CN102116593B - 一种结构化换热网络系统及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构化换热网络系统及其构建方法，其特征在于：它包括物理换热网络、计算换热网络和后台数据库，后台数据库中的数据库表储存换热设备单元的属性；物理换热网络由基于同一主换热介质的子换热网络构成，子换热网络中包括一个以上的换热设备单元，换热设备单元与实际换热系统中的换热设备一一对应，各换热设备单元的连接与主换热介质的流向一致，换热设备单元根据储存在后台数据库的数据库表中的属性生成；主换热介质输入实际换热系统的换热设备对应的换热设备单元为起始换热设备单元，连接终端设备的换热设备单元为终止换热设备单元，子换热网络的起点为起始换热单元，终点为终止换热单元；子换热网络经过单元合并和仪表配置，转换成可直接计算能量监控参数的计算换热网络；计算换热网络由计算单元组成。

Description

一种结构化换热网络系统及其构建方法

技术领域

本发明涉及一种工业能量流程管理系统，具体涉及一种结构化换热网络系统及其构建方法。

背景技术

中国是世界上最大的能源消耗国之一，能源成本在总成本中所占比例较高，因而节能降耗已成为我国各生产企业的重点任务。许多大中型工业企业已提出了一系列方法与措施来推进节能降耗。在石油、化工等流程工业中，某些物流需要加热，而另一些物流需要冷却，通常使用换热网络把这些物流匹配在一起，利用热流和冷流相互换热，提高系统的热回收。在保证热流达到目标冷却温度，冷流达到目标加热温度的工艺要求前提下，充分减少公用工程加热和冷却的负荷，从而达到节能降耗的目的；另外，换热网络的稳定运行对企业产品质量具有重要的保障作用。

换热网络的分析和优化主要分为两个方面，一是在工艺流程设计阶段，对所涉及到的换热网络进行分析和优化设计，二是对运行中的换热网络进行分析和优化，上述两个方面中前者技术已比较成熟，后者发展相对滞后。针对运行中的换热系统，在企业具有大量换热设备，设备间连接关系相对复杂时，如何用计算机自动生成具有针对性的换热网络，是换热网络分析和优化的基础。

换热网络的基本元素是单个换热设备，因而如果要构建有针对性的换热网络，对换热设备的信息提取至关重要，也即是如何定义适当的换热设备属性结构，而对换热网络边界的界定，关系到能否生成独立的换热网络。现有技术中用计算机自动生成换热网络的方法的缺陷在于：一方面，没有明确定义起始换热设备和终止换热设备，因此难以明确一个换热网络的起点和终点；同时，现有技术中一般把工艺流程中的各类反应设备也包括在换热网络中，这样的换热网络只是对设备间实际物理连接形式的简单重复。另一方面，现有技术中一般不在换热网络上特别说明换热介质的冷流或热流属性，没有生成主要针对某一种主换热介质的换热网络，对换热网络的计算，计算对象并未细化到设备，对深入的用能监控和分析等工作的辅助作用有限。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种根据一个主换热介质的流向构建换热网络，构建由物理换热网络和计算换热网络组成的结构化换热网络系统，其中物理换热网络中的子换热网络具有明确的起始点和终止点；以及该结构化换热网络系统的构建方法。

本发明的技术方案如下：

一种换热网络系统，其特征在于：它包括物理换热网络、计算换热网络和后台数据库，所述后台数据库中的数据库表储存换热设备单元、物理换热网络和计算换热网络的属性；所述物理换热网络由基于同一主换热介质的子换热网络构成，所述子换热网络中包括一个以上的换热设备单元，所述换热设备单元与实际换热系统中的换热设备一一对应，各所述换热设备单元的连接与所述主换热介质的流向一致；所述主换热介质输入所述实际换热系统的换热设备对应的换热设备单元为起始换热设备单元，连接终端设备的换热设备单元为终止换热设备单元，所述子换热网络的起点为所述起始换热单元，终点为所述终止换热单元；所述子换热网络经过单元合并和仪表配置，转换成可直接计算能量监控参数的计算换热网络；所述计算换热网络由可直接计算能量监控参数的计算单元组成；

所述换热设备单元的属性包括基本信息和连接属性，所述基本信息包括所述换热设备单元的名称和编号，所述连接属性包括入口换热介质、入口介质号、入口介质属性、入口介质来源、出口换热介质、出口介质号、出口介质属性、出口介质去向。

所述换热设备单元的属性还包括仪表信息和能量监控参数；所述仪表信息包括设备入口温度、入口压力、入口流量、出口温度、出口压力、出口流量；所述能量监控参数包括热负荷。

当所述实际换热系统中两个或两个以上换热设备并联，且同时连接在一个管道上时，所述管道在所述子换热网络中对应一个总管单元，所述总管单元的属性储存在所述后台数据库中。

所述总管单元的属性包括基本信息、连接属性、仪表信息，所述仪表信息设置在所述总管单元的入口或出口处。

所述物理换热网络的属性包括基本信息、结构组成信息、入出口信息和能量监控参数。

一种换热网络系统的构建方法，其步骤包括：

1)在后台数据库中建立数据库表，用以储存换热设备单元和总管单元的属性，根据所述换热设备单元和总管单元的属性在系统中建立换热设备单元和总管单元；所述换热设备单元的属性包括基本信息、连接属性、仪表信息和能量监控参数；所述总管单元属性包括基本信息、连接属性、仪表信息；同时建立与物理换热网络和计算换热网络对应的数据库表；

2)输入所述换热设备单元和总管单元温度、压力、流量仪表的数据采样周期和能量监控参数计算周期；

3)配置所述换热设备单元和总管单元的输入输出物流的数据结构，对每股不同的换热介质设置相应的介质号；所述介质号标示换热介质，并关联预置在系统中的化验数据；

4)为换热设备单元和总管单元配置温度、压力、流量仪表，并与仪表位号关联；

5)配置所述换热设备单元和总管单元的连接属性；

6)查看所述换热设备单元和总管单元的配置结果，根据需要进行修改，完成检查和确认的功能；

7)以主换热介质的流向构建子换热网络，属于同一主换热介质的子换热网络组成物理换热网络，将所述物理换热网络的属性存储在所述后台数据库的数据库表中；

8)将所述子换热网络转换成计算换热网络，所述计算换热网络中包括可直接计算能量监控参数的计算单元，并将所述计算换热网络储存在所述数据库表中。

所述步骤2)中，所述换热设备单元的数据采样周期为1～59分之间，所述能量监控参数计算周期为1～21小时之间的整数小时点；所述能量监控参数计算周期大于等于数据采样周期，且为数据采样周期的整数倍。

所述步骤7)中，构建所述物理换热网络的步骤包括：

i)搜索所述换热设备单元和总管单元的连接属性，查找其中入口换热介质是否包含所述主换热介质；如果有，则筛选出该换热设备单元和总管单元；

ii)在所述步骤i)中筛选的换热设备单元和总管单元中，以主换热介质为主线，定义起始换热设备单元和终止换热设备单元；

iii)从所述起始换热设备单开始构建子换热网络，按照所述主换热介质出口介质去向的指示，连接到相应的下一个换热设备单元或总管单元，再根据所述换热设备单元或总管单元的所述主换热介质出口介质去向的指示依次连接，直到最后一个换热设备单元或总管单元的主换热介质出口介质去向指示的是终端设备为止；有多个起始换热设备单元的，依次针对每个起始换热设备单元构建子换热网络；

vi)如果包含多个子换热网络，剔除只含一个换热设备单元的子换热网络；同属所述主换热介质的子换热网络构成物理换热网络。

所述步骤8)中，当所述子换热网络中的换热设备单元是并联关系，且并联的换热设备单元共用了一个流量仪表时，则把这并联的换热设备单元合并为一个计算单元；

当所述子换热网络中的换热设备单元是串联关系，串联的换热设备单元的管线上只有一处设置流量仪表，且温度仪表不能覆盖每个换热设备单元的出入口时，则把依次串联的入口设置温度仪表和出口设置温度仪表的换热设备单元和并为一个计算单元。

本发明的技术效果如下：

本发明的换热网络系统包括物理换热网络、计算换热网络和后台数据库，所述后台数据库中的数据库表储存换热设备单元、物理换热网络和计算换热网络的属性；所述物理换热网络由基于同一主换热介质的子换热网络构成，所述子换热网络中包括一个以上的换热设备单元，所述换热设备单元与实际换热系统中的换热设备一一对应；所述子换热网络经过单元合并和仪表配置，转换成可直接计算能量监控参数的计算换热网络。由于一个物理换热网络对应一种主换热介质，而不考虑实际换热系统中其他的换热介质，因而可避免只对设备间实际物理连接形式的简单重复，为后续的计算机分析奠定基础，简化计算过程。

本发明的换热网络系统的生成和存储均由计算机自动完成，各子换热网络均有明确的起点和终点，各物理换热网络之间的界限明晰，当换热系统含有大量换热设备单元时，极大地提高了效率。针对换热设备单元和物理换热网络的实时监控参数进行周期性计算，得到能量数据，为企业的用能分析、监控和诊断，以及对换热网络的节能改进和优化提供了数据基础。

本发明针对运行中实际换热网络，定义了适当的换热设备单元、总管单元、物理换热网络和计算换热网络的属性数据结构，简化了部分设备信息，且能保证换热设备单元信息的完备性，提供了计算机自动生成换热网络的必要条件，换热设备单元属性信息录入和管理简便易行。同时由于定义了简洁的总管单元属性数据结构，突出了总管的特性及作用，总管单元属性录入和管理同样也非常方便。

本发明的结构化换热网络系统可对换热设备的连接和运行情况进行图形化显示，方便用户查看换热设备的实际物理连接监视可能的故障，为故障分析提供参考依据。

附图说明

图1是本发明换热设备单元属性结构示意图

图2是本发明总管单元属性结构示意图

图3是本发明换热网络的属性结构示意图

图4是本发明系统构建方法流程示意图

图5是换热设备并联示意图

图6是换热设备串联示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明的换热网络系统对应企业实际运行的实际换热系统，反映了实际换热系统中换热设备的连接关系以及能量数据。换热网络系统包括反映企业中换热设备的实际连接状况的物理换热网络1，以及用于计算物理换热网络1的能量监控参数的计算换热网络2，每种换热介质对应一个物理换热网络1。物理换热网络1包含一个或一个以上的子换热网络3，所有子换热网络3均基于一种主换热介质构建，沿此主换热介质的流向完成子换热网络3中各个换热设备单元11的连接，实际的换热设备与子换热网络3中的换热设备单元11一一对应；当实际换热系统中有两个或两个以上的换热设备并联，且同时连接在一个管道上时，这个管道在子换热网络3中对应一个总管单元12，总管单元12用于完成主换热介质在生产过程中的合流或分流。换热设备单元11和总管单元12所关联的属性均储存在后台数据库4中。

如图1所示，换热设备单元11的属性包括基本信息、连接属性、仪表信息和能量监控参数。其中基本信息是对换热设备单元的简要描述，具体包括换热设备单元11的名称和编号。连接属性反映换热设备单元11的连接状况，为搭建子换热网络3提供必要的信息，连接属性包括入口换热介质、入口介质号、入口介质属性、入口介质来源、出口换热介质、出口介质号、出口介质属性、出口介质去向。每个仪表用其仪表位号表示，仪表信息包括设备入口温度、入口压力、入口流量、出口温度、出口压力、出口流量。能量监控参数即为换热设备单元11的热负荷，是在换热设备对应的物流焓值计算结果基础上扩展的。如图2所示，总管单元12的属性包括基本属性、仪表信息和连接属性，总管单元12的仪表信息不分入口和出口，每类仪表只设置一处。

其中换热设备单元11和总管单元12的基本属性、连接属性等静态属性根据企业实际采集数据，由技术人员一次性录入到后台数据库4的相应数据库表中。仪表信息则由PLC、DCS等控制系统采集而来，再存入后台数据库4的相应数据库表中；换热设备单元11的能量监控参数主要是为了进一步对换热网络系统进行分析和优化而计算的，是用于换热网络系统分析和优化的基础数据，本发明中能量监控参数通过计算换热网络2完成计算，并存入后台数据库4。本发明中能量监控参数主要通过热负荷来表征，热负荷的计算对象可以是换热设备单元11，也可以是子换热网络3经过合并后生成的计算换热网络2中的计算单元21，还可以是子换热网络3或计算换热网络2，能量监控参数中的热负荷的计算公式是：

${\mathrm{\ΔH}}_h=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{H}_{{\mathrm{hin}}_{\mathrm{ij}}}-\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{H}_{{\mathrm{hout}}_{\mathrm{ik}}}$

其中ΔH_h表示换热设备最大负荷，即热流焓变；Hhin_ij表示热流第i种换热介质第j个入口处焓值；表示热流第i种换热介质第k个出口处焓值。

后台数据库4中，换热设备单元11属性的数据类型和简要说明如下：

换热设备单元11的属性结构表

后台数据库4中，总管单元12属性的数据类型和简要说明如下：

总管单元12属性结构表

以一个工程中实际换热系统为对象构建换热网络系统时，首先找到实际换热系统中所有换热介质，选定一个换热介质为主换热介质，然后找到关于这个主换热介质在实际换热系统中的所有换热设备，根据各换热设备单元11和总管单元12的连接属性生成子换热网络3，属于同一主换热介质的子换热网络3构成物理换热网络1。主换热介质输入实际换热系统时，将换热设备对应的换热设备单元11定义为此物理换热网络1的起始换热设备单元111；当该主换热介质进入一个终端设备并发生化学性质改变，生成另一种换热介质，那么将连接这个终端设备的换热设备单元11定义为终止换热设备单元112。

当一个物理换热网络1中只有一个起始换热设备单元111时，则这个物理换热网络1中最多包含一个子换热网络3；当有多个起始换热设备单元111时，由于两个或多个起始换热设备单元111在出口有可能汇入一个总管单元12，因而物理换热网络1中包含子换热网络3的个数有可能与起始换热设备单元111的个数不一致。构建子换热网络3时，当确定了一种主换热介质的起始换热设备单元111之后，即从起始换热设备单元111开始，根据换热设备单元11和总管单元12的连接属性开始连接，直到终止换热设备单元112。每个子换热网络3中可能包含一个或一个以上的换热设备单元11，因而将只含一个换热设备单元11的子换热网络3剔除掉，不存入后台数据库4，当子换热网络3中存在两个或两个以上换热设备单元11并联连接的情况时，才会包含总管单元12。

如图4所示，构建换热网络系统的步骤如下：

1、初始化系统后，在后台数据库4中建立与换热设备单元11和总管单元12对应的数据库表，用以储存换热设备单元11的基本信息、连接属性、仪表信息和能量监控参数，总管单元12的基本信息、连接属性、仪表信息，新建换热设备单元11和总管单元12；在后台数据库4中建立与物理换热网络1和计算换热网络2对应的数据库表；

2、配置换热设备单元11和总管单元12入出口处温度、压力、流量仪表的数据采样周期和能量监控参数计算周期；其中换热设备单元11入出口各种仪表的数据采样周期可在1到59分之间的整数分钟点选择，能量监控参数计算周期在1至21小时之间的整数小时点选择，能量监控参数计算周期大于等于数据采样周期，且为数据采样周期的整数倍；由于总管单元12不计算能量监控参数，所以其能量监控参数计算周期不用设置；

3、配置换热设备单元11和总管单元12的输入输出物流的数据结构，对每股不同的换热介质设置相应的介质号，用于能量监控参数的计算；对每个换热设备，都可能出现多股不同的换热介质在其间换热，不同的换热介质在计算能量监控参数时有所差别，此处介质号标示一种特定的换热介质，关联预置在系统中的化验数据；

4、根据实际情况，为换热设备单元11和总管单元12入出口配置温度、压力、流量仪表，通过仪表位号来关联查找温度、压力、流量仪表；温度和压力需要根据对象的采样周期来计算平均值，到能量监控参数计算周期时采用平均值进行计算，流量仪表可以配置多个，预处理时加和处理；

5、配置换热设备单元11和总管单元12的入出口连接属性，连接属性是自动生成换热网络的关键；连接属性可分为入口和出口两部分，换热设备单元11的介质属性需要对应选择冷流或热流属性，而流经总管单元12的介质在总管中合流，不需要定义冷热流属性；入口介质需要选择配置其来源，换热设备单元11的介质来源可以是其他换热设备单元11、总管单元12、终端设备等，总管单元12的介质来源只能是换热设备单元11或终端设备，此处配置介质来源时只用选择相应的设备编号即可。同理，配置换热设备单元11和总管单元12出口端的介质去向，换热设备单元11的出口介质去向可以是其他换热设备单元11、总管单元12、终端设备等，而总管单元12的出口介质去向只能是换热设备单元11或终端设备，配置介质去向只需要选择对应的设备编号即可。

6、查看换热设备单元11和总管单元12的配置结果，判断是否需要更改，完成检查和确认的功能；由于上述步骤完成了对换热设备单元11和总管单元12各种属性的配置，则此步分别对单个换热设备单元11或单个总管单元12显示其属性配置结果，如果需要更改，可以返回前述相应步骤进行修改；

7、在换热设备单元11和总管单元12属性配置完成的基础上，以换热介质B1为主换热介质构建物理换热网络1并存储，步骤如下：

1)搜索后台数据库4中储存的换热设备单元11和总管单元12的连接属性，查找其中入口换热介质是否包含主换热介质B1；如果有，则筛选出该换热设备单元11，这些换热设备单元11和总管单元12也就是构成关于主换热介质B1的物理换热网络1所需的设备单元；

2)在步骤1)中筛选的换热设备单元11和总管单元12中，以主换热介质B1为主线，定义起始换热设备单元111和终止换热设备单元112；

3)从起始换热设备单元111开始构建子换热网络3，按照主换热介质B1出口介质去向的指示，连接到相应的下一个换热设备单元11或总管单元12，再根据此换热设备单元11或总管单元12的主换热介质B1出口介质去向的指示依次连接，直到最后一个换热设备单元11或总管单元12的主换热介质B1出口介质去向指示的是换热介质发生化学性质变化的终端设备，则此子换热网络3结束；有多个起始换热设备单元111的，依次针对每个起始换热设备单元111建子换热网络3；

4)如果物理换热网络1中包含多个子换热网络3，对每个子换热网络3的换热设备单元11进行计数，剔除只含一个换热设备单元11的子换热网络3；同属主换热介质B1的子换热网络3构成物理换热网络1；

5)对子换热网络3命名，如果主换热介质B1对应多个子换热网络3，按照每个子换热网络3中所含换热设备单元11编号的默认排序，依次确定子换热网络3编号次序，子换热网络3编号格式为“HEN-x”，其中HEN表示物理换热网络1，x是从1开始排列的正整数，最大到这种主换热介质对应的子换热网络3总数；

8、对子换热网络3分别进行处理，依次转换成可计算能量监控参数的计算换热网络2；扫描换热设备单元11和总管单元12的属性中仪表安装位置，针对换热设备单元11串联和并联的具体情况，判断是否需要合并换热设备单元11生成最小计算单元21，或者重新配置仪表位置；对经过单元合并和仪表配置处理后生成的计算单元21进行编号，方法是在编号为HEN-x的子换热网络3中合并多个换热设备单元11而形成的换热计算单元21编号为HEN-xy；设子换热网络HEN-x含有k个换热设备单元11，则y取值为1到k之间的任一整数；最后把计算单元21所含的换热设备单元11编号，及所属的换热网络编号存入后台数据库4。

9、计算物理换热网络1的能量监控参数；能量监控参数主要包括换热设备单元11及物理换热网络1的热负荷、压差和温差等指标，当将物理换热网络1中的子换热网络3均转换成计算换热网络2后，根据换热介质的流向计算热负荷、压差和温差，并存入后台数据库4，温差、压差数值即可在换热网络图形化界面上显示。

10、生成并存储物理换热网络1和计算换热网络2后，系统对换热网络进行图形化显示，用户可通过换热网络图形化界面查看换热设备的连接情况、换热介质流向、介质的吸热或加热作用，及温差变化等实时信息；并可在网络上标注相关数据和指标。查看物理换热网络1时，可以选择同时显示一组子换热网络3，也可以选择只显示单个子换热网络3，但能同时在一个界面上显示的一组子换热网4络，必须是同一种主换热介质相关的子换热网络3，选中子换热网络3后，可以按用户习惯修改其名称并更新后台数据库4的信息。

在步骤8中，由于对单个换热设备单元11或者子换热网络3而言，计算基础都是温度、压力、流量等变量的工程能量监控参数的实时数据及历史数据，由于换热设备的串并联和实际仪表安装位置等因素，导致连接在同一仪表上的不同换热设备单元11的能量监控参数不能直接得出。因此在上述子换热网络3的基础上，还需通过一定的单元合并和仪表配置处理，转换成计算换热网络2，计算换热网络2中经过单元合并和仪表配置处理后新构成的计算单元21和配置仪表可看成是中间处理过程，不反映子换热网络3的实际细节和仪表的实际安装位置。计算换热网络2包含了仪表信息和能量计算数据信息，从子换热网络3转变到计算换热网络2时，需区分两类换热设备单元11的连接情况：

第一种情况是当子换热网络3中出现总管单元12，连接总管单元12一端的换热设备单元11是并联关系时；在子换热网络3的主换热介质的管线上，如果并联的多个换热设备单元11共用了一个流量仪表，则可以把这几个换热设备单元11合并看成一个计算单元21，将几个换热设备单元11简化为具有一个入口和一个出口的计算单元21。如图5所示，当检测到总管单元12即说明有换热设备单元11并联，流量仪表FR1安装位置即为输入总管单元12的总管管道，对仪表的处理包含以下情况：

A)如果流量仪表FR1只有一块，且安装在总管管道上，设流量为F，则把并联的换热设备单元W1、W2、W3合并看作一个计算单元21考虑；如果换热设备单元W1、W2、W3的入口温度和压力均有测量，使用温度仪表TR1、TR2、TR3分别测量温度，温度值分别为T1、T2、T3，同理压力值分别为P1、P2、P3，假设相互并联的换热设备管线规格相同或者差别不大，则计算单元21的入口温度为T＝(T1+T2+T3)/3，压力为P＝(P1+P2+P3)/3。

B)如果换热设备单元W1、W2、W3入口或出口设置有单独的流量仪表，测定的流量分别为F1、F2、F3，且换热设备单元W1、W2、W3入口和出口均有温度和压力测量，温度值分别为T1、T2、T3，压力值分别为P1、P2、P3，则每个换热设备单元W1、W2、W3可以作为一个计算单元21。

C)如果并联的换热设备单元W1、W2、W3既不能作为单独的计算单元21，也不能合并为一个总的计算单元21，则从并联部分继续往外扩展，直到换热设备单元的入口和出口有温度、压力和流量测量，这样将这些并联部分包含于这个更大的计算单元21内部。

第二种情况是当子换热网络3中的换热设备单元11串联时；在子换热网络3的同一换热介质的管线上只有一处流量仪表，由于换热设备单元11是串联并且同种介质没有分流，这时流量仪表的检测值等于这条串联管线上每个换热设备单元11的流量值。如果每个换热设备单元11出入口都配置了温度仪表，则换热设备单元11分别构成单个计算单元21，当子换热网络3中每个换热设备单元11均构成一个计算单元21后，连接这些计算单元21的网络即为计算换热网络2。如图6所示，换热设备单元11串联时，对仪表的处理包含以下情况：

a)当子换热网络3中只有一处设置流量仪表FR1时，则只有换热设备单元W1的出口即换热设备单元W2的入口有流量测量，把流量仪表FR1的仪表位号复制到换热设备单元W1、W2、W3、W4的其它入出口对应字段下，即认为在此串连网络中，换热介质通过换热设备单元W1、W2、W3、W4的入出口时流量相同。

b)当温度仪表仪表不能覆盖换热设备单元W1、W2、W3、W4所有的入出口时，例如换热设备单元W1的入口有温度测量，换热设备单元W2的出口有温度测量，而换热设备单元W1与W2之间的管线无温度测量，则把换热设备单元W1和W2合并作为一个计算单元21；如果多个换热设备单元11串联且缺少温度测量时，则按此方法扩展直到计算单元21的入口和出口都有温度测量，由此构造了一个出口和入口均有温度测量的新的计算单元21。

在步骤9中，当物理换热网络1中所有的子换热网络3均转换为可进行计算的计算换热网络2之后，则对计算换热网络2中计算单元21的能量监控参数进行计算，并同时计算运行参数指标。即计算指标包括仪表信息的处理值和能量监控参数的计算值，运行参数指标包括温差、压差，能量监控参数指标主要指热负荷，可根据需要在此基础上进行适当扩展，当完成数据的处理和计算后，需要保存到后台数据库4中。计算对象可以是一个计算单元21或者是一个计算换热网络2，其中计算对象的温差ΔT、压差ΔP都是按照换热介质的流向进行计算的，计算公式如下：

ΔT＝T_o-T_i；

ΔP＝P_o-P_i；

其中，T_o为计算对象的出口温度；P_o为计算对象的出口压力；T_i为计算对象的入口温度；P_i为计算对象的入口压力。

由于本发明的管理对象包括换热设备单元11、基于实际换热系统构建的物理换热网络1和计算换热网络2，其中计算换热网络2作为物理换热网络1中的子换热网络3的中间计算过程出现，物理换热网络1的属性数据类型及说明如下表所示：

物理换热网络1属性结构表

换热网络生成后，对物理换热网络1、计算换热网络2的能量监控参数进行图形化显示，直观地反映换热设备单元11的连接情况，并在物理换热网络1的可视化图形上标注一些重要的运行参数指标，对实际换热系统的运行情况起到一定的监视和报警作用。本发明中，换热网络图形化显示是针对一种主换热介质的，主换热介质属性是冷流或热流，因此，从起点开始沿着主换热介质流向，介质的温度持续升高或者不断降低。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种换热网络系统，其特征在于：它包括物理换热网络、计算换热网络和后台数据库，所述后台数据库中的数据库表储存换热设备单元、物理换热网络和计算换热网络的属性；所述物理换热网络由基于同一主换热介质的子换热网络构成，所述子换热网络中包括一个以上的换热设备单元，所述换热设备单元与实际换热系统中的换热设备一一对应，各所述换热设备单元的连接与所述主换热介质的流向一致；所述主换热介质输入所述实际换热系统的换热设备对应的换热设备单元为起始换热设备单元，连接终端设备的换热设备单元为终止换热设备单元，所述子换热网络的起点为所述起始换热设备单元，终点为所述终止换热设备单元；所述子换热网络经过单元合并和仪表配置，转换成可直接计算能量监控参数的计算换热网络；所述计算换热网络由可直接计算能量监控参数的计算单元组成；

所述换热设备单元的属性包括基本信息和连接属性，所述基本信息包括所述换热设备单元的名称和编号，所述连接属性包括入口换热介质、入口介质号、入口介质属性、入口介质来源、出口换热介质、出口介质号、出口介质属性和出口介质去向。

2.如权利要求1所述的一种换热网络系统，其特征在于：所述换热设备单元的属性还包括仪表信息和能量监控参数；所述仪表信息包括设备入口温度、入口压力、入口流量、出口温度、出口压力和出口流量；所述能量监控参数包括热负荷。

3.如权利要求1或2所述的一种换热网络系统，其特征在于：当所述实际换热系统中两个或两个以上换热设备并联，且同时连接在一个管道上时，所述管道在所述子换热网络中对应一个总管单元，所述总管单元的属性储存在所述后台数据库中。

4.如权利要求3所述的一种换热网络系统，其特征在于：所述总管单元的属性包括基本信息、连接属性和仪表信息，所述仪表信息设置在所述总管单元的入口或出口处。

5.如权利要求1所述的一种换热网络系统，其特征在于：所述物理换热网络的属性包括基本信息、结构组成信息、入出口信息和能量监控参数。

6.一种如权利要求3或4所述的换热网络系统的构建方法，其步骤包括：

1）在后台数据库中建立数据库表，用以储存换热设备单元和总管单元的属性，根据所述换热设备单元和总管单元的属性在系统中建立换热设备单元和总管单元；所述换热设备单元的属性包括基本信息、连接属性、仪表信息和能量监控参数；所述总管单元属性包括基本信息、连接属性和仪表信息；同时建立与物理换热网络和计算换热网络对应的数据库表；

2）输入所述换热设备单元和总管单元温度、压力、流量仪表的数据采样周期和能量监控参数计算周期；

3）配置所述换热设备单元和总管单元的输入输出物流的数据结构，对每股不同的换热介质设置相应的介质号；所述介质号标示换热介质，并关联预置在系统中的化验数据；

4）为换热设备单元和总管单元配置温度、压力、流量仪表，并与仪表位号关联；

5）配置所述换热设备单元和总管单元的连接属性；

6）查看所述换热设备单元和总管单元的配置结果，根据需要进行修改，完成检查和确认的功能；

7）以主换热介质的流向构建子换热网络，属于同一主换热介质的子换热网络组成物理换热网络，将所述物理换热网络的属性存储在所述后台数据库的数据库表中；

8）将所述子换热网络转换成计算换热网络，所述计算换热网络中包括可直接计算能量监控参数的计算单元，并将所述计算换热网络储存在所述数据库表中。

7.如权利要求6所述的一种换热网络系统的构建方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述换热设备单元的数据采样周期为1～59分之间，所述能量监控参数计算周期为1～21小时之间的整数小时点；所述能量监控参数计算周期大于等于数据采样周期，且为数据采样周期的整数倍。

8.如权利要求6所述的一种换热网络系统的构建方法，其特征在于：所述步骤7）中，构建所述物理换热网络的步骤包括：

i）搜索所述换热设备单元和总管单元的连接属性，查找其中入口换热介质是否包含所述主换热介质；如果有，则筛选出该换热设备单元和总管单元；

ii）在所述步骤i）中筛选的换热设备单元和总管单元中，以主换热介质为主线，定义起始换热设备单元和终止换热设备单元；

iii）从所述起始换热设备单元开始构建子换热网络，按照所述主换热介质出口介质去向的指示，连接到相应的下一个换热设备单元或总管单元，再根据所述换热设备单元或总管单元的所述主换热介质出口介质去向的指示依次连接，直到最后一个换热设备单元或总管单元的主换热介质出口介质去向指示的是终端设备为止；有多个起始换热设备单元的，依次针对每个起始换热设备单元构建子换热网络；

iv）如果包含多个子换热网络，剔除只含一个换热设备单元的子换热网络；同属所述主换热介质的子换热网络构成物理换热网络。

9.如权利要求6所述的一种换热网络系统的构建方法，其特征在于：所述步骤8）中，当所述子换热网络中的换热设备单元是并联关系，且并联的换热设备单元共用了一个流量仪表时，则把这并联的换热设备单元合并为一个计算单元；

当所述子换热网络中的换热设备单元是串联关系，串联的换热设备单元的管线上只有一处设置流量仪表，且温度仪表不能覆盖每个换热设备单元的出入口时，则把依次串联的入口设置温度仪表和出口设置温度仪表的换热设备单元合并为一个计算单元。

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