本發(fā)明涉及一種換熱器異常檢測(cè)及故障診斷領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、熱交換器作為一種高效、節(jié)能、緊湊的換熱設(shè)備，目前廣泛地應(yīng)用于工業(yè)中，隨著儀控技術(shù)的發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于熱交換器的運(yùn)維，然而熱交換器的狀態(tài)感知檢測(cè)與診斷預(yù)測(cè)等智能化運(yùn)維方法研究較少，熱交換器在線失效識(shí)別診斷與預(yù)測(cè)面臨著缺少?gòu)?fù)雜工況下的、復(fù)雜失效情況下的異常識(shí)別、失效量化及預(yù)測(cè)手段。

2、當(dāng)前主流的熱交換器異常檢測(cè)技術(shù)研究大多基于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，而實(shí)際投入運(yùn)營(yíng)的熱交換器存在更為復(fù)雜的工況條件。其復(fù)雜的參數(shù)波動(dòng)與工況分別將會(huì)極大地影響基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的異常檢測(cè)方法的模型精度，此外，大多數(shù)實(shí)際投入運(yùn)營(yíng)的熱交換器都會(huì)存在缺乏故障數(shù)據(jù)的問(wèn)題，使得機(jī)器學(xué)習(xí)模型的應(yīng)用范圍大大縮小，缺乏復(fù)雜工況下的異常檢測(cè)方法。另一方面，熱交換器故障診斷技術(shù)從機(jī)理、信號(hào)處理及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等方向有了一定的發(fā)展，大多能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的故障識(shí)別與診斷。但當(dāng)前的熱交換器故障診斷方法大多集中于故障模式的識(shí)別與定位，而對(duì)于泄漏、結(jié)垢等故障模式往往需要進(jìn)行量化分析，從而指導(dǎo)運(yùn)維優(yōu)化決策，缺乏故障量化診斷的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備，其能實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)多工況下的換熱器異常檢測(cè)，提升異常檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其包括：采集換熱器關(guān)鍵部件的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，其中關(guān)鍵部件的數(shù)據(jù)包括在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)；根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建波動(dòng)工況敏感指標(biāo)，波動(dòng)工況敏感指標(biāo)包括泄露故障指標(biāo)和結(jié)垢故障指標(biāo)，由波動(dòng)工況敏感指標(biāo)獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的跟隨特性分析指標(biāo)，以構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型；根據(jù)非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型進(jìn)行泄露故障定量診斷，以及結(jié)垢故障定量診斷。

3、進(jìn)一步，在線監(jiān)測(cè)參數(shù)包括溫度、壓力和體積流量；

4、離線數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和物性參數(shù)，其中，結(jié)構(gòu)參數(shù)包括冷/熱側(cè)流道的當(dāng)量直徑、流道截面積、流道長(zhǎng)度、流程數(shù)、總傳熱面積，以及管徑比；物性參數(shù)包括冷/熱側(cè)介質(zhì)的絕對(duì)粘度、密度和定壓比熱。

5、進(jìn)一步，根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建波動(dòng)工況敏感指標(biāo)，由波動(dòng)工況敏感指標(biāo)獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的跟隨特性分析指標(biāo)，包括：

6、設(shè)熱交換器入口參數(shù)為c2，出口參數(shù)為c1；熱交換器出口參數(shù)c2隨著入口參數(shù)c1的變化而變化，而具體如何變化則是由熱交換器的隱藏狀態(tài)決定；

7、當(dāng)隱藏狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則熱交換器發(fā)生了偏離原有工作狀態(tài)的情況，發(fā)生了異常；而參數(shù)的跟隨特性又反映了熱交換器隱藏狀態(tài)，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)參數(shù)的跟隨特性，反推熱交換器隱藏狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)異常檢測(cè)。

8、進(jìn)一步，構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型，包括：

9、構(gòu)建多工況的健康記憶矩陣，并利用矩陣之間的空間關(guān)聯(lián)特性對(duì)健康記憶矩陣進(jìn)行簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)多工況的、非平穩(wěn)性的熱交換器在線異常檢測(cè)。

10、進(jìn)一步，泄露故障定量診斷，包括：從傳熱和能量守恒的角度出發(fā)，構(gòu)建基于熱量衡算的介質(zhì)內(nèi)漏和法蘭密封面泄露定量診斷模型，以進(jìn)行介質(zhì)泄露定量診斷。

11、進(jìn)一步，介質(zhì)內(nèi)漏和法蘭密封面泄露定量診斷模型為：

12、

13、式中，x為泄漏量；vh為熱流體流量；vc為冷流體流量；thi為管程進(jìn)口溫度；tho為管程出口溫度，tci為殼程進(jìn)口溫度，tco為殼程出口溫度。

14、進(jìn)一步，結(jié)垢故障定量診斷，包括：構(gòu)建基于基準(zhǔn)傳熱模型的結(jié)垢量估算方法，引入非線性回歸模型構(gòu)建污垢厚度的量化方法，結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)建結(jié)垢量的定量診斷模型，為：

15、δf＝rf·λf

16、式中，δf為污垢層的厚度；rf為污垢層的熱阻值；λw為污垢層的導(dǎo)熱率。

17、一種非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷系統(tǒng)，其包括：數(shù)據(jù)處理模塊，采集換熱器關(guān)鍵部件的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，其中數(shù)據(jù)包括在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)；跟隨特性模塊，根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建波動(dòng)工況敏感指標(biāo)，波動(dòng)工況敏感指標(biāo)包括泄露故障指標(biāo)和結(jié)垢故障指標(biāo)，由波動(dòng)工況敏感指標(biāo)獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的跟隨特性分析指標(biāo)，以構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型；診斷模塊，根據(jù)非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型進(jìn)行泄露故障定量診斷，以及結(jié)垢故障定量診斷。

18、一種存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括指令，所述指令當(dāng)由計(jì)算設(shè)備執(zhí)行時(shí)，使得所述計(jì)算設(shè)備執(zhí)行上述方法中的任一方法。

19、一種計(jì)算設(shè)備，其包括：一個(gè)或多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器及一個(gè)或多個(gè)程序，其中一個(gè)或多個(gè)程序存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并被配置為所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括用于執(zhí)行上述方法中的任一方法的指令。

20、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有的異常檢測(cè)和故障診斷方法相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

21、1、針對(duì)多變工況影響下異常檢測(cè)模型難以準(zhǔn)確區(qū)分異常與正常的問(wèn)題，本發(fā)明引入?yún)f(xié)整分析的思想，通過(guò)消除參數(shù)波動(dòng)，將非穩(wěn)態(tài)多工況異常檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)多工況異常檢測(cè)問(wèn)題，構(gòu)建多工況的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與異常檢測(cè)模型。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)多工況下的換熱器異常檢測(cè)，提升異常檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

22、2、針對(duì)以設(shè)備冷卻水熱交換器故障模式多樣難測(cè)的問(wèn)題，本發(fā)明構(gòu)建機(jī)理驅(qū)動(dòng)的故障識(shí)別與定位推理機(jī)，并引入虛擬感知的思想，對(duì)于泄漏故障，構(gòu)建基于熱量守恒

23、的泄漏量估算方法；對(duì)于結(jié)垢故障，構(gòu)建基于基準(zhǔn)傳熱模型的結(jié)垢量估算方法，并引入非線性回歸模型構(gòu)建污垢厚度的量化方法。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)失效程度的量化分析，縮小故障診斷的誤差。

24、3、本發(fā)明設(shè)置了設(shè)備冷卻水熱交換器狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)。從系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)功能等角度出發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)功能需求分析，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了設(shè)備參數(shù)管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障分析與管理等功能模塊，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備特征參數(shù)配置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)及分析結(jié)果可視化及報(bào)告管理等應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其特征在于，在線監(jiān)測(cè)參數(shù)包括溫度、壓力和體積流量；

3.如權(quán)利要求1所述非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建波動(dòng)工況敏感指標(biāo)，由波動(dòng)工況敏感指標(biāo)獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的跟隨特性分析指標(biāo)，包括：

4.如權(quán)利要求3所述非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其特征在于，構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型，包括：

5.如權(quán)利要求1所述非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其特征在于，泄露故障定量診斷，包括：從傳熱和能量守恒的角度出發(fā)，構(gòu)建基于熱量衡算的介質(zhì)內(nèi)漏和法蘭密封面泄露定量診斷模型，以進(jìn)行介質(zhì)泄露定量診斷。

6.如權(quán)利要求1所述非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其特征在于，介質(zhì)內(nèi)漏和法蘭密封面泄露定量診斷模型為：

7.如權(quán)利要求1所述非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法，其特征在于，結(jié)垢故障定量診斷，包括：構(gòu)建基于基準(zhǔn)傳熱模型的結(jié)垢量估算方法，引入非線性回歸模型構(gòu)建污垢厚度的量化方法，結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)建結(jié)垢量的定量診斷模型，為：

8.一種非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括指令，所述指令當(dāng)由計(jì)算設(shè)備執(zhí)行時(shí)，使得所述計(jì)算設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1至7所述方法中的任一方法。

10.一種計(jì)算設(shè)備，其特征在于，包括：一個(gè)或多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器及一個(gè)或多個(gè)程序，其中一個(gè)或多個(gè)程序存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并被配置為所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至7所述方法中的任一方法的指令。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及換熱器異常檢測(cè)及故障診斷領(lǐng)域，公開(kāi)了一種非穩(wěn)態(tài)多工況下熱交換器異常檢測(cè)及定量診斷方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備，其包括：采集換熱器關(guān)鍵部件的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，其中數(shù)據(jù)包括在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)；根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建波動(dòng)工況敏感指標(biāo)，波動(dòng)工況敏感指標(biāo)包括泄露故障指標(biāo)和結(jié)垢故障指標(biāo)，由波動(dòng)工況敏感指標(biāo)獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的跟隨特性分析指標(biāo)，以構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型；根據(jù)非穩(wěn)態(tài)多工況下異常檢測(cè)模型進(jìn)行泄露故障定量診斷，以及結(jié)垢故障定量診斷。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)多工況下的換熱器異常檢測(cè)，提升異常檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：李達(dá),徐海波,秦小剛,張明,安維崢,燕夏婧,馬英怡,張祖妍,竇天棋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中海石油（中國(guó)）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6