[发明专利]换热器漏流异常工况在线诊断与选择性控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工之系统工程领域，尤其涉及换热器漏流异常工况在线诊断与选择性控制方法及装置。

背景技术

换热器是石油化工过程中十分重要的能量回收系统，对换热器的操作和控制将直接影响系统的总费用、产品质量乃至生产安全。在石油化工过程中，换热器常载有强腐蚀、高温、高压等性质的流体，由于其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异常工况发生。另一方面，换热器漏流异常工况常具有较大的隐蔽性，难以监测和控制。若漏流流股的流量为换热器控制变量，一旦发生漏流，由于流量减小将导致其输出温度偏离设计值，此时采用常规控制方案将进一步增大漏流流股的流量，由于漏流的存在将导致不能实现温度控制要求，甚至由于不断增大漏流流股的流量而使得漏流情况更加严重危及生产安全。

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。有研究者提出通过采集换热器运行过程中的历史数据并对数据进行处理和分析，实现对其漏流异常工况的诊断，虽然在一定程度上提高了漏流诊断的实时性，但这种方法需要收集历史数据并对其进行分析，难以直接用于对换热器漏流异常工况的控制。目前，在实际生产中对换热器及其组成的换热网络的温度控制往往采用简单PID（Proportion Integral Derivative，比例、积分、微分）控制，在换热网络中不存在换热器漏流的正常工况下，该控制方案可以满足控制要求。一旦换热网络中存在一个或多个换热器漏流时，采用简单PID控制存在着很多弊端：（一）若漏流流股的流量为操纵变量，当发生漏流时由于采用简单PID控制将进一步增大漏流流股的流量，导致漏流流量增加而被控温度依然偏离给定值；（二）由于控制偏差的存在根据PID控制算法，将不断增大漏流流股流量，造成能量和质量损耗甚至对环境和物料产生污染，造成生产危险。

发明内容

本发明实施例提供一种换热器漏流异常工况的在线诊断方法，用以实现对换热器漏流异常工况的有效在线诊断，该方法包括：

建立换热器漏流异常工况的动态数学模型；

采用最小二乘递推算法在线辨识所述动态数学模型的模型增益；

根据所述模型增益的符号变化，进行换热器漏流异常工况的在线诊断。

一个实施例中，所述建立换热器漏流异常工况的动态数学模型，包括：

以换热器漏流位置为边界将换热器分为两段，根据能量平衡和质量守恒分别得出两段的换热器壳程流体、管程流体以及管内壁和管外壁的温度与流体流量动态数学关系，然后通过分段集总化处理建立换热器漏流异常工况的动态数学模型。

一个实施例中，所述以换热器漏流位置为边界将换热器分为两段，包括：

在换热器壳程长度方向上将换热器分为漏流前及漏流后两段，以及在换热器管程长度方向上将换热器分为漏流前和漏流后两段。

一个实施例中，所述分段集总化处理包括：

沿换热器轴线方向，将换热器分为N段，各段端点用x(i)表示，i=0,1,2...N，其中x(0)=0，x(N)=L，L为换热器有效长度；第i段长度Δx(i)=x(i)-x(i-1)；将换热器偏微分方程转化为常微分方程：