CN101971115B - 冷凝水回收系统及监测蒸汽损失的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷凝水回收系统，包括多条用于从关联的蒸汽装置泄放冷凝水的泄放线路。每条泄放线路都包含汽阱并流入处于泄放线路和冷凝水接收罐之间的共同的返回线路中。所述系统还包括沿共同的返回线路布置的声传感器，位于冷凝水接收罐的上游，用于提供可指示经过位于传感器上游的多个汽阱的总蒸汽损失的声输出。

Description

冷凝水回收系统及监测蒸汽损失的方法

技术领域

本发明涉及从蒸汽装置回收冷凝水的冷凝水回收系统，及监测此冷凝水回收系统中蒸汽损失的方法，特别地用于优化汽阱维护检查的安排。 

背景技术

提供蒸汽装置，以蒸汽形式产生并分配有用的能量至各种工业应用的使用点已为人所熟知。 

在蒸汽装置中保持蒸汽是优选的，这样可使其尽可能干燥，因此冷凝水被典型地从装置主管路的最低点通过一条或多条泄放线路泄放。为了限制装置的蒸汽损失，每条泄放线路均配有各自的汽阱，该汽阱理想地运行以在泄放冷凝水的同时阻止“有活力的”蒸汽逸出。 

在装置主管路中存在冷凝水是不被期望的，热的冷凝水含有有用的能量，因此在典型的蒸汽装置中泄放线路和汽阱会形成更大的冷凝水回收系统的一部分，该系统被设计用于从主装置中泄放冷凝水(理想的是非有活力的蒸汽)并使被泄放的冷凝水循环通过下游的锅炉以在装置中做后续使用。这样，每条泄放线路将典型地流入冷凝水返回线路并进而流入一个或多个下游接收罐。接收罐用作被泄放冷凝水的暂时存储单元，被泄放冷凝水根据需要被典型地从接收罐泵至下游锅炉的供应罐中。 

蒸汽装置和冷凝水回收系统的有效运行依赖于汽阱的有效运行，因此汽阱的检查和维护非常重要。传统地，为辨别有缺陷的汽阱会对汽阱进行详细的手动维护检查，可能作为更大的系统审查的一部分。目前的惯例是定期进行这种汽阱检查。然而，汽阱检查通常是枯燥的，乏味的而且往往是耗时的过程，因此这类检查典型地每隔6到12个月才进行一次；这样，在最坏的情形下有缺陷的汽阱要经过6个月或更多的时间才会在维护检查中被适当地诊断。 

考虑到与蒸汽装置关联的汽阱数目很大，理论上在维护检查的间隔期间内损坏的汽阱数量也很大。 

发明内容

依照本发明，提供一种冷凝水回收系统，包括多条用于从关联的蒸汽装置泄放冷凝水的泄放线路，每条泄放线路都包含汽阱并流入处于泄放线路和冷凝水接收罐之间的共同的返回线路中。所述系统还包括沿共同的返回线路布置的声传感器，位于冷凝水接收罐的上游，用于提供可指示经过位于传感器上游的任意所述汽阱的总蒸汽损失的声输出。 

设想可以在经过各个汽阱的蒸汽总量与声传感器的声输出之间的预定关系的基础上通过监测并分析每个声传感器的声输出来监测此冷凝水回收系统中的蒸汽损失。对声输出的分析包括声输出的参数值与在所述的预定关系基础上决定的该参数的预定最大临界值的比较。所述参数可以是光谱参数。如果参数值超过了参数的最大临界值，会产生一个报警信号以触发维护检查。 

进一步设想凝水回收系统中的此蒸汽损失监测可以优化汽阱维护检查的安排及后续的汽阱修理或更换，由此提高蒸汽装置的效率。这样在此冷凝水回收系统中安排两个或更多个汽阱的维护检查的方法包括在预定关系的基础上监测并分析声输出及使用所述分析的结果决定是否为传感器上游的那些汽阱安排维护检查。 

本冷凝水回收系统可以包括多个声传感器，每个所述传感器布置在两个或更多个汽阱的下游。 

或者，一个声传感器可以布置在所有汽阱的下游。 

较佳地，声传感器可以布置在邻近冷凝水接收罐的进口处。 

本冷凝水回收系统可以包括一个用于分析每个声传感器的声输出的中央处理器，其中每个声传感器可操作地连接至传送器以将所述声输出传送至各自的可操作地连接至中央处理器的接收器。 

本冷凝水回收系统可以包括用于存储从声输出导出的数据以进行后续检索和分析的远程记忆体，其中每个声传感器可操作地连接至传送器以将所述声输出传送至各自的可操作地连接至所述记忆体的接收器。 

每个声传感器的声输出的监测可以包括将声传感器的声输出传送至中央处理器，对声输出的分析可以包括使用所述中央处理器在所述预定关系基础上对每个声传感器的声输出进行分析。 

附图说明

图1是用于关联蒸汽装置的冷凝水回收系统的示意图； 

图2是布置在接收罐的排放管上的声传感器的声输出的图示； 

图3是从图2所示的声输出中导出的各种功率光谱的图示； 

图4是布置在接收罐的进口上的声传感器的声输出的图示；及 

图5是从图4所示的声输出中导出的各种功率光谱的图示。 

具体实施方式

参见图1，工业单元被示意性示出，包括用三个处理容器2a，2b，2c代表的蒸汽使用设备，处理容器2a，2b，2c具有通过进口4a，4b，4c供应蒸汽的加热套3a，3b，3c。冷凝水回收系统1包括多条泄放线路，在此处是泄放线路5a，5b，5c，用于从关联的加热套3a，3b，3c泄放冷凝水。泄放线路5a，5b，5d处于各自的加热套3a，3b，3c与流入下游接收罐8的共同的冷凝水返回线路7之间。这样，处理容器2a，2b，2c运行 过程中，冷凝水通过泄放线路5a，5b，5c泄放至共同的冷凝水返回线路7中及接收罐8上，在被泵5提升至冷凝水返回总管(未示出)之前在此暂时储存，继而被供应到下游锅炉(未示出)的供应罐中以通过该装置作后续循环(作为蒸汽)。 

为了限制冷凝水通过泄放线路5a，5b，5c泄放时装置中“有活力的蒸汽”的损失，泄放线路5a，5b，5c包含各自的汽阱6a，6b，6c。汽阱6a，6b，6c可以是任意适宜的传统汽阱，依照系统条件及所期望的分离特性选择。 

理想地，汽阱6a，6b及6c会分离蒸汽，以使来自装置的蒸汽不能逸出到冷凝水返回线路7中且冷凝水返回线路7和接收罐8中只含有热的冷凝水。然而，如果一个或多个汽阱6a，6b，6c发生泄漏或未能打开，蒸汽就会进入到冷凝水返回线路7和接收罐8中。此蒸汽必须从接收罐8中排出且因此接收罐8在排放管8b的末端配有传统排出口8a。应了解通过排出口8a的蒸汽完全从蒸汽/冷凝水回路中逸出；此蒸汽中含有的能量会因此“损失”。 

已经意外地发现在典型的冷凝水回收系统中，冷凝水返回线路中的蒸汽水平和噪声水平具有相关性。 

此发现基于在试验系统上开展的记录各个点噪声水平的开发工作。 

试验系统基本上对应于典型的冷凝水回收系统，例外之处在于为了模拟和控制系统中的蒸汽泄漏，控制阀被安装以选择性地旁通给定的汽阱。 

声记录是使用含有由美国UE系统公司(UE Systems Inc.，Elmsford NY 10523USA)生产的UP100型声传感器的传统数据采集系统(DAQ)进行。在传感器的每个试验位置上，旁通阀的不同位置上时重复记录：全闭，四分之一开，半开，四分之三开及全开。 

图2所示为试验系统中在接受罐的排放管4b处采集的原始噪声数据，即，对应于冷凝水回收系统1中的大体位置B(见图1)。对应于旁通阀 五个不同位置的从原始噪声数据中估算的五个功率谱在图3中示出。在每种情形下都使用韦尔奇(Welch)方法对功率谱密度(PSD)进行估算，改进的周期图通过在各声信号的八个不同分段应用汉明窗口(Hamming window)并利用单个分段间的50％重叠进行计算。 

参见图3，在系统的上游总蒸汽损失和布置在接收罐的排放管上的传感器的声输出之间没有强的相关性。 

然而，试验表示接收罐的上游的结果是不同的。这样，图4表示在接收罐的进口采集的原始噪声数据，大体上对应于的图1中的冷凝水回收系统1中的位置C，同时图5表示对应的功率谱，其功率谱密度也是使用Welch方法用与之前类似的方式进行估算。 

图5表明在靠近接收罐入口处在上游蒸汽损失(有效地代表通过每个位于传感器上游的汽阱的集汽损失)和声传感器产生的相应声信号，即声信号的功率谱密度功能之间有出人意外的关系或“相关性”。考虑到冷凝水回收系统的其它部分如接受罐的排放管处的上游蒸汽损失和噪声之间相关性明显缺失，此相关性更加出人意外。 

考虑到上游蒸汽损失和布置在接收罐上游的传感器的声输出之间相关性，声输出的一个或多个参数可有效地用作上游蒸汽总损失的“度量”指示。因此，在典型的冷凝水回收系统中通过在接收罐的上游布置声传感器，且优选地邻近接收罐的进口，传感器的声输出可用作估算传感器上游总蒸汽损失的基础；因此，可有效地在声输出和上游总蒸汽损失的预定关系的基础上通过监测和分析声传感器的声输出来监测冷凝水回收系统中的上游总蒸汽损失。 

可在声输出和上游总蒸汽损失的预定关系的基础上用各种方式对传感器的声输出进行分析。 

该分析可基本上是量化的：例如，该分析可涉及将将声输出的一个或多个适宜参数与各自预定的参数临界值进行对比分析，临界值已被预定为 对应于上游蒸汽损失的不可接受的水平，例如是“触发”一次更加详细的维护检查的水平。 

或者，分析也可不是严格的量化分析而是假性质量化的：例如，分析可涉及将声输出信号或从声输出导出的信号(如相应的功率谱)与相应的预定轨迹进行视觉的甚至是听觉的对比，预定轨迹对应于具体的上游蒸汽损失状况。此视觉对比分析可以由有经验的维护工程师进行，作为对更详细维护检查需求的成本-收益评估的一部分。 

无论何种情形下，声信号的部分或全部步骤都可在声传感器的原地，或者，在声传感器的远程进行，如倾向于此。 

在原地分析情形下，如果分析是自动或部分地自动进行，则可使用适宜的传统的“机上”的信号处理电子元件，如使用数字信号处理器。可替代的或可附加的，例如在声输出的“人工分析“情形下，传感器可配有外部通讯接口使授权用户在传感器处进行数据存储，如使用手持设备通过外部通讯接口与传感器进行通讯。 

在远程分析情形下，从声输出导出的数据可选择地直接或非直接地传送至远程“中央”处理器用于自动分析。中央处理器可形成远程终端如形成与蒸汽装置关联的计算机网络的一部分的终端的一部分。 

可附加的或可替代的，从声输出导出的数据可传送至远程记忆体以进行后续远程位置的分析。此后续远程分析也可是自动的，此情形下记忆体较佳地可操作地连接至处理器，或后续分析可牵涉记忆体中的数据存取，作为“人工分析”的一部分，例如声信号和预定信号间的假性质量对比分析。 

任何数据都可在传感器和处理器或传感器和记忆体之间进行无线或至少部分地无线传送。 

这样，特别地回到图1，冷凝水回收系统1配有声传感器10，永久地固定在大体位置C处，即邻近接收罐入口处。通过可操作地连接至传感器 10的传送器13和可操作地连接至处理器11a和记忆体11b的接收器14，传感器10可无线地连接至远程终端12中的处理器11a和记忆体11b(远程终端12，记忆体11b和处理器11a在图1中非常示意性示出)。 

在冷凝水回收布置1蒸汽损失监测的使用中，声传感器10可连续地或间断地产生声输出。任何情况下，此声输出都通过传送器13和接收器14传送至处理器11a。处理器11a在声输出和传感器10上游的蒸汽损失之间的预定关系的基础上分析传感器10的声输出，并决定任一点的声输出是否指示蒸汽损失的不可接受水平，此情形下是不可接受的经过汽阱6a，6b及6c的总蒸汽损失。如果声输出指示了上游蒸汽损失的不可接受水平，处理器会向警报器15发送触发信号然后会产生声觉和视觉报警。 

或者，触发信号可用于在显示装置如链接至远程终端的视像显示单元VDU上产生一个视觉警告。 

传感器10的声输出还可被传送到记忆体11b用于存储及以后的检索。 

应了解触发信号可用作进一步调查的提示且，较佳地，作为传感器上游汽阱，此处是汽阱6a，6b及6c，的全面维护检查的直接提示。 

还应了解触发信号是仅在单个传感器10的声输出基础上产生，而不是在每个汽阱6a，6b及6c上的传感器基础上产生，这样实际上只使用单个传感器10就可有效地监测多个汽阱，并有效地安排对汽阱的维护检查。 

在典型的冷凝水回收系统中汽阱的数量远远超过接收罐数量。这样，尽管在图1中只示出了三个汽阱，实际上比此要多。例如，单个传感器10可对从10个以上，或者有可能是100个以上的汽阱接收冷凝水的冷凝水返回线路7中的蒸汽流作出响应。 

因此，通过在一个或多个接收罐的入口布置一个传感器可实施本发明，可使用数量较少的传感器监测通过数量较多的汽阱的上游蒸汽总损失。而且，应了解即使每个声传感器沿冷凝水返回线路仅布置在两个汽阱的下游，依照本发明所需监测汽阱的传感器的数量也不会多于实际汽阱数 量的一半，如此可用相对较少的传感器集中监测多个汽阱。 

另一方面，增加传感器的数量就会增加传感器的集中监测“分辨力”，因为任何触发信号都对应于上游蒸汽损失，如此原理上只需为产生触发信号的传感器上游的汽阱安排维护检查。 

概括地讲，对于一个给定应用，可以在“监测分辨力”和声传感器数量之间取得一个平衡。 

声传感器可以是任意适合声传感器的形式，例如压电式声传感器。其中，对于声传感器10，传感器被永久固定在沿冷凝水返回线路的位置上，特别在接收罐的进口处，可设想相关联的相对高的运行温度(可能高达2500C)传感器在适当的情况下，可能需要是被热屏的。 

或者，传感器用于只是间断性地产生声数据，传感器在需要时沿冷凝水返回线路移进或移出位置，以免长时间超过传感器的耐热等级。 

Claims (11)

1.一种冷凝水回收系统，包括多条用于从关联的蒸汽装置泄放冷凝水的泄放线路，每条泄放线路都包含汽阱并流入处于泄放线路和冷凝水接收罐之间的共同的返回线路中，所述系统还包括沿共同的返回线路布置的声传感器，位于冷凝水接收罐的上游，用于提供可指示经过位于传感器上游的汽阱的总蒸汽损失的声输出。

2.如权利要求1所述的冷凝水回收系统，其中所述系统包括多个所述声传感器，所述传感器的每一个都布置在两个或更多个汽阱的下游。

3.如权利要求1所述的冷凝水回收系统，其中所述声传感器布置在所有汽阱的下游。

4.如权利要求2所述的冷凝水回收系统，其中所述声传感器布置在邻近所述冷凝水接收罐的进口处。

5.如之前任意一个权利要求所述的冷凝水回收系统，还包括用于分析每个声传感器的声输出的中央处理器，其中每个声传感器可操作地连接至用于将所述声输出传送至可操作地连接至中央处理器的各自接收器的传送器。

6.如之前任意一个权利要求所述的冷凝水回收系统，还包括用于存储从声输出中导出的用于后续检索和分析的数据的远程记忆体，其中每个声传感器可操作地连接至用于将所述声输出传送至可操作地连接至记忆体的各自接收器的传送器。 

7.一种用于监测如权利要求1至4中任意一个所述的冷凝水回收系统中的蒸汽损失方法，所述方法包括在声传感器的声输出与经过各汽阱的蒸汽总量之间的预定关系的基础上监测并分析每个声传感器的声输出。

8.如权利要求7所述的方法，其中监测每个声传感器的声输出包括将每个声传感器的声输出传送至中央处理器，且其中分析所述声输出包括使用所述中央处理器在所述预定关系的基础上分析每个声传感器的声输出。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中对所述声输出的分析包括在所述预定关系的基础上对比声输出的参数值与该参数的预定最大临界值。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述参数为光谱参数。

11.如权利要求10所述的方法，其中当参数值超过该参数的最大临界值时会产生报警信号。 

Images