致的法兰处密封泄漏而引起的压力异常，并且外部管道或介质频率引起的共振也会使换热器无法正常工作，从这些状况可以看出腐蚀泄露、超温超压、设备震动等原因是导致管壳式换热器的失效的主要原因。

当换热器的内部出现了泄漏现象，那就说明这台换热器的密封出现了问题。泄漏大多数出现在管束与管板之间的焊缝中，当管体出现断裂也会导致泄漏引发密封失效，从而导致整个列管式换热器的失效。如果不能及时解决换热器失效问题，在介质的冲刷下会使渗漏迅速扩大，造成物料的损失、生产环境的破坏，使设备停机停产从而造成巨大的经济损失。如果是有毒有害的介质泄漏，还有可能造成人员中毒、火灾爆炸等重大事故。当前对管壳式换热器的维护一般都是派具有丰富经验的专业维护人员到现场定期查看，他们根据自己长期积累的经验他们根据自己长期积累的经验能够识别设备的常见故障，但多数维护人员缺乏足够的知识和经验，当重要设备出现问题也很难及时发现故障并采取措施。

随着无线局域网(wifi)和4g移动通信技术的普及以及移动智能终端设备的迅速发展，移动互联网凭借其便携性、高效性和广泛性等优势，已在家居、医疗、交通等多个领域取代传统的固定网络，得到了广泛的应用。手机、平板电脑等移动智能终端可接入无线网络实现数据交换，与传统的本地或远程终端相比更具机动性和灵活性，将监测终端直接放入工作人员的口袋，获取数据更加便捷，当数据异常时可以像接收短信和电话一样接收到异常信息，同时可以一键做出相应处理动作，如使异常设备发出警报、关闭设备或联系相关维护人员等，极大地降低了工业风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于实现通过移动终端app远程监测管壳式换热器的状态监测系统。改善目前人工监测带来的不足之处。工作人员只要安装app监测软件，就能通过无线传输方式，随时随地接收到来自于监测区域的服务器发出的实时采集数据，并对所采集数据进行存储和数据分析，使工作人员能实时观察换热器的工作状态，实现了远程实时监测，当数据时超过安全限值时监测软件就会发出警报提醒工作人员处理故障，避免因换热器发生故障时无法及时处理而带来的经济损失，能够有效提升生产安全系数。

本发明的目的是通过以下具体技术方案实现的：本发明的硬件部分由传感器、信号采集处理装置、工控机、数据库、移动终端app和电源等设备构成。其中信号处理装置由数据采集卡与调理电路和a/d数模转换电路组成，通过采集换热器工作时的压力、温度以及振动信号，通过信号处理装置传输到工控机，经工控机内软件分析处理后将所的故障特征参数通过无线网络上传到服务器的数据库中，移动终端app只要连接服务器就能够实时监测换热器的工作状况。

本发明硬件部分的各个组成功能如下：

(1)传感器部分：由高性能的压力传感器、温度传感器和振动传感器构成，负责收集管壳式换热器工作时的的压力、温度等参数并导入信号处理装置。

(2)信号处理装置部分：由数据采集卡与调理电路和a/d数模转换电路组成组成，将传感器部分收集到的模拟信号转换成数字信号并发送到工控机。

(3)工控机：接收处理后的数字信号，通过以太网接口模块接收，通过主机内的虚拟仪器软件处理后提取出温度、振动、压力等特征参数，在通过信号上传程序将数据上传到数据库中。

(4)数据库：位于数据中心服务器的数据库通过存储于读取数据实现移动终端与工控机数据的对接。

(5)移动终端：负责接收来自服务器数据库的数据，并通过安装的app应用程序实现对换热器的工作状态的进行实时监控

(6)电源：向信号处理装置和工控机进行供电。

除了硬件的支持，本发明还需要相关的软件实现对换热器工作信号的分析处理，才能实现准确的对换热器的监测以及出现故障时的及时报警。软件部分及其实现的具体功能如下：

(1)虚拟仪器软件：用于实现对换热器工作信号的采集、处理与显示，将处理后的信号定期存储在工控机内的指定文件夹内，以方便调用。

(2)数据上传软件：和虚拟仪器软件一样需要安装在工控主机内，负责将所存储的数据与远程数据库进行对接，将数据上传到服务器的数据库中。

(3)移动终端app：作为安装在移动终端的app程序，通过提取数据库中的数据与正常工作状态下的数据进行对比分析，实时显示采集到的压力、温度、加速度信号，实现对换热器的工作状态进行实时监控，当换热器发生故障时，app的监测界面会及时发出警报，提醒工作人员进行维护。

目前没有出现同类型的发明，本发明所设计的系统通过对将处理后得到数据与正常数据对比，当数据超出所设计限值时就会发出警报，提醒工作人员在管壳式换热器发生失效甚至有失效预兆之前及时采取措施，从而有效降低或避免因未及时发现换热器故障而造成的经济损失。

本发明的优点与效果是：

本发明利用压力、温度和振动传感器以及无线通信网络实时监测换热器的状态，并将传感器的数据通过处理后，上传到数据中心服务器后再通过移动设备对数据进行监测，使技术人员能够实时在移动终端app上监测波纹补偿器的工作状况，在发生故障时及时发出警报，使工作人员能够实时对波纹补偿器的工作状态进行监测。成功解决人工监测存在的弊端，有效降低了因未及时发现补偿器故障而造成的经济损失，提高安全生产系数，有效减少企业损失。

附图说明

图1为传感器位置装配图

图2为信号处理单元工作原理图

图3为数据传输结构示意图

具体实施方式：

通过结合图1和图2，对本发明的实施进行具体说明。

本发明主要对管壳式换热器工作时产生的压力、温度、振动信号进行采集与监测，需要安装高性能的传感器对换热器的工作信号进行采集，根据需要在换热器两端封头上方和筒体表面打孔，嵌入压力传感器(1)，将温度传感器(2)安装于换热器两端封头下方和筒体表面，将振动传感器(3)分别吸附在两端接管上。安装位置如图1中所示。

系统的具体实施方案是通过高性能的传感器采集换热器的工作时产生的实时压力、温度、振动信号，通过信号处理装置将收集到的模拟信号转换成数字信号传输至工控机中，经过虚拟仪器软件提取出故障诊断所需的特征参数后储存并上传到服务器的数据库中，用户使用移动终端安装的app程序与数据库进行对接实现对接，由app显示界面实时监测换热器的工作状况，当发现数据异常时及时发出警报从而提醒工作人员，具体流程如图2所示。