[发明专利]一种热交换器多参数关联监测预警方法和系统

说明书

本申请公开了热交换器多参数关联监测预警方法，包括获取热交换器的一次监测参数；根据热交换器的结构参数、工艺流体物理性能参数和一次监测参数，构建二次监测参数，提取一次监测参数和二次监测参数的数据基线；构建多参数预警模型，包括构建健康矩阵和观测矩阵，根据健康矩阵和观测矩阵计算状态估计矩阵；计算观测矩阵与状态估计矩阵之间的距离值，根据距离值计算估计值与实际值之间的相似指数；统计监测时间段内对差异贡献率排前三位的一次监测参数和/或二次监测参数，定位出导致热交换器状态向量偏离的故障并进行预警，该方法能提高识别故障类型的准确度，提高热交换器运行的安全性和可靠性。本申请还公开了热交换器多参数关联监测预警系统。

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，特别是涉及一种热交换器多参数关联监测预警方法和系统。

背景技术

管壳式热交换器是化工、炼油、动力、原子能、核电等工业部门中通用的工艺设备，通过这种设备，使温度较高的流体物料将热量传递给温度较低的流体物料以满足工艺要求。对于发展迅速的化工、炼油等工业部门来说，热交换器尤为重要，通常在化工厂的建设中，热交换器的投资约占总投资的10％至20％。管壳式热交换器作为工业生产现场主要的换热设备，其运转状况直接影响到工艺流体是否能够达到要求的工艺温度，从而影响到整套工艺目标的实现，因此，开展管壳式热交换器的运行状态估计和预警有利于设备运行状态的及时评估，方便现场生产人员进行针对性检修与维护，从而减少由于热交换器故障引起的生产停滞时间，提高生产效益。

目前管壳式热交换器运行状态评估与预警存在如下问题：工艺流体进出口温度、压力和流量等一次监测参数无法全面表征热交换器的使用性能及不同工况下各个状态参数的改变，导致热交换器监测预警困难，具体而言，温度和压力等一次监测状态参数作为热交换器使用性能的直接体现，易受到环境温度类因素的影响。如仅采用工艺流体进出口温度等监测状态参数等作为热交换器运行状态表征因素，则难以确保运行状态的估计值能精确描述管壳式热交换器的实时运转状态；其次，在不同工况下，不同种类的工艺介质、冷热流体间的不同温差等因素均会造成热交换器换热量的改变，从而使以换热量作为衡量热交换器使用性能的基础受到挑战，因此，如何选取不受工艺条件影响的、能反映热交换器本身性能的状态指标以及如何结合工艺要求对热交换器运行状态进行精准评估以预警是亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种热交换器多参数关联监测预警方法和系统，能够把握设备整体运行状态，实时追踪故障发展过程，提前发现设备异常以及引起异常的主要参数信息，提高识别故障类型的准确度，提高热交换器运行的安全性和可靠性。

本发明提供的一种热交换器多参数关联监测预警方法包括：

获取热交换器的一次监测参数，所述一次监测参数包括温度、压力和流量；

根据所述热交换器的结构参数、工艺流体物理性能参数和所述一次监测参数，构建反应传热性能、阻力性能、结垢故障和泄漏故障的二次监测参数，提取所述一次监测参数和所述二次监测参数的数据基线；

根据所述热交换器的运行状态、使用性能和故障失效与所述一次监测参数和所述二次监测参数的数据基线的关联关系，构建多参数预警模型，所述多参数预警模型包括构建健康矩阵和观测矩阵，根据所述健康矩阵和所述观测矩阵计算状态估计矩阵；

计算所述观测矩阵与所述状态估计矩阵之间的距离值，根据所述距离值计算估计值与实际值之间的相似指数；

统计监测时间段内对差异贡献率排前三位的一次监测参数和/或二次监测参数，定位出导致所述热交换器状态向量偏离的故障并进行预警。

优选的，在上述热交换器多参数关联监测预警方法中，所述二次监测参数包括有效平均温差、传热效率、流体功耗、总熵增率、泄漏因子和结垢阻抗系数。