换热器水垢监测处理方法与流程

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1.本发明涉及工业数据处理技术领域，具体涉及一种换热器水垢监测处理方法。

背景技术：

2.换热器为热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器在化工、石油、动力、食品等许多工业生产中占有重要地位。
3.换热器的种类繁多，但是每种换热器都是通过进出水管道实现热力交换。在换热器管道工作通水时，水中的钙镁离子会附着在换热器管道内壁，容易造成管道堵塞，降低换热器换热效果，影响工业生产效率，还会减少换热器使用寿命，增加工业成本。因此需要对换热器管道进行除垢清洁。对于高工作量的大型工业场景，因为换热器的使用时长和使用率较大，如果不根据换热器内水垢状态调整清洁策略，仍会造成影响生产效率的问题。

技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种换热器水垢监测处理方法，所采用的技术方案具体如下：本发明提出了一种换热器水垢监测处理方法，所述方法包括：获取换热器的预设分析周期和预设采样时间；所述采样时间之间包括至少一次除垢过程；采集每个所述采样时间下的换热器进水口水中的钙镁离子含量、换热器管道中的水流量和换热器管道的管道厚度，获得钙镁离子含量序列、水流量序列和管道厚度序列；所述分析周期内每次所述除垢过程的除垢时间构成除垢时间序列；根据所述钙镁离子含量序列、所述水流量序列和所述除垢时间序列获得水垢附着程度；根据所述管道厚度序列中相邻元素的差异获得管道稳定程度；根据所述水流量序列中相邻元素的差异获得水流量稳定程度；根据所述水垢附着程度、所述管道稳定程度和所述水流量稳定程度获得换热器的换热效果评价；若所述换热效果评价小于预设评价阈值，则认为该换热器为受水垢影响换热器；根据所述受水垢影响换热器的所述除垢时间序列中的元素大小，获得所述分析周期中除垢压力大的关注采样时间，在下一个所述分析周期中增加对应所述关注采样时间之间的除垢频率。
5.进一步地，所述获取换热器的预设分析周期和预设采样时间包括：所述分析周期为一年，所述采样时间为每月采样一次。
6.进一步地，所述根据所述钙镁离子含量序列、所述水流量序列和所述除垢时间序列获得水垢附着程度包括：根据水垢附着程度公式获得所述水垢附着程度，所述水垢附着程度公式包括：其中，为所述水垢附着程度，为所述钙镁离子含量序列，为所述水流量序列，
为所述除垢时间序列，为平均值函数，为最大值函数，为最小值函数，为自然常数。
7.进一步地，所述根据所述管道厚度序列中相邻元素的差异获得管道稳定程度包括：根据稳定程度公式获得所述管道稳定程度，所述稳定程度公式包括：其中，为所述管道稳定程度，为所述厚度序列的长度，为所述厚度序列中第个所述管道厚度，为所述厚度序列中第个所述管道厚度，为绝对值函数，为自然常数；所述根据所述水流量序列中相邻元素的差异获得水流量稳定程度包括：根据稳定程度公式获得所述水流量稳定程度。
8.进一步地，所述根据所述水垢附着程度、所述管道稳定程度和所述水流量稳定程度获得换热器的换热效果评价包括：根据换热效果评价公式获得所述换热效果评价，所述换热效果评价公式包括：其中，为所述换热效果评价，为所述管道稳定程度，为所述水流量稳定程度，为所述水垢附着程度，为自然常数。
9.进一步地，所述根据所述受水垢影响换热器的所述除垢时间序列中的元素大小，获得所述分析周期中除垢压力大的关注采样时间包括：获得所述除垢时间序列中的元素均值，以所述除垢时间序列中大于所述元素均值的元素对应的采样时间作为所述关注采样时间。
10.本发明具有如下有益效果：本发明实施例根据预设分析周期和预设采样时间获得一个分析周期内换热器管道的状态数据序列。通过换热器管道的多种状态数据确定当前换热器管道内水垢附着程度、管道稳定程度和水流量稳定程度，进一步获得该换热器在一个分析周期内的换热效果评价。钙镁离子含量表示换热器管道内水质状态，水流量表示换热器管道内的水垢附着状态，除垢时间表示水垢的附着量和附着程度，管道厚度表示水垢对管道的侵蚀作用，通过上述多种状态数据共同分析获得参考性强的换热效果评价。通过换热效果评价的大小调整下一次分析周期的除垢策略，实现大型工业环境下科学的换热器清洁过程。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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附图。
12.图1为本发明一个实施例所提供的一种换热器水垢监测处理方法流程图。
具体实施方式
13.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种换热器水垢监测处理方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
14.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
15.下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种换热器水垢监测处理方法的具体方案。
16.请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种换热器水垢监测处理方法流程图，该方法包括：步骤s1：获取换热器的预设分析周期和预设采样时间；采样时间之间包括至少一次除垢过程；采集每个采样时间下的换热器进水口水中的钙镁离子含量、换热器管道中的水流量和换热器管道的管道厚度，获得钙镁离子含量序列、水流量序列和管道厚度序列；分析周期内每次除垢过程的除垢时间构成除垢时间序列。
17.在智能化工业场景中，可利用工业物联网技术通过物联网中的多种检测器和传感器检测换热器管道的状态数据，并进行传输。
18.在正常的工业场景中，换热器的工作受到季节气温等环境因素影响，因此可认为，一年为一个换热器的数据分析周期。因此以一年作为换热器的分析周期，数据采样时间为每月对换热器管道数据采集一次。因为本发明实施例针对的是大型的工业生产环境，换热器的使用率较高，因此设置初始固定的除垢策略为每月除垢一次，通过对换热器的数据分析可在下一个分析周期中适当增加某月的除垢次数，实现换热器管道清洁策略调整，所以在采样时间之间包括至少一次除垢过程。
19.水垢又称水锈、水碱等，是指硬度高的水煮沸后所包含的矿质附着在容器内逐渐形成的白块状或者粉末状的物质，主要成分有碳酸钙，氢氧化镁、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁等。即换热器管道内的水中钙镁离子含量越大意味着水质越硬，则越容易造成水垢积累，因此在本发明实施例中，通过钙镁离子浓度含量检测仪获得每个采样时间下的换热器管道内的钙镁离子含量，进一步获得整个分析周期下的钙镁离子含量序列，即钙镁离子含量序列的长度为12，序列中每个元素表示对应的整个月份换热器内水的钙镁离子含量。
20.水流量反映了换热器的使用率，即换热器管道内的水流量越大说明换热器的使用率越大，使用程度越高，越容易形成水垢。因此在本发明实施例中，利用表贴式管道流量计测量换热器管道内水流量的大小，表贴式管道流量计是利用超声波时差法，通过测量上下游超声波传输时差，从而获得管道内流速的一种测量方式。其优势主要在于可以在不破管，不停水的情况下，通过安装外夹式传感器测量上下游传输信号的发射接收时间差的从而获得准确的流量数据，进而获得整个分析周期下的换热器管道水流量序列，即水流量序列的
长度为12，序列内每个元素表示对应的整个月份换热器内的水流量大小。
21.水垢附着在换热器管道上会对管道内壁进行侵蚀，造成管道内壁不平整，出现坑洼，影响换热器寿命。因此在本发明实施例中，采用超声测厚仪频谱分析管道厚度，在整个管道上评价设置10个监测点，获得10个数据，以10个数据的平均值作为当前采用时间下的管道厚度，进而获得管道厚度序列。管道厚度序列长度为12，序列中每个元素表示对应月份的换热器管道厚度。
22.在工作量大高负载的工业场景下，为了保证换热器的换热效率，需要定时对其进行除垢清理，在本发明实施例中初始固定的除垢清洁策略为每月除垢一次，在本发明实施例后续描述部分中使用初始固定的除垢清洁策略进行描述。在本发明实施例中，采样电子除垢仪对换热器进行除垢清洁，电子除垢仪的基本原理是改变导致管垢形成的物理分子结构，运用磁力复合波纹来改变周围环境的条件以粉碎电离子间的键，以及令他们合成稳定的非管垢物质。其核心是一个调制信号发生器。采用独特的集成电路和信号处理技术，产生一种复杂频率的调制信号，通过信号电缆将该调制信号加在管道上，在管道内部产生一个分子力动态干扰场，作用于管道中的流体和溶于其中的溶盐分子，产生一种核化效应，因此电子除垢仪适用于大型工业场景下的换热器管道除垢。获得每次除垢过程的除垢时间，一个分析周期内所有的除垢时间构成一个除垢时间序列。因为使用初始固定的除垢清洁策略，因此除垢时间序列长度为12，序列中每个元素表示对应月份除垢过程的除垢时间，除垢时间越长，则说明水垢积累的越多。
23.步骤s2：根据钙镁离子含量序列、水流量序列和除垢时间序列获得水垢附着程度；根据管道厚度序列中相邻元素的差异获得管道稳定程度；根据水流量序列中相邻元素的差异获得水流量稳定程度。
24.根据水垢附着程度公式获得水垢附着程度，水垢附着程度公式包括：其中，为水垢附着程度，为钙镁离子含量序列，为水流量序列，为除垢时间序列，为平均值函数，为最大值函数，为最小值函数，为自然常数。
25.在水垢附着程度公式中，为一个分析周期内钙镁离子含量的均值，均值越大，说明当前工业场景使用的水质中钙镁离子含量越多，水的硬度较大，容易产生水垢。为一个分析周期内水流量的相对变化情况，相对变化越大，说明管道内水流量越不稳定，水垢附着程度越高。表示除垢序列中的元素均值，均值越大说明所需除垢时间越长，水垢附着程度越高。
26.进一步考虑到水垢在换热器管道内部附着会影响管道的厚度和水流量，所以根据管道厚度序列中相邻元素的差异获得管道稳定程度和根据水流量序列中相邻元素的差异获得水流量稳定程度，具体包括：
根据稳定程度公式获得管道稳定程度，稳定程度公式包括：其中，为管道稳定程度，为厚度序列的长度，为厚度序列中第个管道厚度，为厚度序列中第个管道厚度，为绝对值函数，为自然常数。
27.在稳定程度公式中，表示当前时刻与初始时刻之间的均值与上一时刻与初始时刻之间均值的差异。如果当前换热器管道内部没有出现侵蚀，则稳定程度公式中的各项差异均趋近于零，则管道稳定程度趋近于1。反之，如果管道受到水垢的侵蚀，导致不同时刻的数据出现变化，即稳定程度公式中各项差异明显，则管道稳定程度趋近于0。
28.与管道稳定程度相似的，根据稳定程度公式分析换热器管道内水流量序列，获得水流量稳定程度。
29.步骤s3：根据水垢附着程度、管道稳定程度和水流量稳定程度获得换热器的换热效果评价；若换热效果评价小于预设评价阈值，则认为该换热器为受水垢影响换热器；根据受水垢影响换热器的除垢时间序列中的元素大小，获得分析周期中除垢压力大的关注采样时间，在下一个分析周期中增加对应关注采样时间之间的除垢频率。
30.换热器管道的管道稳定程度越大，说明管道内没有受到水垢腐蚀或者腐蚀较少，则换热器的工作效率高，换热效果好。换热器管道内水流量越稳定，说明管道的换热工作环境好，换热器的工作效率高，换热效果好。水垢附着程度越小，说明水垢对换热器的影响越小，换热器的工作效率高，换热效果好。因此可根据水垢附着程度、管道稳定程度和水流量稳定程度获得换热器的换热效果评价，具体包括：根据换热效果评价公式获得换热效果评价，换热效果评价公式包括：其中，为换热效果评价，为管道稳定程度，为水流量稳定程度，为水垢附着程度，为自然常数。
31.在固定的工作场景下，应保证换热器的换热效果达到工作标准，因此可设置评价阈值对换热效果评价进行对比分析。在本发明实施例中，考虑到换热器的换热效率降低的原因不仅包括水垢影响，还包括换热器本身的使用老化，因此用同样的分析方法分析全新的换热器数据，获得全新换热器的换热效果评价，以全新换热器的换热效果评价的百分之九十作为评价阈值。
32.若换热效果评价不小于评价阈值，说明当前换热器的换热效果良好，可保持现有的除垢清洁策略不变，进行下一个分析周期的工作。若换热效果评价小于评价阈值，则说明当前分析周期的除垢清洁策略不合理，导致水垢影响换热效率，认为该换热器为受水垢影响换热器。为了调整受水垢影响换热器的除垢清洁策略，需要统计当前分析周期内的数据，根据除垢时间序列中的元素大小确定当前分析周期中除垢压力大的采样时间作为关注采样时间，具体包括：
获得除垢时间序列中的元素均值，以除垢时间序列中大于元素均值的元素对应的采样时间作为关注采样时间。
33.关注采样时间对应的月份为当前工作场景中工作量较大的月份，例如在冬季，气温较低，热量损耗较大，则换热器的工作量相较于其他月份会增加。因此对于关注采样时间需要增加除垢频率，例如将关注采样时间对应的月份的除垢频率由一个月除垢一次改为一个月除垢两次等，具体可根据工作场景中的成本预算进行设定，在此不做约束。
34.对于非关注采样时间可保持现有的除垢清洁策略，仅调整关注采样时间的除垢频率，实现对换热器水垢监测并处理。
35.需要说明的是，如果在下一个分析周期内选择增加某个月份的除垢频率，则下一个分析周期内对应的除垢时间序列的长度会增加，例如在下一个分析周期内需要将12月份的除垢频率改为一月两次，则对应的除垢时间序列长度为13，其中12月份的采样时间对应两个除垢时间。通过分析下个分析周期内的换热器数据，可对后续分析周期内的除垢清洁策略继续进行分析及调整。如果换热器的除垢清洁策略无法调整，即因为成本预算无法再增加清洁频率，此时换热器的换热效果仍不理想，则说明当前换热器的寿命将要达到极限，为了保证工作效率，需要对该换热器进行更换。
36.综上所述，本发明实施例获得换热器管道的多种工业数据。通过对换热器内钙镁离子含量、水流量和除垢时间获得换热器管道内水垢附着程度。进一步根据换热器管道厚度序列的稳定性和管道内水流量的稳定性获得换热器在当前分析周期内的换热效果评价。通过换热效果评价对换热器的换热性能进行评价，并根据分析周期内除垢时间序列中的元素大小确定受水垢影响换热器的关注采样时间，在下个分析周期内调整关注采样时间的除垢策略。本发明实施例通过分析多种换热器工业数据，实现了对水垢的监测并进行合理的除垢清洁策略调整。
37.需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
38.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
39.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

技术特征：

1.一种换热器水垢监测处理方法，其特征在于，所述方法包括：获取换热器的预设分析周期和预设采样时间；所述采样时间之间包括至少一次除垢过程；采集每个所述采样时间下的换热器进水口水中的钙镁离子含量、换热器管道中的水流量和换热器管道的管道厚度，获得钙镁离子含量序列、水流量序列和管道厚度序列；所述分析周期内每次所述除垢过程的除垢时间构成除垢时间序列；根据所述钙镁离子含量序列、所述水流量序列和所述除垢时间序列获得水垢附着程度；根据所述管道厚度序列中相邻元素的差异获得管道稳定程度；根据所述水流量序列中相邻元素的差异获得水流量稳定程度；根据所述水垢附着程度、所述管道稳定程度和所述水流量稳定程度获得换热器的换热效果评价；若所述换热效果评价小于预设评价阈值，则认为该换热器为受水垢影响换热器；根据所述受水垢影响换热器的所述除垢时间序列中的元素大小，获得所述分析周期中除垢压力大的关注采样时间，在下一个所述分析周期中增加对应所述关注采样时间之间的除垢频率。2.根据权利要求1所述的一种换热器水垢监测处理方法，其特征在于，所述获取换热器的预设分析周期和预设采样时间包括：所述分析周期为一年，所述采样时间为每月采样一次。3.根据权利要求1所述的一种换热器水垢监测处理方法，其特征在于，所述根据所述钙镁离子含量序列、所述水流量序列和所述除垢时间序列获得水垢附着程度包括：根据水垢附着程度公式获得所述水垢附着程度，所述水垢附着程度公式包括：其中，为所述水垢附着程度，为所述钙镁离子含量序列，为所述水流量序列，为所述除垢时间序列，为平均值函数，为最大值函数，为最小值函数，为自然常数。4.根据权利要求1所述的一种换热器水垢监测处理方法，其特征在于，所述根据所述管道厚度序列中相邻元素的差异获得管道稳定程度包括：根据稳定程度公式获得所述管道稳定程度，所述稳定程度公式包括：其中，为所述管道稳定程度，为所述厚度序列的长度，为所述厚度序列中第个所述管道厚度，为所述厚度序列中第个所述管道厚度，为绝对值函数，为自然常数；所述根据所述水流量序列中相邻元素的差异获得水流量稳定程度包括：根据稳定程度公式获得所述水流量稳定程度。5.根据权利要求1所述的一种换热器水垢监测处理方法，其特征在于，所述根据所述水垢附着程度、所述管道稳定程度和所述水流量稳定程度获得换热器的换热效果评价包括：
根据换热效果评价公式获得所述换热效果评价，所述换热效果评价公式包括：其中，为所述换热效果评价，为所述管道稳定程度，为所述水流量稳定程度，为所述水垢附着程度，为自然常数。6.根据权利要求1所述的一种换热器水垢监测处理方法，其特征在于，所述根据所述受水垢影响换热器的所述除垢时间序列中的元素大小，获得所述分析周期中除垢压力大的关注采样时间包括：获得所述除垢时间序列中的元素均值，以所述除垢时间序列中大于所述元素均值的元素对应的采样时间作为所述关注采样时间。

技术总结

本发明涉及工业数据处理技术领域，具体涉及一种换热器水垢监测处理方法。该方法获得换热器管道的多种工业数据。通过对换热器内钙镁离子含量、水流量和除垢时间获得换热器管道内水垢附着程度。进一步根据换热器管道厚度序列的稳定性和管道内水流量的稳定性获得换热器在当前分析周期内的换热效果评价。通过换热效果评价对换热器的换热性能进行评价，并根据分析周期内除垢时间序列中的元素大小确定受水垢影响换热器的关注采样时间，在下个分析周期内调整关注采样时间的除垢策略。本发明通过分析多种换热器工业数据，实现了水垢对换热器影响的监测并进行合理的除垢清洁策略调整。响的监测并进行合理的除垢清洁策略调整。响的监测并进行合理的除垢清洁策略调整。