[發明專利]一種熱交換器運行監測與故障診斷方法及系統

在審

• 申請號: 202110176880.8
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112985790A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 張鳳麗;周祥;王金江;潘輝;王成城
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01D21/02;G01M3/00;G01M3/02;G01N25/20;G06K9/62
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 周影;周達

1.一種熱交換器運行監測與故障診斷方法，其特征在于，所述方法包括：

采集熱交換器的狀態參數數據，所述狀態參數數據包括用于表征所述熱交換器的實時運行狀態的數據；

根據所述狀態參數數據計算得到所述熱交換器的傳熱效率，以利用所述傳熱效率確定所述熱交換器是否存在運行異常；

在確定所述熱交換器存在運行異常的情況下，獲取預先構建的不受流量變化影響的故障模式判別模型，其中，所述故障模式判別模型通過對基于壓降的熱交換器初始故障模式判別模型進行去流量變化影響處理得到；

利用所述不受流量變化影響的故障模式判別模型以及所述狀態參數數據對所述熱交換器進行故障模式識別，以基于識別得到的故障模式對所述熱交換器進行故障診斷。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱交換器的傳熱效率采用下述方式計算得到：

其中，ε為傳熱效率，Q為冷流體或熱流體在管殼式熱交換器中的實際換熱量，Q_max為冷流體或熱流體在管殼式熱交換器中可能發生的最大換熱量。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始故障模式判別模型包括：其中，ΔP為壓降，f為換熱通道的摩擦阻力系數，L為換熱通道的長度，d為換熱通道的當量直徑，V為換熱通道的換熱介質流量，g為重力加速度；

相應的，所述故障模式判別模型采用下述方式構建：

基于壓降以及流量構建阻抗系數S，

利用所述阻抗系數對所述初始故障模式判別模型進行去除流量變化影響處理，得到不受流量變化影響的故障模式判別模型：

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

在確定所述熱交換器的故障模式為結垢故障的情況下，利用當前運行狀態相對未結垢狀態的阻抗系數比確定所述熱交換器是否結垢以及在積垢情況下的結垢程度。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，利用比例計算模型確定所述阻抗系數比，其中，所述比例計算模型包括：

其中，S_f表示當前運行狀態下的阻抗系數，S_c表示未結垢狀態下的阻抗系數，f_f表示當前運行狀態下的換熱通道的摩擦阻力系數，f_c為未結垢狀態下的熱交換器換熱通道的摩擦阻力系數，S_c表示未結垢狀態下的換熱通道的摩擦阻力系數，λ_f表示所結的污垢的導熱系數，R_f表示所結的污垢的熱阻，d_c表示未結垢狀態下的換熱通道的當量直徑。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

在確定所述熱交換器的故障模式為泄漏故障的情況下，利用熱力學能耗法確定不受工況影響的泄漏因子；

利用所述泄漏因子確定所述熱交換器是否泄漏、在泄漏情況下泄漏介質的流動方向以及泄漏程度。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述泄漏因子采用泄漏因子模型確定，其中，所述泄漏因子模型包括：

其中，Δ表示泄漏因子，K_i表示當量傳熱系數，A表示換熱面積，C表示管程介質的比熱容，G_ri表示管程進口流量，t_ri表示管程進口溫度，t_ro正常表示無泄漏狀態下的管程出口溫度，t_ro表示泄漏狀態下的管程出口溫度，t_泄漏表示泄漏處介質溫度，t_li表示殼程的進口溫度，t_lo表示殼程的出口溫度。