监测换热器在线评价系统的设计与实现
换热器实时监控系统的设计与实现
换热器实时监控系统的设计与实现柏杨进;薄翠梅;平亦超;何平【摘要】. In order to ensure large-scale circulating cooling water system＇s normal operation and continuous production, it must be effective to monitor the system＇s scaling, corrosion and other parameters of water quality to define best water treatment program. The temperature directly indicates the scaling situation of the circulatory system under fixed heat exchanger size and circulating water flow-rate. A monitoring system is developed for on-site industrial monitoring heat exchanger parameters with C # platform. This system actualizes collecting, displaying, querying history data for all the related data for the heat exchanger for monitoring, and can draw history and real-time curves.%为保证大型循环冷却水系统的正常运转和连续生产，必须有效地对循环系统的结垢、腐蚀及水质等各项参数进行监测，从而评定出最佳的水处理方案。
在换热器尺寸和循环水体积流量一定时，温度直接反应了循环系统的结垢情况。
基于DCS的换热器性能实时在线监测预报系统
报警信息 。 １１ 系 统 测 点 ．
的数 据 已经 实 现 了网络 共享 ，这 使得 各种 设 备状 态 的监 测 成 为 可能 。 由于 装 置运 行 工况 的频 繁 变 化 ， 用 人 工 观 测 方 法 难 以确 采 定设 备 的 工作 状 态 。状 态监 测 （ 修 ） 方法 在 过 去 难 以实 现 。 检 的 丙烯一 水换 热 器 是 聚 丙 烯 生 产 装 置 中 的重 要 换 热 设 备 ， 设 该
ｅ ｔ ｓ ａ ｄ ｏ ｓｒ ｃ ｉ ｔ ｏ ｏ ｈ ｎｉｅ ｉｓ ｅ ｔ ｎ ｎ ｏ ｅ ａ ｔ ｓ ｓｅ Ｉ ｒ ｖ ｈ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｅ ｉｉｎ ｙ ｏ ｑ ｉ－ ｍａ ｉ ｎ ｃ ｎ ｔ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｏ ｌ ｎ ｐ ｃ ｉ ａ ｄ ｆ ｒｃ ｓ ｙ ｔ ｍ． ｃ ｕ ｏ ｎ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｄ ｃｉ ｆｃｅ ｃ ｆ ｅ ｕ ｐ ｏ
ｃ ｅｍｉａｌｃ ｈ ｃ ｏｍ ｐ ｙ ａｎ ｗｈｃ ｓ ｔ ｐｏｙ ｏｐ ｌｎｅ ｉｈ ｈａ ｈｅ ｌｐｒ ｙｅ ｐｒ ｏｄｕ ｔ ｉｅ．ｈｅ ｐｕ ｐ ｅ ｏｆ ｈｅ ｓｕｄ ｉ ｏ ｉｄ ｎ ｐｐｌ ａｔ ｎ ｏｆｔ ｍａｔ－ ｃ ｌ Ｔ ｒ ｏｓ ｔ ｔ ｙ ｓ ｔ ｆ ａ ａ ｎ ｎ ｉ ｉ ｈｅ ｃ ｏ ｈ
备换 热 性 能 在很 大程 度 上 影 响 到 装 置 运 行 的工 艺 目的 是将 高 温 丙 烯 冷 却 并 实 现 初 步 水
的 气 液 分 离 ， 后 进 入 下 一 工 艺 。 如 图 １ 然 。 技术指标 ：
１ 换 热 器 物 料 数 据 采 集 周 期 一 般 不 大 于 ３ ｓ 物 料 热 性 质 ） ０， 和 换 热 器 性 能 计 算 周期 不大 于 ２ ｓ ５； ２ 历 史 数 据 记 录 周 期 为 １ ｉ， 留 ５年 ； ） ａ ｒ ｎ保
换热器效能评价新方法
×
24 ×
365 ×
2
=
0.575
注 各种材料能耗、制造和运输能耗均以 2008 年国家《节能法》中规定的 GB 系列标准限额选取。渗铝按照国家标准 JB/T10448-2005。
硅钢片厂空气换热器：
单位有效能转换比
Θ
=
5.218 ×1011
6.021×106 × 24× 365× 3 +1.436×1010 + 3.900×104
τ
和 E动力 则不同的设计有不同的结果。
换热器的动力能耗与换热器的单位时间动力消耗和换热器的寿命有关系，它们的乘积出现在（1）
式的分母上，只有它们的乘积最小时，在其它条件相同的情况下换热器才能有最大的单位有效能转
换比。
4.2. 以热量转换能力为基础的换热器评价方法
同样的也需要先定义一个概念：单位热量转换比。它的具体内容是：消耗单位能量的换热器的
2. 换热器的能量转换分析。
换热器进行热量转换的目的只有一个：对可以做功的热量即有效能 进行从一个载体到另外一 个载体的转移。但是换热器在进行有效能—— 转移的过程中，同时也转移了不能对外做功的热量
，而且在进行转移时， 还存在着一定的损失。从热力学定律的角度来看，热量转移的效果依然 可以用两个方面的内容来表达：一个是总热量（包括 和 ）的转移量，另外一个是 的转移量。 作为一个封闭体系， 的值始终在减少，这样可用于对外做功的热量也越来越少。，换热器作为一种 能量转换设备，它需要尽可能多的转换 的量，因此换热器所能转换 的数量就代表了换热器的转 换能力。
E制造 ——制造换热器所消耗的平均能量，KJ
E动力 ——换热器的单位时间动力消耗，KJ/h
不难看出，公式（3）和公式（1）的区别就在分子上，公式（1）中的单位时间换热器转移的
热力管网在线监测系统方案设计
1.热力系统开展趋势近年来，政府对集中供热系统建设的投入逐年上升，由2008年的270亿元增至2013年的450亿元。
受政府对根底设施建设投资力度加大与供热需求持续增长的双重影响，集中供热行业取得了快速开展，全国的集中供热面积和供热量得到稳定增长。
2013年，全国的集中供热面积约58亿平方米，当年集中供热总量约30亿吉焦，供热管网长度约18万公里。
按热力消费市场的终端客户划分，热力供给行业可划分为工业市场和居民采暖市场两大类。
目前工业部门是我国热力消费的主要领域，占全国热力消费总量的比重超过70%，但是居民采暖的热力消费增速高于工业领域，占全国热力消费总量约30%且比重不断提高。
房地产业的蓬勃开展和城镇化的提升，受益于原有大中城市供热面积快速增长〔新增建筑+旧区改造〕和新兴县镇供热市场〔超过1100个〕逐步开启，预计城市供热市场未来3-5年将保持15%的复合增速。
据中国产业调研网发布的《中国城市供热行业开展监测分析与市场前景预测报告〔2015-2020年〕》显示，目前，供热行业正处于体制改革、设备更新、技术进步阶段，市政公用行业的市场化进程加快，外资、民营等多种经济成分已进入供热市场，供热市场的竞争日益激烈。
供热市场准入、特许经营、用热商品化、热计量收费等改革将逐步深化，节能高效、多热源、大吨位、联片集中供热、地源供热、科学运行等运营方式将不断推进展业开展。
2.XX热力集团根本情况XX热力集团是全国最大的国有集中供热企业，具有五十多年光荣供热历史，隶属于能源集团，担负为XX市民和XX政军机关、大型企事业单位的供热保障职责。
XX热力集团集供热生产运营、供热规划设计、供热工程建设、供热技术研发、供热设备制造于一体，拥有供热运营企业X家，为供热运营提供保障的企业X家，员工X多名。
2015年底，集团总资产X亿元，营业收入X多亿元；供热总面积X亿平方米，供热用户X万户；一级供热管线X公里，热力站X座。
3.供热过程中发现的问题与需求随着时代的开展，我国各社会阶层对供热的需求也在不断变化。
板式换热器实验系统监控工程的设计与实现
ＴＥ ＨＮＩ ＡＬＥ Ｐ ＯＲ Ｔ ＯＮ 技术探讨 Ｃ Ｃ Ｘ Ｌ Ａ Ｉ Ｉ
表 １技 术 参 数
机 监 控 系统 ， 现 对 实 验 系统 的监 控 和 参 数 设 置 ， 实 为 用户提 供 解决 实 际问题 的完 整方 案和 开发平台。
ＭＣＧＳ 态 软 件 由 “ ＧＳ 态 环 境 ”和 “ ＧＳ 组 ＭＣ 组 ＭＣ 运 行 环 境 ”２ 个系 统 组 成 。２系 统 提 供 的 一 套 完 整 的 工具 软 组 件， 用户 可 以在 其 中设 计和 构造 自己所需 的应用系 统 。
技术探讨 ｆＴ Ｃ Ｅ ＨＮＩ ＡＬＥ Ｌ Ａ ＯＮ Ｃ ＸＰ ＯＲ ＴＩ
ＣＩ ＳＲＭＮＡＩ Ｈ ＡＮＴＵＥＴ Ｏ ＮＩ Ｔ Ｎ中圃 儇表 恹箕
２ １ 年 第７ ００ 期
板式换热器实验系统监控工程的设计与实现
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｉ ｌｍ ｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｎｔ ｒＥｎ ｉｅ ｒ ｇ ｓｇ ｎ ｍｐｅ ｎ ａ ｉ ｆＭｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｏ ｏ ｎ ｆ ａ ｅ Ｈｅ ｔＥｘ ｈ ｎ ｅ ｘ ｅｒ ｅ ｔ ｌ ｓｅ ｏｒＰｌｔ ａ ｃ ａ ｇ ｒＥ ｐ ｉ ｎ ａ ｍ Ｓｙ ｔ ｍ
监测各项参数 ， 人机界面友好， 操作简单， 取
得 了 好的效果 。 较
关键词： 式换热 器 实验 系统 ＭＣ 板 ＧＳ 传感器
自 动化
软件制作基本的人机交互界面， 具有现场数据采集、
Ａｂｓ ｒ ｔ ｎ ｔ ｒ ｓ ｏｆ ｔ ｅ ｃ ｎｇ ｅ ｐｅ ｉ ｅ ｔ ｏ ｔａｃ ．Ｉ ｅ ｍ ｈｅ ｔ ａ ｈｉ ｘ ｒ ｍ ｎ ｆ ｐｌｔ ａ ｘｃ ｎ ｒ ｅ ｆｅ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｓ ｔｍ ｓ ａｅ ｈｅ ｔｅ ｈａ ｇｅ ，ａ ｓ ｔｏ ｘｐ ｒｍ ｎ ａ ｙｓｅ ｉ ｄ ｓｇ ｄ．Ｔｈｉ ｙｓｅ ｉ ｏ ｅ ｉ ｎｅ ｓ ｓ ｔ ｍ ｓ ｃ ｍｐｏ ｅ ｆ ｔ ｅ ｃ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏｍｐ ｅ ｕｔ ｒ
基于实时数据库的换热器实时监测管理系统
１ 系 统 主 要 实 现 的 功 能
压力 和进 出 口压 降 的 变 化 ， 结合 换 热 器 的效 率 和
传热效 率 ， 通过基 于经 验 或 确定 规 则 来 预估 换 热 器 的清洗 周期 。 ｇ 自动报 警 功 能 。 如 果 出 现 流 量 、 力 和 ． 压
第 ３ ８卷
第 ４期
化 工 机
械
４５ ７
基 于 实 时 数 据 库 的 换 热 器 实 时 监 测 管 理 系 统
李 亚 军 尤 文 卿 蔺 亚 军 吕瑞 典
（． １ 中石 油 塔 里 木 油 ｝ 化 分公 司 ； ２ 西 南 石 油 大 学 机 电 学 院 ） 珏石 ．
组织 、 用 系统 中的所有数 据 。 使 ３ 关 键 技 术 在 实 际 生 产 中 ， 响 换 热 器 进 出 口流 量 、 力 影 压
库 中换 热器 流量 、 力和温 度的实 时数据 ， 可对 压 就 数据进 行在 线实 时 分析 。而 对 于换 热 器 的类 型 、
型号及 生产 厂家 等 信息 则 用 Ｓ Ｌｅ ｅ 建 立 关 系 Ｑ ｓｒ ｒ ｖ
对 实时数 据库 的访 问 主要包 括 操 作 区域 树 、 读写
位 号和位 号组 、 作 区域树上 的对 象类 型 和权限 操 类型 、 操作 用户和 用户组 。 对这 ４类操 作 ， 针 分别
通 过 获 取 Ｉ ｏｎ ｃ ｏ 接 口 下 的 属 性 Ｒ ｏ、Ｔ ｇ Ｃ ｎ ｅｔ ｎ ｉ ｏｔ ａ． Ｆ ｃ ｒ、ｙ ｅ ａｔ ｙ和 Ｕ ｅＦ ｃ ｒ 实 现 。 ａｔ ｙ Ｔ ｐ Ｆ ｃ ｒ ｏ ｏ ｓｒａｔ ｙ来 ｏ 对 于 Ｓ ＬＳ ｒｅ 关 系 数 据 库 ， 用 Ａ Ｏ Ｎ Ｔ Ｑ ｅｖｒ 采 Ｄ ．Ｅ 技 术 进 行 访 问 。Ａ Ｏ Ｎ Ｔ 基 于 Ｘ Ｌ 格 式 ， 访 Ｄ ．Ｅ Ｍ 在
换热器在线检测系统的设计
换热器在线检测系统的设计王立忠;李旭;刘铭慧;武欣悦【摘要】换热器的广泛应用在促进行业迅速发展的同时,对换热器检测提出了更高的标准和要求.由于换热器检测系统复杂、资金投入较大且换热器生产企业和使用单位相对分散,现有的送检检测方式并不能满足换热器检测的需求.因此,本文提出一种换热器在线检测系统,在线采集换热器运行时的相关数据并检测分析换热器性能,同时在运行异常时发出警报.既节省了送检的费用和时间,又能及时发现换热器故障隐患,为完善换热器检测的方法提供了思路.【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】5页(P63-67)【关键词】换热器;在线检测;报警【作者】王立忠;李旭;刘铭慧;武欣悦【作者单位】吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000;吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000;吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000;吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】TP391.410 引言换热器是将热流体的部分热能传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定指标的热能交换设备，又称热交换器.近年来，随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及经济的增长，国内外对换热器的需求量一直持续增长，换热器检测技术的发展也成为了换热器行业发展最重要的环节之一[1].换热器检测主要是依靠性能检测装置对换热器的现场数据包括温度、压力、流量等数据进行采集，通过相应公式算出换热器总传热系数与压力降以及建立相应的准则关系式[2].早期的换热器性能检测系统是通过实验员手动调节阀门等执行机构进行参数检测，这种方法误差大、自动化程度低.90年代中后期开始，通过现场检测温度、压力、流量等成为发展趋势，利用传感器、变送器将数据传输到计算机进行存储和计算，提高了可靠性和灵敏度[3].目前的换热器检测系统体积大、建设成本高，因此国内具备换热器检测资质和能力的实验室较少，企业送检换热器成本高.另外，换热器的检测需要较长时间的运输和检测周期，无法方便快捷地对换热器进行检测.因此，目前的换热器检测系统不能完全满足市场的需求.本文结合换热器检测国家标准GB/T 27698-2011，以STM8单片机为核心设计了换热器在线检测系统.系统通过传感器、变送器采集换热器在线运行时的温度、压力、流量，然后将数据传输到单片机上，通过单片机进行将数据判断和处理，然后传输到企业用户计算机上存储，通过公式自动计算出换热器总传热系数与压力降并实时显示当前数据，在数据异常时发出警报信号，触发单片机的控制系统警报装置.用户计算机通过Internet将数据实时在线发送到实验室的中心端存储，在需要检测时由实验员对相应的数据进行拟合，绘制出关系曲线，出具检测报告.1 系统设计意义及其可行性分析随着换热器应用领域的不断增多，新型换热器不断涌现，企业对于换热器检测的需求也在逐渐增大，开发换热器在线检测系统成为现场检测的主要课题.通过换热器在线检测系统的研发，生产企业和用户可以快捷、方便的得到换热器检测数据，对材质以及设计进行检验和改进，同时能够掌握已销售的换热器在用户使用过程中的实际运行情况.换热器用户可以通过实时数据和报警信息及时发现风险、排除隐患，避免或降低经济损失，同时通过相关数据判断产品性能，为选型和采购提供依据.检测实验室作为中心端可以通过在线检测的形式丰富检测方式、拓展换热器的检测业务、获得大量换热器数据信息，既可以利用大数据技术对生产企业进行技术分析，还能合理安排现场检测和监督抽查.系统在研发过程中采用的STM8单片机、传感器等设备器件使用资金较少[4]，保障产品市场化后的利润空间.系统分为硬件和软件两个部分，所采用的单片机技术和C/S软件系统体系结构程序的开发均为成熟技术，在技术上不存在瓶颈[5].经过充分调研分析设计方案是可行的.2 换热器检测的常用方法与标准国内通常是以GB/T 27698-2011《热交换器及传热元件性能测试方法》和JB/T 10379-2002《换热器热工性能和流体阻力特性通用测定方法》标准中热工性能和流体阻力测试基本原理为基础，所设计的检测系统如图1所示.依照标准要求测量计算换热器的产品外形尺寸、板片数量、板片厚度、板片波纹深度、板片波纹法相节距、板间距、夹紧尺寸、当量直径、单通道流通面积、热侧流通面积、冷侧流通面积、单板有效换热面积、总换热面积、每侧介质通道数、角孔直径等.通过传感器进行流量测量，需要采集换热器在标准要求工况下运行的热介质进口温度、热介质出口温度、冷介质进口压力、冷介质出口压力、热介质流量、冷介质流量等参数. 在企业实际运行时换热器具备热侧介质以及冷侧介质[6]，依据国家标准精确检测换热器的温度、压力、流量等数据，将数据发送到检测中心实验室，由实验室进行数据的判定，进行最终的处理分析出具检测报告.目前国内最新的测试标准是GB/T 27698-2011《热交换器及传热元件性能测试方法》，涉及的相关标准还有GB 151-2014《热交换器》、NB/T 47004-2009《板式热交换器》、NB/T 47048-2015《螺旋板式热交换器》[7].在线检测系统以GB/T27698-2011的第8部分为依据，结合实际情况进行设计.图1 液-液测定系统图Fig.1 Liquid-liquid measurement system3 换热器在线检测系统的设计理念系统以板式换热器为模型、以冷水和热水为流体介质.由企业用户操作人员将换热器包含换热器生产企业、出厂编号、型号、规格批次、配件材质、工况、流体介质等详细技术数据信息录入到计算机系统软件上，换热器运行时，传感器采集的温度、压力、流量数据传输到单片机再通过总线传输到计算机服务器上，计算机软件对数据进行分析、处理，保证数据的真实性和有效性，处理后的数据用于计算换热器在相应工况的总传热系数和压力降，计算机将相应数据上传到检测中心实验室服务器，检测中心实验室遵循国家对换热器的抽样检测要求以及企业的申请需求，从服务器调取相应数据并对数据进行分析、拟合、建立相应的准则关系曲线、出具检测报告，其原理如图2所示.图2 换热器在线检测系统原理图Fig.2 Schematic diagram of heat exchanger online detection system4 换热器在线检测系统的硬件设计系统硬件结构如图3所示.选取价格便宜、功能丰富的STM8S105C6T6单片机作为系统控制的核心[8]，单片机进行信号的处理、判断、通信等.电源模块为单片机提供5 V电压，保障单片机的持续工作；报警模块通过计算机软件判定数据异常时发出蜂鸣报警；数据采集模块由温度传感器、压力传感器、流量计等组成能够实时采集数据信息；数据传输模块将采集来的模拟信号转换成数字信号发送到单片机，单片机通过通信模块采用RS485总线的模式与计算机进行通信.图3 系统硬件结构图Fig.3 System hardware structure5 换热器在线检测系统的单片机软件设计单片机软件包括主程序和子程序两部分，均采用C语言进行编程.用C语言进行编程具有运算速度快、编译效率高、可移植性良好的特点[9].5.1 主程序的设计检测单元主要实现对数据的自动采集和对软件命令的处理.单片机主程序的主要作用包括信号处理、判断、通信等.采用C语言对程序进行了编程和调试，主程序完成对子程序的调用，其流程如图4所示.图4 主程序流程图Fig.4 Main program flow chart5.2 关键子程序5.2.1 数据采集程序检测换热器需要4个温度传感器采集换热器冷/热侧介质流入和流出温度、4个压力传感器采集冷/热侧介质进口和出口压力、两个流量计采集冷/热侧介质流量[10]，所以将单片机的10个带A/D转换的通道，从0到9进行编号：0—3号通道采集温度、4—7号通道采集压力、8—9号通道采集流量.单片机依次从0编号开始进行A/D转换将传感器采集的模拟信号转换成数字信号发送到单片机进行存储，判断到达第9通道后计数器“+1”并返回.数据采集子程序流程如图5所示.图5 采集程序流程图Fig.5 Acquisition process flow chart5.2.2 数据处理程序处理程序主要实现数据传送、地址判断、传输报警参数等功能.在接收到主机命令时首先判断地址是否正确，如果地址错误则返回继续接收命令，如果地址正确则向计算机回复“地址正确”状态同时将地址状态转换成数据状态；在数据状态下分三种模式依据计算机命令进行选择：传送模式是向计算机回复数据信息、结束模式是将数据状态转换成地址状态、传输报警参数模式是计算机软件设置好的报警参数值发送到单片机并存储，数据处理子程序流程如图6所示.图6 处理程序流程图Fig.6 Process program flow chart6 结语本文以单片机为控制核心设计了换热器在线检测系统，改变了换热器必须现场送检的局限性.以国家标准GB/T 27698-2011为理论基础结合行业实际情况，所设计的在线检测系统具有制造成本低、安装方便、检测效率高、功能丰富等特点.在线系统的研究为换热器检测提出了创新发展方向，为换热器在线检测的发展提供参考. 参考文献【相关文献】[1]陈永东，陈学东.我国大型换热器的技术进展[J].机械工程学报，2013，49(10)：134-143.[2]郭荣春.板式换热器测试系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006.[3]孙贵根.翅片管束管外换热与阻力测试系统研制[D].杭州：杭州电子科技大学，2017.[4]赵俊锋，刘雪亮，陟亿超.基于STM8的家庭保健恒温加热器设计[J].南阳理工学院学报，2017，9(6)：44-49.[5]CHEN M H，SUN X D，CHRISTENSEN R N，et al.Dynamic behavior of a high-temperature printed circuit heat exchanger：Numerical modeling and experimental investigation[J].Applied Thermal Engineering，2018，135：246-256.[6]史美中，王中铮.热交换器原理与设计[M].第5版.南京：东南大学出版社，2014.[7]胡小明.油水换热器性能测试远程监控系统的研制[D].杭州：杭州电子科技大学，2016.[8]陈国照.STM8系列单片机的开发与应用[J].甘肃冶金，2011，33(2)：113-114，118.[9]刘发慧.单片机编程语言的比较[J].电脑编程技巧与维护，2010(2)：18，36.[10]CHEN U R，WEI C Y，HO M F.High performance temperature detection system for industrial automation[J].International Journal of Grid and High PerformanceComputing(IJGHPC)，2015，7(3)：54-64.。
换热器换热效率及运行状况评价
换热器换热效率及运行状况评价化肥厂谢 天化工生产中换热设备数量众多,如何用一种简单有效的方法对换热器的热效率进行评价,保证换热器在整个系统中安全、高效地运行,是化工生产技术人员极为关心的一个问题。
本文在前人提出换热器换热效率评价指标的基础上,对公司化肥厂合成氨系统几个重要换热设备的运行数据进行收集和计算,通过实例说明了如何用最少的数据和最简单易行的方法对换热器换热效率进行评价,以达到对换热器运行状况进行监测和预警的目的。
1 评价公式根据文献中提出换热元件的热效率评价体系计算换热器效率 ,作为换热性能评价指标。
是换热元件的实际换热热流量 与最大理论换热热流量 max之比,同时也是冷热流体中热容量小的流体的 进出口温度差与 冷热流体进口温度差之比,其物理意义为换热元件中 冷热流体进口温度差的利用率。
换热元件的换热效率 =m ax(1) =(q m c p)min!t m in(2)m ax=(q m c p)m in!(t i1-t i2)(3)式中 ∀∀∀换热器效率;∀∀∀实际换热热流量,kJ/h;max∀∀∀理论换热热流量最大值,kJ/h;q m∀∀∀流体质量流量的最小值,kg/h;c p∀∀∀质量定压热容,kJ/(kg!K);t m i n∀∀∀流体进出口温差的最小值,K;t i1∀∀∀热端进口温度,K;t i2∀∀∀冷端进口温度,K;(t i1-t i2)∀∀∀理论最大温差,K。
根据以上评价体系对合成氨的第1废热锅炉(101-C)、第2废热锅炉(102-C)、高变出口废锅(103-C)、低变出口废锅(131-C)和合成塔出口废锅(123-C/124-C)的历史数据进行了计算。
2 热效率计算及分析2.1 计算说明(1)经过实算后发现,用本方法计算的 值在系统负荷波动较大时差别较大。
为了保证计算数据可以进行横向比较,计算前对系统历史负荷进行了筛选,尽量选用负荷相近的数据进行计算。
(2)对于101-C、102-C、103-C、123-C、124-C来说,t m in为热端流体(工艺端流体)温差,t m in大,q m c p小;对131-C和103-C来说, t m in为冷端流体(给水端流体)的温差,t min大, q m c p小。
换热器实时监控系统的设计与实现
ｏ ｈ ｒｐ ｒ ｍ ｅｅ ｓ ｏ ｔｒ ｑ ａｉｙ ｔ ｅｉｅ ｂ ｓ ｔｒ ｔｅ ｔ ｅ ｔｐ ｏ ｒ ｍ ． Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｔ ｅ ａａ ｔ ｒ ｆｗａ ｅ ｕ ｌ ｏ ｄ ｆｎ ｅ ｔｗａ ｅ ｒ ａｍ ｎ ｒ ｇ ａ ｔ ｅ ｔｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｄｒ ｃ ｌ ｄｃ ｔ ｓｔ ｅｓ ａｉｇ ｓｔ ａｉｎ ｏ ｈ ｉｃ ｌｔ ｒ ｙ ｔｍ ｎ ｅ ｉｅ ｅ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｒｓｚ ｉｅ ｔ ｉ ｉａ ｅ ｈ ｃ ｌ ｉｕ ｔｏ ｆｔ ｅｃｒｕ ａｏ ｙｓ ｓｅ ｕ ｄ ｒｆｘ ｄｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｉｅ ｙ ｎ ｎ ａ ｄ ｃｒｕ ａｉ ｇ ｎ ｉｃ ｌｔ ｗａ ｅ ｌｗ－ａｅ Ａ ｍｏ ｉｏ ｉｇ ｙ ｔｍ ｉ ｅ ｅｏ ｅ ｆｒ ｎ ｓｔ ｉｄ ｓｒａ ｎ ｔ ｒ ｆｏ ｒｔ ． ｎ ｔ ｒｎ ｓ ｓｅ ｓ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｏ ｏ － ｉ ｅ ｎ ｕ ｔｉｌ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌｚ ｔｏ ｆＨｅ ｔＥｘｃ ａ ｅ ｌｎｅＭ ｏ ｔ ｒｎｇ Ｓ ｓｅ ｓｇ ｎ ａ ｉａ ｉ ｎ ｏ ａ ｈ ｎｇ ｒＯｎ ｉ ｎｉｏ ｉ ｙ ｔｍ
Ｂ ｉ ｎ ｊ ，Ｂ ｕｍｅ， ｉｇＹｉ ａ ，ＨｅＰｎ ａ Ｙａ ｇｉ ｎ ｏＣ ｉ ｉ Ｐ ｎ ｃ ｏ ｈ ｉｇ （ ｏｌ ｅｏ ｔｍａｉｎａ ｄＥ ｅｔｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｎａｊ ｇＵｎｖ ｒｉ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ Ａｕ ｏ ｔ ｎ ｌ ｒ ａ Ｅ ｇｎ ｅｉ ， ｎｉ ｉｅｓ ｙ ｏ ｃ ｃ ｎ ｎ ｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｎａ ｊ ｇ １ ８ ６ ｈｎ ） ｆ Ｔｅｈ ｏｏ ， ｎｉ ，２ １ １ ，Ｃ ｉａ ｇ ｎ
无人值守的电加热监测换热器的设计与实现
而 因 为 循环 水水 质 造 成 的 微 生 物 滋 生 暍腐 蚀 金 属 管 壁 以 及 结 垢 等 问题 棳也 成 为了 迫 切 需 要 解决 的 事情 暎 由于直接对大型循环水系统进行准确有效干预有不 少困 难 棳故 需 要 一 套 小 型 换 热 设 备 来 对 工 业 现 场 换 热 情 况 进行 还 原 式 的 动 态 模 拟 棳然 后 再 根 据 模 拟 系 统 得 到 的 数 据 棳对 现 场 换 热 设 备 采 取 有 效 干 预 暎
棽棸棻椆 年 椂 月 第棻棻期 总第棿棽椆期
内蒙古科技与经济 斏旑旑斿旘斖旓旑旂旓旍旈斸斢斻旈斿旑斻斿斣斿斻旇旑旓旍旓旂旟 敠 斉斻旚斸旍斘旓棶棿棽椆
无人值守的电加热监测换热器的设计与实现
梅英杰棳宁 媛
棬贵州大学 电气工程学院棳贵州 贵阳 椀椀棸棸棽椀棭
摘 要 椇本 次 设 计 的系 统 是 采 用 西 门 子 斢旐斸旘旚椃棸棸 触 摸 屏 棳加 热 方 式 为 电 加 热 式 的 监 测 换 热 系 统 暎 本系 统 能 够 对 现 场 数据 进行实 时有 效 采 集 棳并 能 保 留 历 史 数 据 棳在 控 制 结 构 上 采 用 分 布 式 控 制 棳使 得 测 量 更 加合 理 暎 流 量 和 功 率 的 控 制 采 用 模 糊 斝斏斈 控 制 棳保 证 控 制 的 稳 定 精 确 暎 整 体 上 而 言 棳良 好 的 自 动 控 制 棳以 及 较 好 的 人 机 交 互 和较 强 的 抗干 扰 能 力 棳使 得 该 监 测 换 热 器 的 特 点 鲜 明 暎 同 时 本系 统 还 实现了 无 线 远 程 通 讯 棳使 得 换 热 器 的 使 用 更 加 人 性 化 暎
板式换热器板片质量在线自动检测系统的设计与实现
prototype. The results show that the system can detect the thickness reduction and depth of different corrugated shapes, and can replace manual
点表现为减薄 （缩颈） 和裂纹，而对于减薄质量问题，
人工无法做到整张板的逐点检测，采用抽样检测。针对
上述问题本文设计了换热器板片质量自动检测系统，通
过高精度、高动态响应的双激光位移传感器测量板片各
点厚度，通过数据比对分析，计算各点的减薄量，从而
判断板片质量是否合格。经实际测试验证，系统可实现
不同波纹形状减薄量和波纹深度的检测，能够对板片整
work, greatly improve the detection accuracy, and can be applied to the actual sheet production and manufacturing site.
Key words: plate quality; online automatic detection; data fitting analysis; linear module
从机，由主机给从机传感器发送相应的循环脉冲信号，
借此来保证两个传感器的同步工作和测量精度。由于传
感器 1、2 安装以后的位置是固定的，且其分别处于板片
换热器在线监测仪的研制
换热器在线监测仪的研制随着我国人口的不断增加和工农业持续发展,全国淡水资源日益紧张。
为了节约用水,我国石油、化工、电力、冶金等企业正在逐步采用循环水冷却系统。
但冷却水长期使用后,必然会带来沉积物附着,金属腐蚀和微生物滋生问题,导致换热器效率降低,影响生产,严重能使换热器损害,所以必须加强对循环冷却水的水质处理[1 ] 。
为提高对水质处理的监管水平,我们用SPCE061A 单片机设计,研制了《换热器在线监测仪》,取得了良好的效果。
1 系统的组成和原理1. 1 系统结构系统结构如图1 所示。
图1 系统结构系统要求监测仪器测量进出口温度、蒸汽温度和流量并对流量和蒸汽进行控制。
测温精度小于013 % ,流量精度015 % ,控制精度小于1 %。
仪器能够保存100 d 的污垢热阻数据。
要求能和计算机实现实时通讯,完成测量的数据报表和曲线的打印并存储大量的数据。
1. 2 器材选用温度传感器采用Pt100 不锈钢封装。
流量信号采用进口转轮式流量传感器,输出4～20 mA 的信号,测量范围011～6 m/ s ,精度015 %。
调节阀最好选用气动调节阀,适合长期运行;减压阀应根据现场蒸汽压力大小选型,模拟换热器工作压力011 MPa 。
1. 3 污垢热阻计算由管壁两侧为流体的传热基本方程Q = RCp ·( Tout - Tin) 可以导出污垢热阻的计算公式(1) [2 ]Rs =πdL/ GCp [ ( T - t12 ) / ( t22 - t12 ) - ( T -t11) / ( t21 - t11) ] (1)式中: T 为饱和蒸汽温度; d 为换热管直径; L 为换热管的有效总长度; G 为单位时间内冷却水的流量;Cp 为水的比热; t12为冷却水进口温度; t22为冷却水出口温度; t11为Rs 等于零时冷却水进口温度; t21为Rs 等于零时冷却水出口温度。
Rs 反映了冷却水中各种沉积物在换热器水侧影响传热效果的阻力。
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技术创新《微计算机信息》(测控自动化)2010年第26卷第5-1期360元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》数采与监测监测换热器在线评价系统的设计与实现The Design and Implementation of Online Evaluation System for Monitoring Heat Exchanger(1.天津理工大学;2.天津职业大学)董超1张艳2高强1DONG Chao ZHANG Yan GAO Qiang摘要:本文提出的基于以太网技术的监测换热器在线评价系统,有效地解决了中石化天津分公司循环水系统监测换热器由于地理分布分散而造成的管理信息瓶颈问题,提升了工业水管理水平和效率,为节水减排工程的成功实施和循环水系统的虚拟整合奠定了基础。
同时,该设计方案和实现方法也为同类课题的研发提供了可行思路,具有一定的应用价值。
关键词:监测换热器;工业以太网;在线;评价中图分类号:TP274文献标识码:A Abstract:The online evaluation system for monitoring heat exchanger based on Industrial Ethernet,proposed in this paper,effectively solve the bottleneck problems of management information resulted from distributed locations of monitoring heat exchanger for circulat -ing water system in Sinopec Corp.Tianjin Branch.This evaluation system promotes the management level and efficiency of industrial water system,and lays the foundation for the successful implementation of water conservation and draining reduction project and virtu -al integration of circulating water system.Meanwhile,the design scheme and implementation method of this online evaluation system provide feasible thought for subjects of the same type,and have certain practical value.Key words:Monitoring Heat Exchanger;Industrial Ethernet;Online;Evaluation文章编号:1008-0570(2010)05-1-0104-021引言监测换热器法是目前现场监测评价循环水系统普遍采用的一种重要方法。
然而,循环水处理流程是一个多参量(温度、流量、PH 值等),多任务(泵的关断、风门、阀门开度等)的系统,监测换热器所处位置分散、环境差并且采用人工抄表统计的监测方式,造成了管理效率低、数据可靠性差、反馈周期长且无法动态实时监测循环水系统的腐蚀、结垢等状况。
为了满足中石化天津分公司工业水生产、管理需求,适应企业节水减排工程信息化建设步伐和企业进一步开展的业务整合需要,本文提出了一种基于工业以太网技术的监测换热器在线评价系统解决方案和实现方法。
该系统实现了监测换热器关键参数的在线检测、数据的以太网格式转换、数据的存储以及实时曲线分析、历史曲线分析、预警管理、横纵图形对比、循环水运行质量综合评价等功能,为循环水系统的稳定运行和优化控制提供了准确实时的数据,解决了循环水管理的信息瓶颈问题。
2系统设计该系统采用层次化和模块化的设计方法,同时考虑了系统将来能够推广的产品化方向,在结构上主要包括:监测换热器关键参数实时采集模块、以太网接入模块、各厂级控制终端、工业以太网络和公司级管理计算机。
逻辑上形成了三层结构:数据采集处理层、控制层和管理层。
其结构图如图1所示:监测换热器关键参数实时采集模块完成循环水入口温度、循环水出口温度、蒸汽温度、循环水流量和电导率等参数的检测,并通过RS485分布式工业网络接入数显仪表,数显仪表完成信号的滤波、校正和报警等,完成现场的就地显示。
数显仪表的标准信号接入以太网接入模块,完成信号的以太网格式转换。
各厂级控制终端完成以太网数据的定时读取、服务器端数据存储和故障的检测等。
服务器端数据发布系统按照业务要求将数据传送至公司级各管理计算机,实现对循环水系统的实时监测和管理指导。
图1系统结构图Fig.1System Structure Diagram3硬件结构该系统的硬件模块包括温度变送器、流量传感器、三通道温度数显仪表、累计流量显示仪表、以太网转换模块、485分布式网络和工业以太网。
系统的硬件设计不但实现了关键参数的实时采集、显示、转换、传输等基本功能,而且形成了可推广的产品化特点的硬件单元。
该硬件单元的输入、输出信号采用的是工业标准接口,提高了硬件单元的适应性,扩展了应用领域。
该硬件单元集成了数显仪表和以太网转换模块,完成数据的现场显示和数据转换,构成了硬件系统的控制层,这样在体系结构上,董超:工程师硕士104--邮局订阅号：82-946360元/年技术创新数采与监测《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注就把硬件系统分为数据采集层、控制层和上位管理层。
硬件系统的工作过程如下:JWB 一体化温度变送器和LWGY-40涡轮流量传感器完成关键信号的采集,输出4-20mA 的温度和流量的电信号,配合使用三通道温度数显仪表XST(带RS485、RS232通讯口)和8位累计流量显示仪表XSJ(带RS485、RS232通讯口),实现了温度和流量参数的现场数字化显示并同时将信号转换为RS485信号。
现场的电导率检测器可直接输出RS485信号。
信号转换器将RS485信号转换为RS232信号,进入4端口以太网到RS-232端口服务器EDG-4504在服务器中。
EDG-4504模拟出3个串口分别对应这3路RS232信号,三通道温度数显仪表XST 只有一个通讯口与EDG-4504连接,对应一个模拟串口,通过软件可以实现对三个温度信号的区分。
EDG-4504根据控制计算机发出的控制信号,从不同的串口中读取数据并将其转换成以太网信号后送至控制计算机。
下图为一台监测换热器的在线监测系统的硬件结构图:图2硬件结构图Fig.2Hardware Structure Diagram4软件实现该系统的软件由现场客户端数据采集软件、服务器端数据分发软件、在线评价系统管理用户软件和评价模型系统四部分组成。
现场客户端数据采集软件以系统服务模式运行,完成关键参数的读取、数据滤波、协议转换和数据存储等功能。
服务器端数据分发软件完成在线评价系统管理用户的自动检测、数据的定时分发、现场采集客户端的管理和超标数据检测等功能。
在线评价系统管理用户软件完成关键参数的实时显示、预警提示、历史曲线查看和评价信息浏览等功能。
图3为关键参数实时数据监测界面:评价模型系统运行于服务器端,根据监测换热器关键参数实时数据,完成循环水运行质量的在线评价,给循环水系统的运行优化提供参考。
评价模型分为四个等级,。
第一级评价模型是使用循环水系统的设计参数建立。
在关键参数的设计值上叠加一个允许浮动,这个浮动不能超过高低报警值,且具体浮动范围能够进行手动设定。
第二级模型是根据监测换热器实验室运行测试数据的输入输出关系得到,是一个查表模型。
第三级模型是使用稳态运行数据的神经网络算法进行训练得到,是一个综合模型。
第四级模型是专家经验模型组,会根据特定的运行环境进行频繁变换,是一种具有考察特定状态的模型。
根据系统设定的抽样频率,抽样数据会经过四级模型的考察,考察结果会反馈到管理用户终端,为管理技术人员进行生产优化指导。
图3关键参数实时曲线界面Fig.3Key Parameter Real-time Curve5结束语该系统提出了一种基于工业以太网的监测换热器在线监视、预警、评价等功能的解决方案和实现方法,不但解决了由于地理位置分散而造成的信息瓶颈问题,同时也解决了循环水系统运行优化控制的技术问题,确保了循环水系统的运行质量和效率。
该系统的投运必将使企业的管理水平和效率有进一步的提高,也将为中石化推行的系统整合和运营模式改革奠定基础,具有很高的推广价值。
本文作者创新点:(1)监测换热器在线评价系统改变了目前石化行业监测换热器现场抄表的传统模式;(2)四层评价模型为循环水系统优化运行提供了有力参考。
项目经济效益(360万元)。
参考文献[1]朱斌,罗益民,袁启昌.基于Delphi 的换热器在线监测系统通讯软件设计[J].微计算机信息,2007,8-2:129~131.[2]罗益民,薄翠梅.换热器在线监测仪的研制[J].南京工业大学学报,2004,11:94~97.[3]丁恒如,吴春华.工业用水处理工程[M].北京:清华大学出版社,2005.[4]范逸之.Visual Basic 与分布式监控系统———RS-232/485串行通信[M].北京:清华大学出版社,2002.作者简介:董超(1978-),男(汉族),籍贯山东,毕业于天津大学,硕士,工程师,研究领域为检测技术与自动化装置,控制理论与控制工程,计算机应用。
Biography:DONG Chao (1978-),Male (Han ethnic group),Shandong Province,graduated from Tianjin University,Master,Engineer,research on Detection Technology and Automatic E -quipment,Control Theory and Control Engineering,and Comput -er Application.(300384天津天津理工大学)董超高强(300410天津天津职业大学)张艳(Tianjin University of Technology,Tianjin,300384,China)DONG Chao GAO Qiang(Tianjin Vocational Institute,Tianjin,300410,China)ZHANG Yan通讯地址:(300384天津市南开区红旗南路延长线天津理工大学新校区工程训练中心)董超(收稿日期:2009.05.11)(修稿日期:2009.08.11)105--。