CN103712053B - 具有诊断的疏水器监视器 - Google Patents

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Abstract

一种疏水器监视器，包括：过程变量传感器，被配置为感测与疏水器的操作相关的过程变量。存储器包含与过程变量的基线参数相关的信息。诊断电路计算过程变量传感器感测的过程变量的当前参数，并将过程变量的当前参数与基线参数进行比较。基于所述比较，诊断电路作为响应提供基于所述比较的诊断输出。基线和当前参数基于疏水器开启或关闭的时间段。

Description

具有诊断的疏水器监视器
技术领域
本发明涉及监视用于工业过程的疏水器。更具体地，本发明涉及用于检测疏水器中的泄漏或恶化的系统和方法。
背景技术
疏水器常用于许多工业中，以从蒸汽线路中移除不利的水或冷凝物。在典型的工厂中，可能采用数千个这种设备。疏水器一般是被设计为相对廉价的低技术设备。通常疏水器是完全机械的。
疏水器一般被设计为允许冷凝物排出管道以维持效率并减少管道“敲击”。典型的疏水器可以具有一个或多个室以及与冷凝物物理接触的构件。随着冷凝物的水平上升到某个阈值之上，疏水器内的可移动构件致动或以其他方式驱动一个或多个阀以允许冷凝物排出。随着冷凝物排出，疏水器内的冷凝物水平降低至使得阀关闭并且疏水器重新加压的程度。
疏水器经历非常普遍的问题；它们经常在关闭位置发生泄漏或卡住。疏水器泄漏经常是由于疏水器内的可移动构件的磨损；阀的恶化或结垢会导致卡在关闭状态。无论成因为何，出于多种原因，疏水器泄漏或卡住是不利的。首先，需要相对大量的能量将水加热为蒸汽。因此，泄漏的疏水器由于允许蒸汽在其中的能量含量能够被充分利用之前排出，从而浪费能量。此外，许多冷凝物去除系统不是针对例如由蒸汽泄漏导致的连续加压而设计的。相应地，疏水器下游的组件可能因为连续的蒸汽泄漏而损坏或恶化。此外，在大泄漏的情况下，蒸汽管道可能不能提供足够的蒸汽压力和流动以实现其期望目的。卡住的疏水器还妨碍从蒸汽系统中移除水，而水可能导致腐蚀性损坏或水击作用。
相应地，目前需要对疏水器的监视和诊断操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对疏水器进行监视和诊断的疏水器监视器及方法，其能够在疏水器最终故障之前，识别处于故障过程中的疏水器。
根据本发明的第一方面，提供了一种疏水器监视器。所述疏水器监视器包括：过程变量传感器，被配置为感测与疏水器的操作相关的过程变量。存储器包含与过程变量的基线参数相关的信息。诊断电路计算过程变量传感器感测的过程变量的当前参数，并将过程变量的当前参数与基线参数进行比较。基于所述比较，诊断电路作为响应提供基于所述比较的诊断输出。基线和当前参数基于疏水器开启或关闭的时间段。
根据本发明的第二方面，提供了一种疏水器监视器的用于监视疏水器的操作的方法。所述疏水器属于具有可移动构件的疏水器类型，所述可移动构件被疏水器中的过程流体周期性地致动，使得疏水器开启并由此释放过程流体。所述方法包括：利用过程变量传感器来感测过程变量，所述过程变量由于从疏水器释放过程流体而变化；从存储器中检索与过程变量的基线参数相关的信息；利用诊断电路计算过程变量的当前参数；使用诊断电路将过程变量的基线参数与过程变量的当前参数进行比较；作为响应，基于所述比较步骤诊断疏水器的操作，并且作为响应识别出即将故障；以及，其中，基线参数和当前参数是疏水器开启和/或关闭的时间段。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于监视疏水器的操作的疏水器监视器。所述疏水器属于具有可移动构件的疏水器类型，所述可移动构件被疏水器中的过程流体周期性地致动，使得疏水器开启并由此释放过程流体。所述疏水器监视器包括：用于感测与疏水器的可移动构件的位置相关的过程变量的装置；用于从存储器中检索与过程变量的基线参数相关的信息的装置；用于计算过程变量的当前参数的装置；用于将过程变量的基线参数与过程变量的当前参数进行比较的装置；用于作为响应基于所述比较诊断疏水器的操作，并且作为响应识别出即将故障的装置；以及，其中，基线参数和当前参数是疏水器开启和/或关闭的时间段。根据本发明的实施例能够在疏水器最终故障之前，识别处于故障过程中的疏水器。这允许在期望的时间替换疏水器，而无需关闭工业过程。
附图说明
图1是能够使用本发明实施例的疏水器的示意图。
图2是能够使用本发明实施例的另一疏水器的示意图。
图3是疏水器监视系统的简化框图。
图4是示意了疏水器的开启和关闭与时间的关系图。
图5是示意了疏水器的开启和关闭与时间的另一关系图。
具体实施方式
在本发明中，提供了一种用于对疏水器执行诊断的疏水器监视器，其包括过程变量传感器。过程变量传感器感测与疏水器的操作相关的过程变量。例如，所感测的过程变量可以与疏水器的开启和/或关闭相关。疏水器监视器中的诊断电路计算过程变量传感器感测的过程变量的当前参数。该当前参数与存储器中存储的基线参数进行比较，并用于作为响应提供诊断。
一些现有技术疏水器监视器仅仅提供疏水器已经完全故障的指示，所述完全故障例如是其卡(stuck)在开启或关闭状态。然而，还期望在能够在疏水器最终故障之前，识别处于故障过程中的疏水器。这允许在期望的时间替换疏水器，而无需关闭工业过程。一方面，本发明提供了疏水器处于故障过程中或者可能很快要完全故障的预测性指示。可选地，预测包括预测最终故障之前疏水器的剩余寿命。
本发明的实施例可以针对任何下述疏水器来实现，该疏水器具有：入口，耦合至或可耦合至如蒸汽管道之类的蒸汽源；以及出口，定期释放冷凝物和/或空气，但是在其他情况下预期相对于周围环境维持提高的压力。本发明不限于这里所示或所讨论的疏水器配置。
图1是能够使用本发明实施例的疏水器的示意图。疏水器100流体耦合至蒸汽管道102和水收集/回收线路104。蒸汽管道102中部署有蒸汽。蒸汽可以是静态的或流动的，并且可以是饱和蒸汽或过热蒸汽。在蒸汽管道102内流动或以其他方式存在的冷凝物将流入入口106并在室108中累积。室108包括由可移动构件112关闭或封闭的出口端口110。可移动构件112可以包括挡板或任何其他合适的物理结构。随着冷凝物114在室108内累积，冷凝物114的液面116上升。随着液面上升，由可移动构件112转移的冷凝物的量增加，从而增加了构件112的浮力迫使构件112向上的程度。在某个点，冷凝物114的液面将达到阈值，其中可移动构件112升至参考标号118处虚线指示的位置。一旦构件112升高，在短时间内，冷凝物114从出口110漏出。一旦漏出足够的冷凝物114，重力将使得构件112下降与出口110接触，从而密封出口110。按照这种方式，疏水器100将定期释放一定量的冷凝物114以及一些空气和蒸汽。
图2是能够使用本发明实施例的另一疏水器的示意图。疏水器200耦合至蒸汽管道102和回收线路104。疏水器200包括：疏水器本体202，耦合至入口204或包括入口204，该入口204通过导管206流体耦合至蒸汽管道102。相应地，在蒸汽管道102内流动或以其他方式存在的冷凝物或其他液体将通过导管206下降并通过入口204进入疏水器本体202。因此，在疏水器本体202内累积流体208。浮体210置于疏水器本体202内，并被配置为浮在所选量的流体208上。随着浮体210上升，其将最终与阀214的可移动构件212接触。当浮体210使得构件212充分移动时，阀214将开启，从而将上游部分216耦合至下游部分218。上游部分216流体耦合至疏水器本体202底部附近的位置220。相应地，位置220附近的流体208将流入导管222，通过阀214，通过导管224并流入回收线路204。蒸汽线路102内相对较高的压力促进流体208的流动，所述压力压向流体208的表面226。
为了允许与现有或传统的机械疏水器一起实现本发明的实施例，优选地，不需要对这些设备进行任何修改。因此，本发明的实施例总体上涉及针对具有入口和出口并定期释放冷凝物的任何疏水器提供疏水器监视，无需对疏水器本身进行任何修改，或者无需对疏水器进行任何接线。然而，本发明不限于这种配置。
图1和2还示意了根据本发明实施例的耦合至疏水器100/200的疏水器监视系统230。为了简单起见，所示的疏水器230可以与任何疏水器一起使用。疏水器监视器230将在下文进行更详细描述，并可以耦合至疏水器的本体，与导管共线，使得流体实际上流过监视器230等等。备选地，监视器230可以简单地位于疏水器200附近，例如附着至导管224或疏水器主体202。
图3是疏水器监视系统230的简化框图。疏水器监视器230包括过程变量传感器232。传感器232被配置为位于疏水器200附近，例如在图2中所示的阀214附近，或在图1中所示的可移动构件112附近。传感器232可以是任何类型的过程变量传感器，其提供指示疏水器的开启和/或关闭的输出。例如，温度传感器可以用于感测由于疏水器的开启和关闭导致的温度变化。此外，可以使用声学传感器，声学传感器能够检测由疏水器的开启或关闭产生的噪声，和/或由于水汽或液体被回收至回收线路104导致的噪声。另一示例传感器是可以用于检测蒸汽与水之间的差异的分析传感器。
过程变量传感器232的输出被提供给传感器电路234。传感器电路234可以包括：放大器、滤波器、模数转换器或其他电路，以向微处理器236提供所感测的过程变量的数字表示。微处理器236根据存储器238中存储的指令，以系统时钟240确定的时钟速率来操作。微处理器236是根据本发明的诊断电路的一个示例实施例，并用于对疏水器(例如图3所示的疏水器200)执行诊断。通信电路242被配置为提供与微处理器236执行的诊断相关的输出246。输出246可以包括例如：有线或无线输出、本地指示符(如视觉指示、可听输出)等等。在一些配置中，如果采用有线输出246，则可以使用同一连接来向疏水器监视器230供电。一个示例有线输出是双线过程控制环路，其中电流电平用于表示信息。在这种双线过程控制环路中，还可以对数字信息进行调制。具体示例是根据通信协议的过程控制环路。无线输出的一个示例包括通信协议。IEC 62591标准。在一些配置中，疏水器监视器230包括：内部电源，如电池等等。还可以从工业过程的操作中采集能量来操作疏水器监视器230。例如，可以使用温度差来产生电能，也可以使用振动或其他机制来产生电能。太阳能电池等等可以用于将光能转换为电能。
微处理器236监视过程变量传感器232感测的过程变量，并使用参数计算电路244来计算过程变量的当前参数。这可以包括基于存储器238中存储的编程指令的算法等等。在一个实施例中，所计算的参数涉及被监视的疏水器的阀或密封件的开启和/或关闭。然后，微处理器236将所计算的参数与存储器238中存储的基线参数进行比较。基于该比较，通信电路242提供诊断输出。在一个实施例中，诊断输出是预测性输出，其提供与疏水器200即将故障相关的指示。
在一个配置中，所计算的参数涉及时间，具体地，涉及疏水器开启和/或关闭的时间段(或持续时间)。例如，图4是过程变量传感器232的输出与时间的关系图。在正常操作期间，疏水器开启时间t。因此，时间t是存储器238中存储的基线参数。随着疏水器的使用，疏水器开启的持续时间可能改变。例如，在图4中，疏水器开启时间段改变为t+Δt。这是微处理器236计算的当前参数。微处理器236通过将基线参数t与当前参数t+Δt进行比较来执行诊断。该比较可以是简单的基于阈值的比较，或者可以是更复杂的比较，如观察疏水器开启或关闭的持续时间的趋势。该比较还可以包括可调整余量，如百分比。例如，如果当前参数与基线参数的差别大于X％，则可以触发诊断输出。尽管图4示意了疏水器开启的持续时间增大，但是可以使用相同的技术来检测持续时间的减小。诊断输出指示与疏水器或过程相关的一些事物已经改变。例如，疏水器的密封可能开始失效，管道之一正在堵塞等等。因此，诊断是预测性诊断，其在疏水器的最终故障之前提供诊断输出。预测性输出还可以包括趋势信息，或者以其他方式在疏水器的最终故障之前提供与疏水器的预期剩余寿命相关的信息。这可以例如通过实验观察实际疏水器中的故障来确定。该输出可以基于不止一个时间段。例如，多个时间段可以在一起平均，排序，以创建直方图类型的信息等等。
图5示意了使用疏水器开启和/或关闭的频率来执行诊断的本发明另一示例实施例。在图5中，示意了过程变量传感器的输出与时间的关系图。图5示意了疏水器200的开启频率的改变。例如，在图5中，在正常操作期间，疏水器以f为周期开启。在这种配置中，f表示存储器238中存储的基线参数。图5还示意了疏水器开启的第二持续时间f-Δf。例如，如果疏水器的开启开始比其先前的开启更频繁地，则这可能指示在每次开启期间释放的冷凝物不够，从而导致疏水器更频繁开启。与图4所示的配置的情况一样，开启频率可以与存储器238中存储的基线参数比较，可以基于趋势来观察，或者可以采用其他诊断技术。诊断是预测性诊断，其指示疏水器处于故障过程中但是尚未完全故障。可以采用趋势或其他技术来提供对在疏水器最终故障之前疏水器的剩余寿命的估计。除了预测到疏水器完全故障的时间之外，预测性诊断还可以提供与通过在疏水器最终故障之前替换故障中或恶化中的疏水器将获得的节能相关的输出。这甚至可以与替换疏水器将获得的碳排放减少量相关。诊断可以基于多于一个基于时间的诊断技术。例如，可以同时采用图4和5所示的诊断技术来提供更精确的诊断。在一些配置中，诊断还基于其他信息，如排出的蒸汽的温度或疏水器中的蒸汽的温度、疏水器中的蒸汽的压力、释放蒸汽期间的压力等等。本发明不限于图4和5中所示的两种基于时间的参数，可以采用与疏水器的开启和/或关闭相关的其他基于时间的参数。
尽管参照优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上进行修改。另一示例诊断技术是监视多个疏水器，并对这些疏水器经历的排放循环的数目进行计数。然后，可以对该信息进行统计处理，以确定疏水器在故障之前将经历的平均循环次数。该信息可以用作寿命预测因子。例如，随着疏水器临近平均数，可以提供指示疏水器正在临近其寿命终点的输出。

Claims (21)

1.一种用于监视疏水器的操作的疏水器监视器，所述疏水器属于具有可移动构件的疏水器类型，所述可移动构件被疏水器中的过程流体周期性地致动，使得疏水器开启并由此释放过程流体，所述疏水器监视器包括：
过程变量传感器，被配置为感测过程变量，所述过程变量由于从疏水器释放过程流体而变化；
存储器，包含与过程变量的基线参数相关的信息；以及
诊断电路，被配置为：计算过程变量传感器感测的过程变量的当前参数，将过程变量的当前参数与基线参数进行比较，并作为响应提供基于所述比较的指示即将故障的诊断输出，其中，基线参数和当前参数是疏水器开启和/或关闭的时间段。
2.根据权利要求1所述的疏水器监视器，其中，所述过程变量传感器包括声学传感器。
3.根据权利要求1所述的疏水器监视器，其中，所述诊断输出指示疏水器的剩余寿命。
4.根据权利要求3所述的疏水器监视器，其中，所述剩余寿命基于疏水器经历的排放循环的总数目。
5.根据权利要求1所述的疏水器监视器，其中，所述诊断输出指示由于恶化的疏水器导致的能量损失量。
6.根据权利要求1所述的疏水器监视器，其中，所述当前参数与疏水器开启的持续时间相关。
7.根据权利要求1所述的疏水器监视器，其中，所述当前参数与疏水器关闭的持续时间相关。
8.根据权利要求1所述的疏水器监视器，其中，所述当前参数与疏水器开启之间的时间段相关。
9.根据权利要求1所述的疏水器监视器，其中，所述当前参数与疏水器关闭之间的时间段相关。
10.一种疏水器监视器的用于监视疏水器的操作的方法，所述疏水器属于具有可移动构件的疏水器类型，所述可移动构件被疏水器中的过程流体周期性地致动，使得疏水器开启并由此释放过程流体，所述方法包括：
利用过程变量传感器来感测过程变量，所述过程变量由于从疏水器释放过程流体而变化；
从存储器中检索与过程变量的基线参数相关的信息；
利用诊断电路计算过程变量的当前参数；
使用诊断电路将过程变量的基线参数与过程变量的当前参数进行比较；
作为响应，基于所述比较步骤诊断疏水器的操作，并且作为响应识别出即将故障；以及
其中，基线参数和当前参数是疏水器开启和/或关闭的时间段。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述过程变量传感器包括声学传感器。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述诊断操作包括预测疏水器的剩余寿命。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述剩余寿命是基于疏水器经历的排放循环的总数目来预测的。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述诊断操作包括：确定由于恶化的疏水器导致的能量损失量。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述当前参数与疏水器开启的持续时间相关。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述当前参数与疏水器关闭的持续时间相关。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述当前参数与疏水器开启之间的时间段相关。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述当前参数与疏水器关闭之间的时间段相关。
19.一种用于监视疏水器的操作的疏水器监视器，所述疏水器属于具有可移动构件的疏水器类型，所述可移动构件被疏水器中的过程流体周期性地致动，使得疏水器开启并由此释放过程流体，所述疏水器监视器包括：
用于感测与疏水器的可移动构件的位置相关的过程变量的装置；
用于从存储器中检索与过程变量的基线参数相关的信息的装置；
用于计算过程变量的当前参数的装置；
用于将过程变量的基线参数与过程变量的当前参数进行比较的装置；
用于作为响应基于所述比较诊断疏水器的操作，并且作为响应识别出即将故障的装置；以及
其中，基线参数和当前参数是疏水器开启和/或关闭的时间段。
20.根据权利要求19所述的疏水器监视器，其中，用于诊断操作的装置包括：用于预测疏水器的剩余寿命的装置。
21.根据权利要求19所述的疏水器监视器，其中，诊断操作包括确定由于恶化的疏水器导致的能量损失量。
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