[發明專利]一種熱交換器多參數關聯監測預警方法和系統

有效

• 申請號: 202110411263.1
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113108842B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王金江;潘輝;張鳳麗
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）;北京聯華科技有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉翠香

1.一種熱交換器多參數關聯監測預警方法，其特征在于，包括：

獲取熱交換器的一次監測參數，所述一次監測參數包括溫度、壓力和流量；

根據所述熱交換器的結構參數、工藝流體物理性能參數和所述一次監測參數，構建反應傳熱性能、阻力性能、結垢故障和泄漏故障的二次監測參數，提取所述一次監測參數和所述二次監測參數的數據基線；

根據所述熱交換器的運行狀態、使用性能和故障失效與所述一次監測參數和所述二次監測參數的數據基線的關聯關系，構建多參數預警模型，所述多參數預警模型包括構建健康矩陣和觀測矩陣，根據所述健康矩陣和所述觀測矩陣計算狀態估計矩陣；

計算所述觀測矩陣與所述狀態估計矩陣之間的距離值，根據所述距離值計算估計值與實際值之間的相似指數；

統計監測時間段內對差異貢獻率排前三位的一次監測參數和/或二次監測參數，定位出導致所述熱交換器狀態向量偏離的故障并進行預警；

所述二次監測參數包括有效平均溫差、傳熱效率、流體功耗、總熵增率、泄漏因子和結垢阻抗系數；

所述根據所述熱交換器的運行狀態、使用性能和故障失效與所述一次監測參數和所述二次監測參數的數據基線的關聯關系，構建多參數預警模型，所述多參數預警模型包括構建健康矩陣和觀測矩陣，根據所述健康矩陣和所述觀測矩陣計算狀態估計矩陣包括：

通過高階性能指標和所述一次監測參數以及所述二次監測參數的健康數據計算平均值，作為初始聚類中心，計算每種參數與相應聚類中心的距離，根據距離范圍劃分聚類中心所屬集合，對劃分好的集合重新計算每個集合的聚類中心，然后進行迭代，以其作為典型狀態向量構建出健康矩陣；

根據構建完畢的所述健康矩陣與熱交換器實時獲取的一次監測參數、二次監測參數構建的觀測矩陣計算所述狀態估計矩陣，計算公式如下：

其中，D為所述健康矩陣，X_obs為實時獲取的一次監測參數、二次監測參數組成的所述觀測矩陣，X_est為所述狀態估計矩陣，

式中是為避免觀測向量運算之后出現不可逆現象引進的非線性算子，其計算過程為：

2.根據權利要求1所述的熱交換器多參數關聯監測預警方法，其特征在于，所述計算所述觀測矩陣與所述狀態估計矩陣之間的距離值，根據所述距離值計算估計值與實際值之間的相似指數具體包括：

根據如下計算公式計算所述距離值：

其中，dist代表所述距離值，dist(X_obs,X_est)代表觀測矩陣X_obs與狀態估計矩陣X_est之間的距離，X_obsi、X_esti代表了實時樣本值與估計值在第i時刻的狀態向量；

所述相似指數的計算公式如下：

其中，sim代表所述相似指數。

3.根據權利要求2所述的熱交換器多參數關聯監測預警方法，其特征在于，在所述預警之前，還包括：

在歷史健康數據相似指數序列中取一個包含N個樣本的滑動窗口，計算所述滑動窗口內連續N個相似指數的平均值，計算公式如下：

其中，sim_i為第i個相似指數，將使用滑動窗口得出的相似度指數最小值s_min作為預警閾值。