CN105371692B - 换热器冷却水流量控制***及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换热器冷却水流量控制***。所述换热器冷却水流量控制***用于控制工况稳定的换热器，包括采集模块、判断模块、校正模块、调节模块及计算模块。本发明还提供一种换热器冷却水流量控制***的调节方法。采用本发明提供的换热器冷却水流量控制***及其调节方法，通过简单的流量调节并结合斜率比较，就可以分析出换热器当前工作点的工作状态，进而逼近冷却水经济流量，既尽量使冷却水用水量足够小又保证一定的抗工艺波动能力，该方法具有操作简单、快速有效、普适性好且安全性高的优点。

Description

换热器冷却水流量控制***及其调节方法

技术领域

本发明涉及冷却水流量调节技术领域，具体地，涉及一种换热器冷却水流量控制***及其调节方法。

背景技术

换热设备是工业循环冷却水服务的主要对象，尤其是在石化等工业领域，绝大部分工业循环冷却水用来冷却换热器内的工艺介质。流进换热器的冷却水流量和工艺介质的降温温差呈一种非线性正相关关系，即在工艺介质组成、入口温度、流量，冷却水入口温度等条件不变的情况下，随着冷却水流量的增加，工艺介质的出入口温差(进口温度-出口温度)加大；但这一关系并不是线性关系，而是一种非线性趋势，即当冷却水流量增加到某一程度之后，再加大用水量，工艺介质的出入口温差只是缓慢地增加。

由于这一规律的存在，石化等工业领域某些未安装负反馈自动控制器的换热器冷却水用量常处于过剩状态，现有技术中部分厂家通过提高工艺介质出口温度上限的办法来减少冷却水用量，但这是经验性的，且不具备普适性和安全性，一旦操作不当只要稍有工艺波动就可能引发后续连锁剧变。

所以，有必要对上述调节换热器冷却水流量的方式做进一步改进，以避免上述缺陷。

发明内容

为了解决上述调节换热器冷却水流量的方式存在能源浪费、普适性不好和安全性低的技术问题，本发明提供一种换热器冷却水流量控制***及其调节方法，具有操作简单、普适性好及安全性高的优点。

本发明提供一种换热器冷却水流量控制***，所述换热器冷却水流量控制***用于控制工况稳定的换热器，包括采集模块、判断模块、校正模块、调节模块及计算模块；

所述采集模块，用于采集参数，所述参数包括换热器当前工作点的冷却水流量和工艺介质温度差，所述工艺介质温度差为换热器当前工作点的工艺介质入口温度与工艺介质出口温度的差值；

所述判断模块，用于提供判断标准，根据判断标准对所述采集模块采集的工艺介质温度差进行判断，所述判断标准为所述工艺介质温度差在所述工艺介质温度差的设计上下限范围内；

所述校正模块，用于将经所述判断模块判断后，不符合判断标准的工艺介质温度差进行校正；

所述调节模块，用于将经所述判断模块判断后，工艺介质温度差符合判断标准的换热器进行冷却水流量调节；

所述计算模块，用于根据所述调节模块的调节结果计算斜率K并判断斜率K与经济斜率Kc的大小关系，选择K≥Kc的换热器工作点作为工作经济点。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***一种较佳实施例中，所述工况稳定是指工艺介质的组成不变，所述工艺介质的入口温度、流量在波动范围内，换热器冷却水入口温度在波动范围内。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***一种较佳实施例中，所述波动范围为±0.5％。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***一种较佳实施例中，所述调节模块包括：

流量调节单元，用于进行冷却水流量调节，以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，按百分比调节换热器冷却水流量；

温度测量单元，用于所述流量调节单元对冷却水流量调节之后测量工艺介质温度差。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***一种较佳实施例中，所述换热器冷却水流量调节的百分比范围为0.5％到10％之间。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***一种较佳实施例中，所述斜率K的计算公式为：

斜率K＝工艺介质温度差之差/冷却水流量差＝(调节后工艺介质温度差-调节前工艺介质温度差)/(调节后冷却水流量-调节前冷却水流量)。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***一种较佳实施例中，所述经济斜率Kc为一个常数，且其范围为0.005～0.05。

本发明还提供一种换热器冷却水流量控制***的调节方法，包括以下步骤：

步骤一、采集参数：用户通过采集模块对换热器当前工作点进行参数采集，所述参数包括换热器当前工作点的冷却水流量及工艺介质温度差；

步骤二、参数判断与校正：用户根据判断模块对工艺介质温度差进行判断，根据判断结果确认进行校正或者进入步骤三；

步骤三、调节计算：提供流量调节单元及温度测量单元，用户依据步骤二的参数判断结果，通过流量调节单元对换热器冷却水流量进行调节，以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，按百分比提高换热器冷却水流量，之后通过温度测量单元测量工艺介质温度差，并根据调节模块的调节结果通过计算模块计算斜率K₁，并判断所述斜率K₁与经济斜率Kc的大小关系；

当K₁≥Kc时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***的调节方法一种较佳实施例中，结束步骤三后，还包括：

步骤四、再次调节计算：当K₁<Kc时，通过流量调节单元对换热器冷却水流量进行再次调节，降低换热器冷却水流量，恢复到换热器当前工作点，再以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，按百分比降低换热器冷却水流量，通过温度测量单元测量工艺介质温度差，根据调节模块的调节结果通过计算模块再次计算斜率K₂，并判断所述斜率K₂与经济斜率Kc的大小关系；

当K₂<Kc时，重复步骤四；

当K₂＝Kc或工艺介质温度差达到工艺介质温度差的设计下限时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节。

在本发明提供的换热器冷却水流量控制***的调节方法一种较佳实施例中，所述步骤二参数判断与校正包括：

用户根据判断模块对工艺介质温度差进行判断，是否符合判断标准，所述判断标准为所述工艺介质温度差在所述工艺介质温度差的设计上下限范围内；

经所述判断模块判断后，根据判断结果确认进行校正或者进入步骤三：

经所述判断模块判断后，若工艺介质温度差不符合判断标准，通过校正模块进行校正，校正过程之后重新对工艺介质温度差进行判断；所述校正过程包括：

当换热器当前工作点的工艺介质温度差大于工艺介质温度差的设计上限时，降低换热器冷却水流量直至工艺介质温度差进入工艺介质温度差的设计上下限范围内；

当换热器当前工作点的工艺介质温度差小于工艺介质温度差的设计下限时，提高换热器冷却水流量直至工艺介质温度差进入工艺介质温度差的设计上下限范围内；

经所述判断模块判断后，若工艺介质温度差符合判断标准，进入步骤三。

相较于现有技术，本发明提供的换热器冷却水流量控制***及其调节方法具有以下有益效果：

一、本发明通过简单的流量调节并结合斜率比较，就可以分析出换热器当前工作点的工作状态，进而逼近冷却水经济流量，既尽量使冷却水用水量足够小又保证一定的抗工艺波动能力，方法操作简单、普适性好。

二、本发明适用于工况稳定的换热器，经济成本低，而且安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明提供的换热器冷却水流量控制***一实施例的结构框图；

图2为本发明提供的换热器冷却水流量控制***的调节方法一实施例的流程图；

图3为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法中步骤S2的工作流程图；

图4为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法中步骤S3的工作流程图；

图5为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法中步骤S4的工作流程图；

图6为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法的工作曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明提供的换热器冷却水流量控制***一实施例的结构框图。所述换热器冷却水流量控制***1用于控制工况稳定的换热器，所述工况稳定是指工艺介质的组成不变，所述工艺介质的入口温度、流量在波动范围内，换热器冷却水入口温度在波动范围内，所述波动范围为±0.5％。所述换热器冷却水流量控制***1包括采集模块11、判断模块13、校正模块15、调节模块17及计算模块19。

所述采集模块11用于采集参数。所述参数包括所述换热器当前工作点的冷却水流量和工艺介质温度差。其中，所述工艺介质温度差为所述换热器当前工作点的工艺介质入口温度与工艺介质出口温度的差值。

所述判断模块13用于提供判断标准，其根据判断标准对所述采集模块11采集的工艺介质温度差进行判断，其中，所述判断标准为所述工艺介质温度差在所述工艺介质温度差的设计上下限范围内。

所述校正模块15用于将经所述判断模块13判断后，不符合所述判断标准的工艺介质温度差进行校正。

所述调节模块17用于将经所述判断模块13判断后，工艺介质温度差符合所述判断标准的换热器进行冷却水流量调节。所述调节模块17包括流量调节单元171和温度测量单元173。所述流量调节单元171用于进行换热器冷却水流量调节。所述流量调节单元171以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，按百分比调节换热器冷却水流量。所述换热器冷却水流量调节的百分比范围为0.5％到10％之间。所述温度测量单元173用于所述流量调节单元171对冷却水流量调节之后测量工艺介质温度差。

所述计算模块19用于根据所述调节模块17的调节结果计算斜率K并判断斜率K与经济斜率Kc的大小关系，选择K≥Kc的换热器工作点作为工作经济点。在所述计算模块19的计算过程中，所述斜率K的计算公式为：斜率K＝工艺介质温度差之差/冷却水流量差＝(调节后工艺介质温度差-调节前工艺介质温度差)/(调节后冷却水流量-调节前冷却水流量)。所述经济斜率Kc是一个常数，所述经济斜率Kc的范围为0.005～0.05。

请同时参阅图2，为本发明提供的换热器冷却水流量控制***的调节方法一实施例的流程图。所述换热器冷却水流量控制***的调节方法的步骤如下：

步骤S1、采集参数：用户通过所述采集模块11对换热器当前工作点进行参数采集；所述参数包括换热器当前工作点的冷却水流量及工艺介质温度差；

步骤S2、参数判断与校正：用户通过所述判断模块13对所述工艺介质温度差进行判断，是否符合判断标准，所述判断标准为所述工艺介质温度差在所述工艺介质温度差的设计上下限范围内；

经所述判断模块13判断后，根据判断结果确认进行校正或者进入步骤S3；

步骤S3、调节计算：提供流量调节单元171及温度测量单元173，用户依据步骤S2的参数判断结果，通过所述流量调节单元171对所述换热器冷却水流量进行调节，并通过所述温度测量单元173测量工艺介质温度差，再通过所述计算模块19进行计算斜率K₁，并判断所述斜率K₁与所述经济斜率Kc的大小关系；

当K₁≥Kc时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节；

当K₁<Kc时，进入步骤S4，进行再次调节计算；

步骤S4、再次调节计算：通过所述流量调节单元171对所述换热器冷却水流量进行再次调节，并通过所述温度测量单元173测量工艺介质温度差，再通过所述计算模块19计算斜率K₂并判断所述斜率K₂与所述经济斜率Kc的大小关系；

当K₂<Kc时，重复步骤S4；

当K₂＝Kc或工艺介质温度差达到工艺介质温度差的设计下限时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节。

请同时参阅图3，为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法中步骤S2的流程图。所述步骤S2包括：

S21、用户根据所述判断模块13对参数工艺介质温度差进行判断，是否符合判断标准，所述判断标准为所述工艺介质温度差在所述工艺介质温度差的设计上下限范围内；

经所述判断模块13判断后，根据判断结果确认进行校正或者进入步骤S3：

S22、经所述判断模块13判断后，若工艺介质温度差不符合判断标准，通过所述校正模块15进行校正，校正过程之后重新对工艺介质温度差进行判断；所述校正过程包括：

S22-1、当换热器当前工作点的工艺介质温度差大于工艺介质温度差的设计上限时，降低换热器冷却水流量直至工艺介质温度差进入工艺介质温度差的设计上下限范围内；

S22-2、当换热器当前工作点的工艺介质温度差小于工艺介质温度差的设计下限时，提高换热器冷却水流量直至工艺介质温度差进入工艺介质温度差的设计上下限范围内；

经所述判断模块13判断后，若工艺介质温度差符合判断标准，进入步骤S3。

请再结合参阅图4，为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法中步骤S3的工作流程图。所述步骤S3包括：

S31、以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，通过所述流量调节单元171按百分比提高换热器冷却水流量；

S32、通过所述温度测量单元173测量工艺介质温度差；

S33、根据所述调节模块17的调节结果，通过所述计算模块19计算斜率K₁，并进行判断，判断所述斜率K₁与所述经济斜率Kc的大小关系：

当K₁≥Kc时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节；

当K1<Kc时，进入步骤S4。

请再结合参阅图5，为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法中步骤S4的工作流程图。所述步骤S4包括如下步骤：

S41、降低换热器冷却水流量，恢复到换热器当前工作点；

S42、以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，通过所述流量调节单元171按百分比降低换热器冷却水流量；

S43、通过所述温度测量单元173测量工艺介质温度差；

S44、根据所述调节模块17的调节结果通过所述计算模块19再次计算斜率K₂并进行判断，判断所述斜率K₂与所述经济斜率Kc的大小关系；

当K₂<Kc时，重复步骤S42；

当K₂＝Kc或工艺介质温度差达到工艺介质温度差的设计下限时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节。

请参阅图6，为图2所示换热器冷却水流量控制***的调节方法的工作曲线图。在本实施例中，所述换热器为管壳式逆流换热器，管程走循环冷却水，入口温度为25℃，壳程走工艺介质，入口温度为60℃，工艺介质设计温差上限为15℃，下限为14℃，即允许出口温度最高为46℃，最低为45℃。

其中，所述换热器的冷却水流量控制过程如下：

首先，采集参数：

现场检测所述管壳式逆流换热器设计工作点为I点，通过所述采集模块11采集参数；

参数：所述管壳式逆流换热器当前工作点I点的冷却水流量为800m³/h、工艺介质温度差为14.8℃，然后进入步骤S2；

其次，参数判断与校正：

所述管壳式逆流换热器当前工作点I点的工艺介质温度差为14.8℃，判断标准：工艺介质温度差在工艺介质温度差的设计上下限范围(14℃～15℃)内，根据所述判断模块13判断所述管壳式逆流换热器当前工作点I点的工艺介质温度差符合判断标准，进入步骤S3；

再次，第一次调节计算：

将所述管壳式逆流换热器当前工作点I点的冷却水流量(800m³/h)通过所述流量调节单元171按2％提高至816m³/h；

待装置稳定后通过所述温度测量单元173测得工艺介质温度差变为14.9℃，工作点移动至A1；

根据所述调节模块17的调节结果通过所述计算模块19进行计算：

经济斜率Kc＝0.02，斜率K₁＝(14.9-14.8)/(816-800)＝0.00625；

K₁＝0.00625<Kc＝0.02；

由于K₁<Kc，故进入步骤S4；

然后，第二次调节计算：

通过所述流量调节单元171降低换热器冷却水流量，由工作点A1恢复到换热器当前工作点I点；

将所述管壳式逆流换热器当前工作点I点的冷却水流量(800m³/h)通过所述流量调节单元171按2％降低至784m³/h；

待装置稳定后通过所述温度测量单元173测得工艺介质温度差变为14.5℃，工作点移动至B1；

根据所述调节模块17的调节结果通过所述计算模块19进行计算：

经济斜率Kc＝0.02，斜率K₂＝(14.5-14.8)/(784-800)＝0.01875

K₂＝0.01875<Kc＝0.02；

由于K₂<Kc，故重复步骤S4-2；

最后，第三次调节计算：

将B1点的冷却水流量(784m³/h)通过所述流量调节单元171按2.5％降低至764m³/h；

待装置稳定后通过所述温度测量单元173测得工艺介质温度差变为14.1℃，工作点移动至B2；

根据所述调节模块17的调节结果通过所述计算模块19进行计算：

经济斜率Kc＝0.02，斜率K₃＝(14.1-14.5)/(764-784)＝0.02；

K₃＝Kc；此时工艺介质温度差仍然大于工艺介质温度差的设计下限，但K₃＝Kc，继续降低换热器冷却水流量有可能引起工艺介质温度的急剧陡降从而引起操作不稳定性和工艺剧烈波动，故此时需停止调节，因此，所述管壳式逆流换热器的冷却水经济流量为764m³/h。

本发明提供的换热器冷却水流量控制***及其调节方法具有以下有益效果：

一、本发明通过简单的流量调节并结合斜率比较，就可以分析出换热器当前工作点的工作状态，进而逼近冷却水经济流量，既尽量使冷却水用水量足够小又保证一定的抗工艺波动能力，方法操作简单、普适性好。

二、本发明适用于工况稳定的换热器，经济成本低，而且安全性高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种换热器冷却水流量控制***，所述换热器冷却水流量控制***用于控制工况稳定的换热器，其特征在于，包括采集模块、判断模块、校正模块、调节模块及计算模块；

所述采集模块，用于采集参数，所述参数包括换热器当前工作点的冷却水流量和工艺介质温度差，所述工艺介质温度差为换热器当前工作点的工艺介质入口温度与工艺介质出口温度的差值；

所述判断模块，用于提供判断标准，根据判断标准对所述采集模块采集的工艺介质温度差进行判断，所述判断标准为所述工艺介质温度差在所述工艺介质温度差的设计上下限范围内；

所述校正模块，用于将经所述判断模块判断后，不符合判断标准的工艺介质温度差进行校正；

所述调节模块，用于将经所述判断模块判断后，工艺介质温度差符合判断标准的换热器进行冷却水流量调节；

所述计算模块，用于根据所述调节模块的调节结果计算斜率K并判断斜率K与经济斜率Kc的大小关系，选择K≥Kc的换热器工作点作为工作经济点，其中，所述斜率K的计算公式为：斜率K＝工艺介质温度差之差/冷却水流量差＝(调节后工艺介质温度差-调节前工艺介质温度差)/(调节后冷却水流量-调节前冷却水流量)。

2.根据权利要求1所述的换热器冷却水流量控制***，其特征在于，所述工况稳定是指工艺介质的组成不变，所述工艺介质的入口温度、流量在波动范围内，换热器冷却水入口温度在波动范围内。

3.根据权利要求2所述的换热器冷却水流量控制***，其特征在于，所述波动范围为±0.5％。

4.根据权利要求1所述的换热器冷却水流量控制***，其特征在于，所述调节模块包括：

流量调节单元，用于进行冷却水流量调节，以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，按百分比调节换热器冷却水流量；

温度测量单元，用于所述流量调节单元对冷却水流量调节之后测量工艺介质温度差。

5.根据权利要求4所述的换热器冷却水流量控制***，其特征在于，所述换热器冷却水流量调节的百分比范围为0.5％到10％之间。

6.根据权利要求1所述的换热器冷却水流量控制***，其特征在于，所述经济斜率Kc为一个常数，且其范围为0.005～0.05。

7.一种换热器冷却水流量控制***的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采集参数：用户通过采集模块对换热器当前工作点进行参数采集，所述参数包括换热器当前工作点的冷却水流量及工艺介质温度差，所述工艺介质温度差为换热器当前工作点的工艺介质入口温度与工艺介质出口温度的差值；

步骤二、参数判断与校正：用户根据判断模块对工艺介质温度差进行判断，根据判断结果确认进行校正或者进入步骤三；

步骤三、调节计算：提供流量调节单元及温度测量单元，用户依据步骤二的参数判断结果，通过流量调节单元对换热器冷却水流量进行调节，以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，按百分比提高换热器冷却水流量，之后通过温度测量单元测量工艺介质温度差，并根据调节模块的调节结果通过计算模块计算斜率K₁，并判断所述斜率K₁与经济斜率Kc的大小关系，其中，斜率K的计算公式为：斜率K＝工艺介质温度差之差/冷却水流量差＝(调节后工艺介质温度差-调节前工艺介质温度差)/(调节后冷却水流量-调节前冷却水流量)；

当K₁≥Kc时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节；

步骤四、再次调节计算：当K₁<Kc时，通过流量调节单元对换热器冷却水流量进行再次调节，降低换热器冷却水流量，恢复到换热器当前工作点，再以换热器当前工作点的冷却水流量为基础，按百分比降低换热器冷却水流量，通过温度测量单元测量工艺介质温度差，根据调节模块的调节结果通过计算模块再次计算斜率K₂，并判断所述斜率K₂与经济斜率Kc的大小关系；

当K₂<Kc时，重复步骤四；

当K₂＝Kc或工艺介质温度差达到工艺介质温度差的设计下限时，换热器当前工作点已为工作经济点，结束调节。

8.根据权利要求7所述的换热器冷却水流量控制***的调节方法，其特征在于，所述步骤二参数判断与校正包括：

用户根据判断模块对工艺介质温度差进行判断，是否符合判断标准，所述判断标准为所述工艺介质温度差在所述工艺介质温度差的设计上下限范围内；

经所述判断模块判断后，根据判断结果确认进行校正或者进入步骤三：

经所述判断模块判断后，若工艺介质温度差不符合判断标准，通过校正模块进行校正，校正过程之后重新对工艺介质温度差进行判断；所述校正过程包括：

当换热器当前工作点的工艺介质温度差大于工艺介质温度差的设计上限时，降低换热器冷却水流量直至工艺介质温度差进入工艺介质温度差的设计上下限范围内；

当换热器当前工作点的工艺介质温度差小于工艺介质温度差的设计下限时，提高换热器冷却水流量直至工艺介质温度差进入工艺介质温度差的设计上下限范围内；

经所述判断模块判断后，若工艺介质温度差符合判断标准，进入步骤三。