[發明專利]一種流程工業管網系統的監控系統和方法

有效

• 申請號: 201110195934.1
• 申請日: 2011-07-13
• 公開（公告）號: CN102830662A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 孫緒彬;王學雷
• 申請（專利權）人: 北京三博中自科技有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明涉及流程工業管網系統的監控系統和方法，特別涉及流程工業蒸汽系統的監控系統和方法。

背景技術

流程工業中廣泛使用的各種能源介質，比如水、蒸汽、鋼鐵企業的煤氣、化工企業的瓦斯氣等，都通過管網進行傳輸，并且在管網上都會連接相應的設備，這些設備負責生產、消耗、轉化所傳輸的能源介質或對其進行其他各類處理操作。可以將能源介質的傳輸管網和管網上連接的各種設備稱為管網系統，如公用工程中的蒸汽系統等。管網系統的共同特點是管網比較復雜，設備類型和數量較多，現場生產參數多，人工直接監控的難度大。下面簡單介紹幾種典型的介質及其相應的管網和設備。

蒸汽是化工、冶金等流程工業重要的能源介質，蒸汽通過燃料(比如煤、天然氣、燃油等)燃燒放熱產生，蒸汽可作為換熱或工藝生產介質，也可以驅動發電機發電或驅動其他設備做功。

下面以蒸汽系統為例介紹管網系統的復雜性。蒸汽系統是企業公用工程的一部分，它由蒸汽管網和蒸汽設備組成，為企業的生產提供各壓力等級的蒸汽，圖1給出了一個簡化的蒸汽系統的示意圖。根據蒸汽管網中蒸汽壓力和溫度可以把蒸汽管網分為不同的壓力等級，圖1中的蒸汽系統包含三級蒸汽管網：高壓蒸汽管網(10.0MPa，530℃)、中壓蒸汽管網(3.8MPa，400℃)和低壓蒸汽管網(0.5MPa，190℃)。蒸汽設備包括通用蒸汽設備和產耗蒸汽工藝設備。產耗蒸汽工藝設備包括消耗蒸汽工藝設備(如圖1中工藝設備1、2和4)和副產蒸汽工藝設備(如圖1中工藝設備3和5)。蒸汽管網上的通用蒸汽設備包括鍋爐、透平、減溫減壓站、放空閥等。鍋爐為產汽設備，不同鍋爐的熱效率是不一樣的，同一臺鍋爐在不同負荷下熱效率也是不一樣的。圖1中給出了兩臺生產高壓蒸汽的鍋爐：A鍋爐和B鍋爐。透平為耗汽做功設備，進入透平的蒸汽做功發電或驅動壓縮機等工藝設備。抽汽式透平中的部分蒸汽做功后從透平中間級抽出，并入低能級的蒸汽管網。透平的排汽類型分為兩種：背壓式和凝汽式。背壓式透平排出的蒸汽并入低能級的蒸汽管網繼續使用；凝汽式透平也叫冷凝式透平，其排出的蒸汽冷凝后循環使用。對于抽凝式的發電透平，透平的總進汽量、抽汽量可根據需要進行調節，發電機的發電量也隨之變化。圖1中1#透平為二次抽汽冷凝式透平，驅動發電機發電，一次抽汽并入中壓蒸汽管網，二次抽汽并入低壓蒸汽管網，冷凝水進入冷凝水管道；2#透平為一次抽汽冷凝式透平，驅動發電機發電，一次抽汽并入中壓蒸汽管道；3#透平為凝汽式，驅動壓縮機做功；4#透平為一次抽汽冷凝式，驅動壓縮機做功，一次抽汽并入低壓蒸汽管網。減溫減壓站是蒸汽能級轉換設備，它安裝在不同能級管網之間，把高能級的蒸汽減溫減壓為低能級的蒸汽，圖1中的1#減溫減壓站的作用是把高壓蒸汽減溫減壓為中壓蒸汽；2#減溫減壓站的作用是把中壓蒸汽減溫減壓為低壓蒸汽。減溫減壓過程降低了蒸汽的做功能力，應盡量減少減溫減壓量以減少能源消耗。放空閥把管網中的蒸汽直接排放到大氣中，是蒸汽管網的壓力調節設備，圖1中的1#放空閥用來調節中壓蒸汽管網壓力，2#放空閥用來調節低壓蒸汽管網壓力，應盡量減少放空量以減少能源消耗。

水也是流程行業常用的能源介質，根據水的用途可分為脫鹽水、冷凝水、消防水和生活水等幾種類型。其中脫鹽水是原水經過處理后用于生產蒸汽的，其管網上連接的設備包括加壓泵、鍋爐、透平凝汽器、除氧器、換熱器和水處理裝置等。加壓泵給管網中的脫鹽水加壓，使得脫鹽水能夠在管網中流動；鍋爐給脫鹽水加熱使其成為蒸汽；透平凝汽器使得透平排出的蒸汽冷凝為液體循環使用；除氧器通過給脫鹽水中通入蒸汽降低脫鹽水的氧含量；換熱器的作用是給脫鹽水加熱或回收冷凝水(可作為脫鹽水使用)的余熱；水處理裝置主要對原水和回收的脫鹽水進行生化處理，使其滿足脫鹽水的要求。

鋼鐵企業的煤氣是一種重要的二次能源介質，可分為焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣三大類，這三類煤氣可單獨傳輸和使用，也可以混合后傳輸和使用。其中焦爐煤氣是熱值最高的煤氣類型，其管網上的設備包括：焦爐、鼓風機、氣柜、加壓站和各類用戶。焦爐是生產焦爐煤氣的單元，焦爐本身還需要一部分焦爐煤氣進行焦爐的加熱；鼓風機是作用是抽出焦爐碳化室的煤氣，使其流向凈化工序；氣柜是焦爐煤氣的緩存單元，也起到穩定焦爐煤氣管網壓力的作用；加壓站是煤氣的加壓設備，是煤氣傳輸的動力源；常見的焦爐煤氣用戶包括燃氣鍋爐、燒結機等。