[发明专利]一种智能型前置过滤器在线监测与诊断装置及方法

权利要求书

1.一种智能型前置过滤器在线监测与诊断装置，其特征在于：包括依次连接于前置过滤器(5)的智能取样分配系统(1)和智能诊断单元(2)，同时智能诊断单元(2)通过通信接口依次连接前置过滤器运行程控PLC上位机(3)和前置过滤运行程控PLC(4)，所述智能取样分配系统(1)监测多路水样中悬浮颗粒物的数量、体积和粒径分布指标，并将数据传输到智能诊断单元(2)进行存储及分析；所述智能取样分配系统(1)包括与前置过滤器(5)进水口和出水口连接的取样冷却装置(1-1)、与取样冷却装置(1-1)连接的样品分配装置(1-2)以及与样品分配装置(1-2)连接的在线激光颗粒计数仪(1-3)；所述智能诊断单元(2)包括交换机(2-1)以及与交换机(2-1)连接的诊断评估模块(2-2)和通信接口模块(2-3)，所述智能诊断单元(2)通过交换机(2-1)连接智能取样分配系统(1)的在线激光颗粒计数仪(1-3)，所述智能诊断单元(2)通过通信接口模块(2-3)连接前置过滤器运行程控PLC上位机(3)，诊断评估模块(2-2)与前置过滤器运行程控PLC上位机(3)通信。

2.根据权利要求1所述的智能型前置过滤器在线监测与诊断装置，其特征在于：所述智能取样分配系统(1)能够智能化自动切换多台前置过滤器进水口和出水口水样，利用一台在线激光颗粒计数仪(1-3)监测多路水样中悬浮颗粒物的数量、体积和粒径分布数据。

3.根据权利要求1所述的智能型前置过滤器在线监测与诊断装置，其特征在于：所述前置过滤器(5)为发电厂凝结水、锅炉补给水和疏水除铁或除悬浮物，以及石化、冶金行业凝结水、疏水、乳化液和脱脂液除铁或除悬浮物用绕线式过滤器、粉末树脂覆盖过滤器、折叠式过滤器、大流量过滤器或熔喷式过滤器。

4.权利要求1所述智能型前置过滤器在线监测与诊断装置进行在线监测与诊断的方法，其特征在于：所述智能取样分配系统(1)的取样冷却装置(1-1)分别从前置过滤器(5)的进水口和出水口取样，并冷却至在线激光颗粒计数仪(1-3)所需的恒定温度，在线激光颗粒计数仪(1-3)分别测定前置过滤器(5)进出水中样品悬浮颗粒物数量、体积浓度和粒径分布数据；所述智能诊断单元(2)的交换机(2-1)接收在线激光颗粒计数仪(1-3)传输的前置过滤器(5)进水口和出水口中样品悬浮颗粒物数量、体积浓度和粒径分布数据，并传输至诊断评估模块(2-2)，前置过滤运行程控PLC(4)获取实时的前置过滤器流量、水温、压差、运行时间数据，并传输至前置过滤器运行程控PLC上位机(3)，诊断评估模块(2-2)通过通信接口模块(2-3)的OPC接口与前置过滤器运行程控PLC上位机(3)进行通信，结合从智能取样分配系统(1)获取的样品悬浮颗粒物数量、体积浓度和粒径分布数据，诊断评估模块(2-2)计算出前置过滤器(5)的除铁效率、截污总量、运行周期和周期制水量数据，分析前置过滤器(5)各个运行周期除铁效率、运行时间、周期制水量和截污总量，动态指导前置过滤器的运行，包括评估前置过滤器运行水平，预测前置过滤器的运行周期、过滤元件的使用寿命，预警前置过滤器过滤元件损坏、粉末树脂泄漏、过滤器制造安装缺陷及超负荷运行异常情况，指示前置过滤器的解列时间点、过滤元件更换时间点，表征锅炉、管道系统的腐蚀变化情况，指导前置过滤器运行工况和机组工况的调整。

5.根据权利要求4所述的在线监测与诊断的方法，其特征在于：

所述前置过滤器(5)进出水中样品悬浮颗粒物数量由在线激光颗粒计数仪(1-3)直接测定，分为各粒径范围颗粒数和总颗粒数，用N表示，单位为个/mL或100个/mL；粒径分布范围由同类型水样数据库的数据提供；

所述前置过滤器(5)进出水中样品悬浮颗粒物的体积浓度根据在线激光颗粒计数仪测定的悬浮颗粒物各粒径范围的颗粒数计算，计算公式如(4)所示，需满足以下假设条件：悬浮颗粒物为球形；

式中：V_n——指定粒径范围内悬浮颗粒物体积浓度，10^-3μL/L(ppb)；

——指定粒径范围内悬浮颗粒物的平均粒径，μm；

N_n——指定粒径范围内悬浮颗粒物颗粒数，个/mL；

V_样——水样体积，mL；

所述前置过滤器(5)的截污总量的计算公式如下：

C=Σi=1nρnVn---(5)]]>

S=∫Tqt(C1-C2)×10-6dt---(6)]]>

式中：C——悬浮物质量浓度，μg/L；

ρ_n——指定粒径范围内悬浮颗粒物密度，g/cm³；

V_n——指定粒径范围内悬浮颗粒物体积浓度，10^-3μL/L(ppb)；

S——单台前置过滤器的截污总量，kg；

q_t——t时刻前置过滤器出水流量，m³/h；

C₁——t时刻前置过滤器进水中悬浮物质量浓度，μg/L；

C₂——t时刻前置过滤器出水中悬浮物质量浓度，μg/L；

T——过滤器运行周期，h；

dt——单位运行时间，h；

前置过滤器(5)进出水中悬浮铁质量浓度的计算公式如下：

式中：C_Fe——悬浮铁质量浓度，μg/L；

——悬浮铁占悬浮颗粒物的质量百分数，％；

ρ_n——指定粒径范围内悬浮颗粒物密度，g/cm³；

V_n——指定粒径范围内悬浮颗粒物体积浓度，10^-3μL/L；

智能型在线监测与诊断装置测定前置过滤器某正常运行阶段进、出水中的悬浮颗粒物的体积浓度，根据公式(7)能够计算出同阶段悬浮铁质量浓度；其中：根据特定前置过滤器进出水中悬浮颗粒物的元素分析结果取值，ρ_n的取值范围是3.0～5.5g/cm³，根据特定前置过滤器进出水中悬浮颗粒物的X射线衍射结果取值；经过多次监测和测定后，同类型水体中悬浮颗粒物的值和ρ_n值能够确定，存储在智能诊断单元(2)的诊断评估模块(2-2)的软件数据库中；

所述前置过滤器(5)的除铁效率的计算公式如下：

β=CFe1-CFe2CFe1×100%---(8)]]>

式中：β——悬浮态铁的去除率，％；

——前置过滤器进水中悬浮态铁的含量，μg/L；

——前置过滤器出水中悬浮态铁的含量，μg/L；

所述前置过滤器(5)的运行周期为前置过滤器投运到解列的时间T，前置过滤器运行数据的采集、运算以及诊断评估均以前置过滤器运行周期为基准，单位为小时；

所述前置过滤器(5)的周期制水量的计算公式如下：

QT=∫Tqtdt---(9)]]>

式中：Q_T——周期制水量，m³；

q_t——t时刻前置过滤器出水流量，m³/h；

T——过滤器运行周期，h；

所述前置过滤器(5)过滤元件的使用寿命采用前置过滤器过滤元件寿命评价系数评价，计算公式如下：

K＝P/Q   (10)

式中：K——前置过滤器过滤元件寿命评价系数；

P——过滤元件投运初期，不同流量下的运行压差，kPa；

Q——过滤元件投运初期，t时刻的流量，m³/h。