申请日2018.07.09
公开(公告)日2018.10.19
IPC分类号C02F5/00
摘要
本发明涉及一种凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控方法，对涉及循环冷却水处理阻垢效果及工况影响的凝汽器主要参数，包括：换热端差、循环冷却水进口温度、循环冷却水出口温度、汽轮机排汽流量和循环冷却水流量等，以物联网的方式进行在线连续监测并实现云存储、云计算，预测换热端差和进出口水温度差“保持、向好或向差”的趋势;若向差，则预测达到警戒值的时间并排除循环冷却水进口温度、汽轮机排汽流量和循环冷却水流量等工况变化的影响，予以不同等级的警示，以便采取不同的应对措施。本发明在采用非化学加药阻垢技术的条件下，实现了凝汽器结垢倾向的预测、研判和以及程度的警示，以便电厂专业人员采取不同的应对措施。
权利要求书
1.一种凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对凝汽器换热端差进行坐标设定：X轴设为时间，Y轴设为换热端差;
S2、报警值设定：设置端差报警值w，反映为平行于X轴的直线;
S3、换热端差数据的实时采集与存储：
S4、每隔一段设定的时间，采集一次凝汽器的换热端差并存储;
S5、预测警示：对采集到的换热端差，以回归分析法拟合“时间-换热端差”曲线，计算出相关系数R，给出当前时点的切线方程y=kx+b，并在数据量≥n后即进行预测、得出结论：
(1)当|R|≥0.3：
若k<0，则预测结论为：趋好;
若k=0,即y=b,则预测结论为：趋稳;
若k>0，则预测结论为：趋差，此时须进一步计算趋差程度并相应分级别警示，即:将w代入y=kx+b中的y,求得x=(w-b)/k，设p为此刻时间，设定d1、d2……dn至少三个到达报警值w的天数，若：
x-p<d1天，则予以“一级预警”;
d1天≤x-p<d2天，则予以“二级预警”;
……
dn-1天≤x-p<dn天，则予以“n级预警”;
x-p≥dn天，则予以“提请关注”;
一级到n级的预警程度逐级降低;
(2)当|R|<0.3：
若有数据的Y值处于：y≥w,则立即予以“一级预警”;若有m%的数据的Y值处于:w>y≥w-Δw,则予以“二级预警”;若数据的Y值呈其他情况,则结论：正常;m与Δw为设定数值。
2.如权利要求1所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控方法，其特征在于，包括以下步骤：对凝汽器循环冷却水进出口温度差，也按照权利要求1所述的步骤S1-步骤S5进行预测和预警。
3.如权利要求1所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控方法，其特征在于，包括以下步骤：对凝汽器循环冷却水进口温度、汽轮机排汽流量、循环冷却水流量等工况参数，也按照权利要求1所述的步骤S1-步骤S5进行趋势预测。
4.如权利要求1、2和3所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S3与S4中，所述存储为以物联网的方式进行在线连续监测并云存储;
步骤S5中，采用云计算，预测趋势。
5.如权利要求1、2和3所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控方法，其特征在于：
若换热端差和循环水进出口温差同时予以的警示同时处于二级预警以上，则凝汽器可能存在结垢倾向，若此时循环冷却水进口温度、汽轮机排汽流量和循环冷却水流量均无随时间变化的趋势，可判定存在结垢倾向，云计算系统将予以综合警示：
Ⅰ级：端差和水温差两者报警均为“一级”;
Ⅱ级：两者有一为“一级”;
Ⅲ级：两者均为“二级”;
Ⅳ级：两者有一为“二级”;
Ⅴ级：两者均为“三级”;
Ⅵ级：两者有一为“三级”;
按不同级别的综合警示采取不同的应对措施。
6.一种凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统，其特征在于：
包括依次信号连接的凝汽器、凝汽器运行参数监测装置、控制模块、物联网关、云平台;
所述云平台与客户端计算机通过信号连接。
7.如权利要求6所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统，其特征在于：所述凝汽器运行参数监测装置是同时监测换热端差、循环冷却水进口温度、循环冷却水出口温度、汽轮机排汽流量和循环冷却水流量的装置。
8.如权利要求6所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统，其特征在于：所述控制模块是PLC控制器。
9.如权利要求6所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统，其特征在于：所述客户端计算机是台式电脑、手机、平板电脑中的一种或几种。
10.如权利要求7所述的凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统，其特征在于：所述凝汽器运行参数监测装置至少包括DCS、工控机、仪表、传感变送器中其中之一。
说明书
凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统及监控方法
技术领域
本发明涉及一种凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统及监控方法，属于凝汽器运行监控技术领域。
背景技术
凝汽器是汽轮机的重要辅助设备，在火电站和核电站均有广泛运用。它通过换热将汽轮机的排汽冷凝成水供锅炉重新使用，还在汽轮机排汽处建立真空和维持真空，使机组的排汽尽可能膨胀做功，减少冷源损失。
凝汽器需要用循环冷却水带走热量，而循环冷却水需要处理，以起到阻垢等效果。如果凝汽管结垢，将会降低换热效果、增加供电煤耗率，甚至造成凝汽器冷却管的垢下腐蚀。因此，无论采用何种循环冷却水处理方法(如化学加药法、臭氧处理法等)，都必须有效阻垢。一旦结垢，尽管可以采用高压水射流清洗、机械除垢、酸洗等方法予以补救，但往往会耗费大量资源，甚至造成长时间的发电设备停机。因此，不断监测循环水处理的阻垢效果(即预测结垢倾向，无结垢倾向即反映阻垢效果良好)，及时采取应对措施，既能防患于未然，保障凝汽器的安全稳定运行，又能降低电厂运行成本、提高经济效益。
现有的循环冷却水阻垢效果的监控技术，主要基于对循环水的水质进行某些指标的化学分析，如：极限碳酸盐硬度法、ΔA和ΔB法等，适用于化学加药水处理方法，但不适用于原理不同于化学加药的各种水处理新技术，从而限制了其发展和推广应用。而这些新技术由于全部或部分取代了化学加药，往往有节水、减排、防止化学残留物对水环境造成污染、节省电厂药剂采购和存储成本、降低电厂后续“零排放”投资和运行成本的功效。
此外，现有技术的预测功能薄弱，缺乏与前沿IT技术密切结合的手段，不利于资源共享和数据的深度挖掘和充分利用，不利于水处理新技术的产业化。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：现有的循环冷却水处理阻垢效果的监控技术，不适用于非化学加药的循环冷却水处理技术，导致非化学加药循环冷却水处理技术的阻垢效果无法进行有效监测;此外，现有技术的预测功薄弱，而且资源共享程度、数据挖掘深度及自动化程度较低。
本发明采取以下技术方案:
一种凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对凝汽器换热端差进行坐标设定：X轴设为时间，Y轴设为换热端差;S2、报警值设定：设置换热端差报警值w，反映为平行于X轴的直线;S3、换热端差数据的实时采集与存储：S4、每隔一段设定的时间，采集一次凝汽器的换热端差并存储;S5、预测警示：对采集到的换热端差，以回归分析法拟合“时间-换热端差”曲线，给出当前时点的切线方程y=kx+b，并计算出相关系数R，在数据量≥n后即进行预测、得出结论:(1)当|R|≥0.3：若k<0，则预测结论为：趋好;若k=0,即y=b,则预测结论为：趋稳;若k>0，则预测结论为：趋差，此时须进一步计算趋差程度并相应分级别警示，即:将w代入y=kx+b中的y,求得x=(w-b)/k，设p为此刻时间，设定d1、d2……dn至少三个到达报警值w的天数，若：x-p<d1天，则予以“一级预警”;d1天≤x-p<d2天，则予以“二级预警”;……，dn-1天≤x-p<dn天，则予以“n级预警”;x-p≥dn天，则予以“提请关注”;一级到n级的预警程度逐级降低。(2)当|R|<0.3：若有数据的Y值处于：y≥w,则立即予以“一级预警”;若有m%的数据的Y值处于:w>y≥w-Δw,则予以“二级预警”;若数据的Y值呈其他情况,则结论：正常;m与Δw为设定数值。
进一步的，对凝汽器循环冷却水进出口温度差(出口温度-进口温度)，也按照上述的步骤S1-步骤S5进行预测和预警。
进一步的，步骤S3与S4中，所述存储为以物联网的方式进行在线连续监测并云存储;步骤S5中，采用云计算，预测趋好、趋稳或趋差的趋势。
更进一步的，若换热端差和循环水进出口温差同时予以的警示同时处于二级预警以上，则凝汽器可能存在结垢倾向，在排除循环冷却水进口温度、汽轮机排汽流量、循环冷却水流量等工况影响后，云计算系统将予以综合警示：Ⅰ级：端差和水温差两者报警均为“一级”;Ⅱ级：两者有一为“一级”;Ⅲ级：两者均为“二级”;Ⅳ级：两者有一为“二级”;Ⅴ级：两者均为“三级”;Ⅵ级：两者有一为“三级”;电厂专业人员可按不同级别的综合警示采取不同的应对措施。
一种凝汽器循环水处理阻垢效果的预测性监控系统，包括信号依次连接的凝汽器、凝汽器运行参数监测装置、控制模块、物联网关、云平台;所述云平台与客户端计算机信号连接。
进一步的，所述凝汽器运行参数监测装置是同时监测凝汽器的换热端差、循环冷却水进口温度和出口温度、汽轮机排汽流量、循环冷却水流量等主要运行参数的装置。
进一步的，所述控制模块是PLC控制器。
进一步的，所述客户端计算机是台式电脑、手机、平板电脑中的一种或几种。
再进一步的，所述凝汽器运行参数监测装置至少包括DCS(集散控制系统)、工控机、仪表、传感变送器其中之一。
本发明的有益效果在于：
1)对凝汽器换热端差、循环冷却水进出口温差，以物联网的方式进行在线连续监测并实现云存储、云计算，预测保持、向好或向差的趋势;若向差，则排除工况变化的影响，预测达到警戒值的时间，予以不同等级的警示，以便采取不同的应对措施。
2)在采用非化学加药循环冷却水处理技术的条件下，实现了结垢倾向(阻垢效果)的预测、研判和以及程度的警示，以便采用不同的应对措施;
3)有效避免凝汽器定期维修保养和故障检修、维修，实践中出现的：因过早维修保养、更换部件而浪费资源、或因维保、排障不及时、耗时长而造成停机和能耗增加等经济损失。
4)与前沿IT技术相结合，实现凝汽器预测性运维所必需的状态监测和状态预测，促进预测性运维技术的实际应用和产业化。
5)因凝汽器是火电站和核电站的重要设备之一，故对其进行预测性监控，不但能保障其安全稳定运行，而且能降低运行成本、提高经济效益。
6)各电力集团可自行或与第三方合作实施本发明：建立云平台，在其上配置存储、计算资源并采用统一的监测、预测方法，旗下各电厂只要配置成本极低的物联网关和PLC，凝汽器的主要运行参数就可实时、连续传输至云平台，经云计算后通过互联网将结果反馈至各电厂的台式电脑、手机、平板电脑等客户端，由电厂专业管理和技术人员查看数据和趋势曲线，必要时自动向存在问题的电厂予以不同级别的警示。
7)在监测、预测的基础上，可进而发展故障诊断和维保决策支持并扩大应用至凝汽器之外的其他设备，如汽轮机、蒸汽发生器、发电机等。
8)各电力集团通过云平台日积月累大数据，可开展旗下各电厂设备实际运营水平的比较，并通过机器学习等人工智能手段，归纳形成最优化方案，对各电厂的设备运行提供指导。
9)有利于电力企业提高设备的监控和维修保养水平，并通过适时、适当、精准的维修保养来降低运维成本、厂用电率和供电煤耗率;
10)对各电力集团提升管理水平、提高经济效益、节约能源和资源、促进环境保护、提升企业形象都具有重要作用。
11)因我国发电量巨大，电力行业的资源节约和环境保护对全社会极其重要，故本申请的技术方案在电力行业的推广应用具有极大的社会、环境和生态效益。
