發(fā)布時(shí)間：2018-10-15 09:26

【摘要】：換熱器是大型石化企業(yè)的一種典型化工設(shè)備,其典型故障是管道結(jié)垢、堵塞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起泄漏,這些故障會(huì)影響換熱器的換熱效果,嚴(yán)重時(shí)甚至影響整套化工裝置的安全運(yùn)行。因此,研究換熱器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十分必要。傳統(tǒng)的化工設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),一般采用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),因其布線困難、施工難度大等原因,對(duì)投產(chǎn)后的化工設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)是個(gè)難題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有安裝部署靈活,可擴(kuò)展性和魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),使其可以解決有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布線難題。迄今國(guó)內(nèi)外針對(duì)換熱器流體誘導(dǎo)振動(dòng)原理和減振設(shè)計(jì)等方面研究較多,針對(duì)換熱器故障監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)比較少,利用振動(dòng)判斷循環(huán)水換熱器故障狀態(tài)的研究則更少。本文以基于無線振動(dòng)傳感器的循環(huán)水換熱器故障故障診斷為選題,主要研究?jī)?nèi)容有:(1)基于流固耦合的換熱器堵塞故障模型研究采用有限元法建立輸流直管不同結(jié)垢程度的故障模型,探討結(jié)垢故障狀態(tài)下輸流直管的振動(dòng)屬性,研究流體流速和結(jié)垢程度對(duì)輸流直管振動(dòng)的影響程度。通過輸流直管振動(dòng)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該模型的可行性。通過建立流固耦合的換熱器堵塞故障模型,研究不同堵塞管數(shù)、不同入口流速下?lián)Q熱器故障模型的振動(dòng)屬性,探討流速和堵塞管數(shù)對(duì)換熱器振動(dòng)信號(hào)的影響。(2)基于振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)水換熱器故障診斷方法研究通過分析換熱器不同狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào),結(jié)合入口流速和離心泵轉(zhuǎn)速等參數(shù),提出一種基于換熱器入口流速的振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻域故障特征提取法,建立換熱器時(shí)頻故障特征數(shù)據(jù)庫(kù)和基于整流平均值的支持向量機(jī)分類器(MAV-SVM)。研究換熱器振動(dòng)信號(hào)的五個(gè)經(jīng)典無量綱參數(shù),建立基于無量綱參數(shù)特征提取的支持向量機(jī)分類器(DPD-SVM),進(jìn)一步構(gòu)建基于整流平均值的六維DPD-SVM。通過研究SVM參數(shù)優(yōu)化技術(shù),提高DPD-SVM分類器在換熱器故障診斷中的識(shí)別準(zhǔn)確率。(3)換熱器堵塞故障實(shí)驗(yàn)床及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究通過人工填充堵塞物的方法,建立不同堵塞管數(shù)的換熱器實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?分析換熱器各種堵塞故障狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào),驗(yàn)證時(shí)頻域故障特征提取法、MAV-SVM和DPD-SVM分類器的可行性。通過對(duì)石化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同狀態(tài)三臺(tái)換熱器的振動(dòng)信號(hào)采樣和分析,研究生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)換熱器振動(dòng)信號(hào)獲取的可行性和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響程度,并驗(yàn)證DPD-SVM方法對(duì)不同狀態(tài)振動(dòng)信號(hào)的可分性。(4)基于振動(dòng)信號(hào)的換熱器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究運(yùn)用LabVIEW和Matlab混合編程技術(shù),開發(fā)基于有線振動(dòng)傳感器和無線振動(dòng)傳感器的換熱器信號(hào)分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域、頻域參數(shù)和無量綱參數(shù)的分析。結(jié)合換熱器典型故障的故障特征數(shù)據(jù)庫(kù)和DPD-SVM分類器,開發(fā)基于實(shí)驗(yàn)室換熱器模型的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷和報(bào)警系統(tǒng)。
[Abstract]:Heat exchanger is a kind of typical chemical equipment in large petrochemical enterprise. Its typical fault is pipe scaling, blockage and leakage when serious, which will affect the heat transfer effect of heat exchanger. It even affects the safe operation of the whole chemical plant when it is serious. Therefore, it is necessary to study the condition monitoring system of heat exchanger. The traditional state monitoring system of chemical equipment generally uses wired network to transmit data. Because of the difficulty of wiring and construction, it is a difficult problem to monitor the state of chemical equipment after putting into production. Wireless sensor network (WSN) has the advantages of flexible installation, scalability and robustness, which makes it possible to solve the wiring problem of wired monitoring system. Up to now, there are many researches on fluid induced vibration principle and vibration absorption design of heat exchangers at home and abroad, less on fault monitoring systems for heat exchangers, and even less on judging fault state of circulating water heat exchangers by vibration. In this paper, the fault diagnosis of circulating water heat exchanger based on wireless vibration sensor is selected. The main research contents are as follows: (1) based on the fluid-solid coupling model of heat exchanger clogging fault, the finite element method is used to establish the fault model of different scaling degree of the straight pipe, and the vibration properties of the straight pipe under the condition of scaling fault are discussed. The influence of flow velocity and scaling degree on the vibration of straight pipe was studied. The feasibility of the model is verified by the vibration experiment of straight pipe. The vibration properties of heat exchanger fault model with different number of blocked tubes and different inlet velocities are studied by establishing a fluid-solid coupling model of heat exchanger clogging fault. The effect of flow rate and the number of blocked tubes on the vibration signal of heat exchanger is discussed. (2) the fault diagnosis method of circulating water heat exchanger based on vibration signal is studied by analyzing the vibration signal of heat exchanger in different states, combining the parameters of inlet velocity and centrifugal pump speed, etc. A time-frequency fault feature extraction method for vibration signals based on inlet velocity of heat exchanger is proposed. The database of time-frequency fault features of heat exchangers and the support vector machine classifier (MAV-SVM) based on rectifier average are established. Five classical dimensionless parameters of vibration signal of heat exchanger are studied. Support vector machine classifier (DPD-SVM) based on feature extraction of dimensionless parameters is established, and a six-dimensional DPD-SVM. based on average rectifier is further constructed. In order to improve the accuracy of DPD-SVM classifier in heat exchanger fault diagnosis, the SVM parameter optimization technology is studied. (3) the method of manually filling the plug in heat exchanger clogging test bed and field experiment is studied. The experimental model of heat exchanger with different number of blocked tubes is established, and the vibration signals of heat exchanger under various clogging fault conditions are analyzed, and the feasibility of time-frequency domain fault feature extraction method, MAV-SVM and DPD-SVM classifier is verified. By sampling and analyzing the vibration signals of three heat exchangers in different states of petrochemical production field, the feasibility of obtaining vibration signals of heat exchangers in production site and the influence of environmental noise on data acquisition are studied. The separability of the DPD-SVM method for vibration signals in different states is verified. (4) the state monitoring system of heat exchangers based on vibration signals is studied using LabVIEW and Matlab mixed programming technology. The signal analysis system of heat exchanger based on wireline vibration sensor and wireless vibration sensor is developed to realize the analysis of vibration signal in time domain frequency domain and dimensionless parameter. A real-time monitoring fault diagnosis and alarm system based on laboratory heat exchanger model is developed based on the fault characteristic database of heat exchanger and DPD-SVM classifier.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ051.5

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本文編號(hào)：2272093