CN107246372B - 一种用于mvr蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，包括以下步骤：获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；获取MVR蒸发器的管程压力；温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据温度控制数据获得流量给定值；根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；比例阀控制数据包括流量给定值和自适应冷却水给定值，根据比例阀控制数据生成第一开度指令，用于调节设置于蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；其中，流量给定值的获得周期小于自适应冷却水给定值的获得周期。该方案中，引入自适应冷却水给定值作为比例阀开度的影响因素，极大程度上抵消了蒸汽压缩机的自然温升，并结合PID温度控制方法，提高了对各种工况的适应性及温控的精度。

Description

一种用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法

技术领域

本发明涉及用于机械式蒸汽再压缩蒸发系统的蒸汽压缩机领域，具体涉及一种用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法。

背景技术

MVR(Mechanical Vapor Recompression，机械式蒸汽再压缩)蒸发技术(住友博之，蒸汽再压缩式高性能热泵[J].新能源，1982(3)：17-19)已以其突出的节能特性，广泛地用于化工、制药、食品、饮料、环保等行业。在MVR蒸发系统中，MVR蒸发器和蒸汽压缩机是核心设备。MVR蒸发器采用低温和低压汽蒸技术及清洁能源(即电能)，产生蒸汽，将媒介中的水分分离出来。从MVR蒸发器的管程中被蒸发出的低品质蒸汽，通过蒸汽压缩机的再压缩，提升其温度，变成高品质的饱和蒸汽，重新进入MVR蒸发器的壳程，与管程内的液体进行换热，维持管程内液体蒸发所需热量，如此循环向管程内提供蒸发液体所需热量，从而减少对外界能源的需求。

蒸汽压缩机在对蒸汽做功使蒸汽升温的同时，其本身的温度也会升高，如果没有外部冷却，蒸汽压缩机会很快超过安全温度，造成压缩机故障甚至损坏。并且，如果蒸汽压缩机的温度不稳定，一方面会影响蒸汽压缩机的工作效率，从而影响整个MVR蒸发系统的能量利用率，并且当蒸汽压缩机温度过高时，甚至会造成蒸汽压缩机的损坏；另一方面，蒸汽压缩机温度的波动，会引起蒸汽压缩机出口处高品质蒸汽温度的波动，进而MVR蒸发器的蒸发温度发生波动，影响分馏出来的蒸馏水品质，或者影响蒸发工质的浓缩物品质。

为控制蒸汽压缩机的温度，请参见图1和图2，现有技术中通常设置与蒸汽压缩机1连接的冷却管路4，在蒸汽压缩机1的入口处设置与冷却管路连通的冷却水喷头6，在蒸汽压缩机1出口处设置温度传感器7来获取蒸汽压缩机1的温度作为温度反馈值。采用PID(比例-积分-微分)控制器，将温度设定值与温度反馈值的差值，经过温度控制器中PID控制器的计算，温度控制器输出冷却管路4上的比例阀5的开度，调节冷却管路4中冷却水的流量，从而控制蒸汽压缩机1的温度。这样的蒸汽压缩机温度控制方法和装置结构简单、便于工程应用。但是由于常规的蒸汽压缩机温度控制参数是在特定工况和水质下确定的，面对MVR蒸发系统工况或水质变化频繁的情况，无法取得满意的温度控制效果，适应性较差，这是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

因此，为解决上述技术问题，本申请提供适用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机温度控制方法。

具体地，第一方面，本申请提供一种用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，包括以下步骤：

获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；

获取MVR蒸发器的管程压力；

温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据所述温度控制数据获得流量给定值；

根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；

比例阀控制数据包括流量给定值和自适应冷却水给定值，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令，所述第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；

其中，所述流量给定值的获得周期小于所述自适应冷却水给定值的获得周期。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值的步骤，包括：

根据管程压力获得蒸汽压缩机的理论温升值；

根据理论温升值和预设的初始系数获得冷却水基准量，将所述冷却水基准量作为初始的自适应冷却水给定值；

在预设时间段内，根据反馈温度和预设温度判断当前自适应冷却水给定值是否过大或过小；

若当前自适应冷却水给定值过大或过小，根据当前比例系数确定新的比例系数，所述当前比例系数为当前自适应冷却水给定值与理论温升值的比值；

将理论温升值和新的比例系数相乘的结果，作为新的自适应冷却水给定值。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤之前，还包括以下步骤：根据管程压力获得第一流量前馈值；

所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤中，所述比例阀控制数据还包括第一流量前馈值。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述蒸汽压缩机的控制方法还包括以下步骤：

获取蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值，作为反馈流量；

其中，所述比例阀控制数据还包括反馈流量，所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤，包括：

根据流量给定值和反馈流量获得流量调节值；

根据流量调节值和自适应冷却水给定值生成第一开度指令；

所述流量给定值的获得周期大于所述流量调节值的获得周期。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述蒸汽压缩机的控制方法还包括以下步骤：

获取蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值，作为反馈流量；

根据预设温度获得第二流量前馈值；

其中，所述比例阀控制数据还包括反馈流量、第二流量前馈值，所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤，包括：

根据流量给定值、反馈流量和第二流量前馈值获得流量调节值；

根据流量调节值和自适应冷却水给定值生成第一开度指令。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述蒸汽压缩机的控制方法还包括以下步骤：

获取每个反馈温度相应的反馈温度维持时间；

根据反馈温度和反馈温度维持时间生成第二开关指令，所述第二开关指令用于控制与所述比例阀并联设置在所述蒸汽压缩机冷却管路上的开关阀的开启。

在本申请的方案中，通过引入自适应调整单元以及压力传感器，引入管程压力作为前馈信号，并运用简化的蒸汽压缩机温度模型，实现管程压力与蒸汽压缩机理论温升值的一一对应，从而可以根据管程压力确定蒸汽压缩机的理论温升值，并通过周期性调整找到理论温升值与自适应冷却水给定值之间合适的比例系数，进而调整自适应冷却水给定值，极大程度上抵消了蒸汽压缩机的自然温升。同时结合PID温度控制方法，让蒸汽压缩机的温度变化在不同的工况下趋于平缓，从而使得温度波动范围变窄，提高了蒸汽压缩机对各种工况的适应性以及温度控制的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中MVR蒸发系统的主要结构示意图；

图2为现有技术中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制系统及蒸汽压缩机的结构示意图；

图3为本申请的第一个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法的流程示意图；

图4为本申请的第一个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制系统及蒸汽压缩机的结构示意图；

图5为本申请的第一个实施例中S400的步骤的流程示意图；

图6为本申请的第一个实施例中自适应调整单元与相关装置的结构示意图；

图7为本申请的第一个实施例中MVR蒸发系统的主要结构示意图；

图8为本申请的第二个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法的流程示意图；

图9为本申请的第二个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制系统及蒸汽压缩机的结构示意图；

图10为本申请的第三个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法的流程示意图；

图11为本申请的第三个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制系统及蒸汽压缩机的结构示意图；

图12为本申请的第四个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法的流程示意图；

图13为本申请的第四个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制系统及蒸汽压缩机的结构示意图；

图14为本申请的第五个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法的流程示意图；

图15为本申请的第五个实施例中用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制系统及蒸汽压缩机的结构示意图；

图16为本申请的第五个实施例中MVR蒸发系统的主要结构示意图.

附图标记说明：蒸汽压缩机1；MVR蒸发器2；冷却液罐3；冷却管路4；比例阀5；冷却水喷头6；温度传感器7；压力传感器8；流量传感器9；开关阀10。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在本发明及实施例的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。实施例中采用的步骤标号仅是为了便于表述，不用于限定控制方法中各个步骤的顺序，控制方法中的各个步骤，只要逻辑上合理，各步骤的顺序适当变化。

请结合图3至图7，在第一个实施例中，提供一种蒸汽压缩机的温度控制方法，包括以下步骤：

S100获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；

S200获取MVR蒸发器的管程压力；

S300温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据所述温度控制数据获得流量给定值；

S400根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；

S510比例阀控制数据包括流量给定值和自适应冷却水给定值，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令，所述第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；所述流量给定值的获得周期小于所述自适应冷却水给定值的获得周期。

第一个实施例中的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制系统，包括温度传感器7、压力传感器8、温度控制器、自适应调整单元、比例阀控制器以及比例阀5；温度传感器7分别与温度控制器和自适应调整单元相连接，用于获取蒸汽压缩机1的温度；压力传感器8与自适应调整单元相连接，用于获取MVR蒸发器的管程压力；温度控制器与比例阀5相连接，用于根据温度控制数据获得流量给定值，所述温度控制数据包括预设温度和反馈温度；自适应调整单元与比例阀控制器相连接，用于根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；比例阀控制器与比例阀5相连接，用于根据输入比例阀控制器中的比例阀控制数据生成第一开度指令，第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路4上比例阀5的开度。

在S100的步骤中，反馈温度可以通过温度传感器来获得，也可以通过一个与温度传感器连接的反馈温度获取单元来获取。

在S200的步骤中，管程压力可以通过压力传感器来获得，也可以通过一个与压力传感器连接的管程压力获取单元来获取。

在S300的步骤中，预设温度是由用户预先设定的温度值，该步骤通过包括PID控制器的温度控制器来完成。根据所述温度控制数据获得流量给定值，具体包括：将反馈温度和预设温度之差，作为温度偏差值；以单位时间内温度偏差值的变化量，作为温度偏差变化率；以温度偏差值和温度偏差变化率，进行PID计算，获得流量给定值。

请参见图5-图6，在S400的步骤中，根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值，可以通过自适应调整单元来完成，包括：

S401根据管程压力获得蒸汽压缩机的理论温升值；

S402根据理论温升值和预设的初始系数获得冷却水基准量，所述冷却水基准量作为初始的自适应冷却水给定值；

S403在预设时间段内，根据反馈温度和预设温度判断当前自适应冷却水给定值是否过大或过小；

S404若当前自适应冷却水给定值过大或过小，根据当前比例系数确定新的比例系数，所述当前比例系数为当前自适应冷却水给定值与理论温升值的比值；

S405将理论温升值和新的比例系数相乘的结果，作为新的自适应冷却水给定值。

在S401的步骤中，上述的蒸汽压缩机的理论温升值ΔT_d，以罗茨式蒸汽压缩机为例，

其中，Ts为压缩机进气温度，在MVR蒸发系统中，Ts等于MVR蒸发器管程温度；k为气体绝热指数，在MVR蒸发系统中压缩介质是水蒸气，取常数1.3；η_v为蒸汽压缩机容积效率，为压缩机的固有特性，可通过厂家提供的蒸汽压缩机性能曲线确定；ε为蒸汽压缩机压缩比，ε＝P2/P1，P1是蒸汽压缩机入口压力，也就是MVR蒸发器管程压力，在本实施例中为由压力传感器获取的管程压力，P2是MVR蒸发器壳程压力，在MVR蒸发系统中为大气压，压力单位采用bar，因此，可以取ε＝1/P1。

从而，为常数，可以用符号α来表示。由于MVR蒸发器中，管程中的水蒸气是饱和的，所以压力P1和温度Ts一一对应，可以采用二次曲线拟合Ts＝a0+a1*P1+a2*P1²。因此，蒸汽压缩机的理论温升值ΔT_d与管程压力P1是一一对应的，通过管程压力P1即可获得蒸汽压缩机的理论温升值ΔT_d：

在S402的步骤中，已知的，在不同的工况下，蒸汽压缩机所需要的冷却水量V_tv，在本申请中也将之称为自适应冷却水给定值，与理论温升值ΔT_d是线性相关的，二者的关系为：V_tv＝K_a*ΔT_d，其中，K_a是蒸汽压缩机所需要的冷却水量与其理论温升值的比例系数。由于ΔT_d已通过S401的步骤确定，只要再确定合适的K_a，就可以获得当前工况下的蒸汽压缩机自然温升所需要的冷却水量。比例系数K_a的初始值，即初始系数，可以根据经验取常数值C，则基准冷却水量＝C*ΔT_d，将基准冷却水量作为初始的自适应冷却水给定值，用于S510步骤中生成第一开度指令。

S403至S405的步骤是根据不同的工况调整合适的自适应冷却水给定值的过程，也可以理解为确定合适的比例系数K_a的过程，具体可以采用二分搜索法来完成。

在S403的步骤中，获取预设时间段内的反馈温度，将反馈温度与规则库进行比较，来判断的自适应冷却水给定值是否合适；

上述的规则库包括：

a，一段时间内的反馈温度的最大值不高于预设的最大值；

b，一段时间内的反馈温度的最小值不低于预设的最小值；

c，一段时间内，反馈温度变化率不超过预设的设定值；所述反馈温度变化率为单位时间内反馈温度的变化量；

d，反馈温度与预设温度的差值处于预设的范围内。

若反馈温度满足上述规则库中的规则，则当前的自适应冷却水给定值是合适的，也就是当前的比例系数K_a是合适的。

若一段时间内的反馈温度的最大值高于预设的最大值，或，反馈温度上升率超过预设的设定值，或，反馈温度与预设温度之差大于预设的范围的最大值，则当前的自适应冷却水给定值过小。

若一段时间内的反馈温度的最小值低于预设的最小值，或，反馈温度下降率超过预设的设定值，或，反馈温度与预设温度之差大于预设的范围的最小值，则当前的自适应冷却水给定值过大。

在S404的步骤中，若当前自适应冷却水给定值过大，则取K_a＝C/2；若当前自适应冷却水给定值过小，则取K_a＝2C。

在S405的步骤中，将理论温升值ΔT_d与新的比例系数K_a相乘的结果，作为新的自适应冷却水给定量，用于S510步骤中生成第一开度指令。

按预设的周期，循环S403至S405的步骤：获取预设时间段内的反馈温度，将反馈温度与规则库进行比较，来判断的当前自适应冷却水给定值是否合适；若过大，则将当前K_a再除以2的结果作为新的K_a；若过小，则将当前K_a再乘以2的结果作为新的K_a；将理论温升值和新的比例系数K_a相乘的结果，作为新的自适应冷却水给定值，用于S510步骤中生成第一开度指令，直到确定合适的比例系数K_a为止。则通过V_tv＝K_a*ΔT_d，可以获得当前工况下，蒸汽压缩机所需的冷却水量，也就是自适应冷却水量给定值。

在S510的步骤中，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤，可以通过比例阀控制器来完成。比例阀控制器将由温度控制器生成的流量给定值，以及由自适应调整单元生成的自适应冷却水给定值进行线性叠加，得到比例阀控制值，并根据比例阀控制值，生成第一开度指令，以调节比例阀的开度。这里，比例阀控制值与比例阀的开度是一一对应的。比例阀可以是由模拟信号控制的电磁阀，还可以是气动阀，或者数字式电动阀，它能够根据控制信号，也就是本申请中的第一开度指令，将阀口保持在0％-100％的任意一个开度上。

MVR蒸发系统在实际工作时，存在多种不同的工况：

1、在加热时，MVR蒸发器中的工质未到蒸发温度，MVR蒸发系统内多为非相变传热，温度变化较为迅速，但是换热量小；

2、在蒸发时，工质处于沸腾状态，MVR蒸发系统内多为相变传热，温度变化较平缓，但是换热量大；

3、在加热到蒸发的过渡状态时，既包含了第1种工况中的非相变传热，又包含了第2中工况中的相变传热。

同时，MVR蒸发器中的蒸发工质也存在波动，以废水蒸发为例，一方面废水的水质时复杂而多变的，另一方面，即便同一种废水，随着蒸发的进行，MVR蒸发器内的废水浓度也会不断升高，引起工况变化。

这意味着较为理想的状态下，蒸汽压缩机需要在上述多种不同的工况条件下正常工作，并满足不同需求。而常规的MVR蒸发系统中，蒸汽压缩机的温度控制参数是在特定工况和水质下确定的，无法在MVR蒸发系统的工况或水质变化频繁的情况下较好地控制蒸汽压缩机的温度。

在本申请第一个实施例中，通过引入自适应调整单元以及压力传感器，引入管程压力作为前馈信号，并运用简化的蒸汽压缩机温度模型，实现管程压力与蒸汽压缩机理论温升值的一一对应，从而可以根据管程压力确定蒸汽压缩机的理论温升值，并通过周期性调整找到理论温升值与自适应冷却水给定值之间合适的比例系数，进而调整自适应冷却水给定值，极大程度上抵消了蒸汽压缩机的自然温升。同时结合PID温度控制方法，让蒸汽压缩机的温度变化在不同的工况下趋于平缓，从而使得温度波动范围变窄，提高了蒸汽压缩机对各种工况的适应性以及温度控制的精度。

通过自适应调整单元获得自适应冷却水给定值的周期，一般地，比通过温度控制器获得流量给定值的周期长，这样才能得到长时间的反馈温度和反馈温度变化率的信息，用于准确判断当前的自适应冷却水给定值是否合适。自适应冷却水给定值的获得周期如果过长，会造成过长的时间段内仍然找不到合适的自适应冷却水给定值，较佳地，自适应冷却水给定值的获得周期为流量给定值的获得周期的5-20倍。

在本申请的实施例中，涉及的PID控制器和PI控制器都可以采用现有的或已经商业化生产的PID控制器或PI控制器来完成，除了实施例中具体限定的参数，其他整定参数的设定的方法可以采用常规方法，为避免模糊发明点，此处不再细述。

请参考图8至图9，第二个实施例以第一个实施例为基础，提供一种用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，包括以下步骤：

S100获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；

S200获取MVR蒸发器的管程压力；

S300温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据所述温度控制数据获得流量给定值；

S400根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；

S600根据管程压力获得第一流量前馈值；

S520比例阀控制数据包括流量给定值、自适应冷却水给定值和第一流量前馈值，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令，所述第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；所述第一开度指令的生成周期小于所述自适应冷却水给定值的获得周期。

与第一个实施例中的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制系统相比，第二个实施例中的温度控制系统增加了分别与压力传感器和比例阀控制器相连接的压力前馈单元，并且比例阀控制器用于根据输入比例阀控制器中的比例阀控制数据生成第一开度指令，其中，比例阀控制数据除第一个实施例中的流量给定值和自适应冷却水给定值以外，还增加了通过S600步骤获得的第一流量前馈值。

S100-S400的步骤参考第一个实施例。

在S600的步骤中，在比例阀流量特性确定的情况下，单位时间内通过比例阀的流量V与比例阀两端的压差ΔP的二分之一次方成正比，也就是：

在MVR蒸发系统中，管程压力为P1，等于蒸汽压缩机进风口处的压力，也等于比例阀一端的压力；壳程压力取一个大气压，也就是比例阀另一端的压力，从而可以计算得到ΔP。因此第一流量前馈值其中，P_uff为压力前馈系数，是预设的固定值。

在S520的步骤中，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤，可以通过比例阀控制器来完成。比例阀控制器将温度控制器生成的流量给定值、自适应调整单元生成的自适应冷却水给定值，以及压力前馈单元生成的第一流量前馈值，三者进行线性叠加，得到比例阀控制值，并根据比例阀控制值，生成第一开度指令，以调节比例阀的开度。这里，比例阀控制值与比例阀的开度是一一对应的。

常规的PID温度控制方法是典型的反馈控制，具有明显的时滞性，只有当温度出现偏差时，温度控制器的输出才会改变，从而调节比例阀开度。当蒸汽压缩机入口处的压力波动较大时，只有到了引起温度变化的程度，才会进行反馈控制，而此时常规的温度调节操作往往还没来得及产生效果，蒸汽压缩机的温度已经超过了安全温度。

在第二个实施例中，通过引入压力前馈单元，根据管程压力的波动提前对比例阀的开度进行调节，从而提前对管程压力的扰动进行补偿，加快了蒸汽压缩机温度控制的响应速度，提高了蒸汽压缩机对管程压力波动的抗扰动性能。同时，通过压力前馈单元、自适应调整单元和PID温度控制方法三者的相互协作，在提高蒸汽压缩机适应性的同时，进一步提高温度控制系统的响应速度和抗扰动能力。

请参考图10至图11，在第三个实施例中，提供一种用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法，包括以下步骤：

S100获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；

S200获取MVR蒸发器的管程压力；

S300温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据所述温度控制数据获得流量给定值；

S400根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；

S700获取蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值，作为反馈流量；

S530比例阀控制数据包括流量给定值、自适应冷却水给定值和反馈流量，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令，所述第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；所述第一开度指令的生成周期小于所述自适应冷却水给定值的获得周期；

其中，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤还包括：

S531根据流量给定值和反馈流量获得流量调节值；

S532根据流量调节值和自适应冷却水给定值生成第一开度指令；

所述流量给定值的获得周期大于所述流量调节值的获得周期。

与第一个实施例中的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制系统相比，第三个实施例中的温度控制系统中增加了流量传感器和流量控制器。流量传感器与流量控制器相连接，用于获取冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值。流量控制器分别与温度控制器和比例阀控制器连接，使得温度控制器与比例阀控制器通过流量控制器间接连接，用于根据温度控制器产生的流量给定值和流量传感器获得的反馈流量，计算流量调节值。比例阀控制器根据流量控制器生成的流量调节值，以及自适应调整单元生成的自适应冷却水给定值，生成第一开度指令。

本实施例中S100至S400的步骤可以参考第一个实施例。

在S700的步骤中，反馈流量可以通过流量传感器来获得，也可以通过一个与流量传感器连接的反馈流量获取单元来获取。

S531的步骤，可以通过包括PI控制器的流量控制器来完成。具体地，将流量给定值和反馈流量之差，作为流量偏差值；以流量偏差值，进行PI计算，获得流量调节值。此处，选择PI控制器，而非PID控制器来计算流量调节值，是由于流量调节值对反馈流量的反应快速，流量调节值的获得周期比流量给定值的获得周期要小，而微分(D)计算，对高频噪声敏感，即一旦出现干扰，通过微分项的运算有可能引起很大的冷却水流量的变化，反而会降低整个温度控制系统的抗干扰能力。

S532的可以通过比例阀控制器来完成。比例阀控制器将流量控制器生成的流量调节值，以及自适应调整单元生成的自适应冷却水给定值，二者进行线性叠加，得到比例阀控制值，生成第一开度指令，以调节比例阀的开度；

其中，所述流量给定值的获得周期大于所述流量调节值的获得周期。

在MVR蒸发器管程和壳程的压力发生变化的时候，同样的比例阀开度，比例阀两端的压力差发生变化，冷却水流量也随之变化，压力差越大，流量也越大。因此，压力的变化会造成蒸汽压缩机温度的波动，严重时，会使蒸汽压缩机温度失去控制。

在第三个实施例中，通过引入流量控制器和流量传感器，流量传感器、流量控制器和比例阀三者，构成了温度控制内环，温度传感器、温度控制器、流量控制器和比例阀四者，构成了温度控制外环。

通过温度控制内环控制冷却水流量，由于冷却水流量与阀门的开度不同，它能直接引起蒸汽压缩机温度的变化，对蒸汽压缩机温度的影响直接而快速，因而采用较短的控制周期，可以快速地实现对流量的增大或者减小；通过温度控制外环，考虑到温度控制过程的时滞性特点，采用较长的控制周期，这样控制才会更加平稳，提高稳态精度，避免频繁调整带来的不稳定性。此外，自适应调整单元、温度控制内环和温度控制外环三者相结合，自适应调整单元的控制周期最长，温度控制外环的控制周期次之，温度控制内环的控制周期最小，三者协同作用，在提高蒸汽压缩机适应性的同时，进一步提高温度控制系统的响应速度和抗扰动能力，同时使得蒸汽压缩机温度的波动范围大大降低，温度控制外环无需兼顾控制带宽度、过渡过程时间和温度控制的稳态精度，可以专注于提高稳态控制精度和抵抗小范围波动，从整体上进一步提高蒸汽压缩机的温控效果。

在一个具体实施方式中，自适应调整单元的控制周期，也就是自适应冷却水给定值的获得周期，可以采用20s-60s，温度控制外环的控制周期，也就是流量给定值的获得周期，可以采用2s-5s，温度控制内环的控制周期，也就是流量调节值的获得周期，可以采用200ms。

请参考图12至图13，在第四个实施例中，提供一种用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法，包括以下步骤：

S100获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；

S200获取MVR蒸发器的管程压力；

S300温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据所述温度控制数据获得流量给定值；

S400根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；

S700获取蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值，作为反馈流量；

S800根据预设温度获得第二流量前馈值；

S540比例阀控制数据包括流量给定值、第二流量前馈值、自适应冷却水给定值和反馈流量，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令，所述第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；所述第一开度指令的生成周期小于所述自适应冷却水给定值的获得周期。

其中，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤还包括：

S541根据流量给定值、第二流量前馈值和反馈流量获得流量调节值；

S542根据流量调节值和自适应冷却水给定值生成第一开度指令；

所述流量给定值的获得周期大于所述流量调节值的获得周期。

与第一个实施例中的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制系统相比，第四个实施例中的温度控制系统增加了流量传感器、流量控制器和温度前馈单元。流量传感器与流量控制器相连接，用于获取冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值。流量控制器分别与温度控制器和比例阀控制器连接，使得温度控制器与比例阀控制器通过流量控制器间接连接；流量控制器还与温度前馈单元连接；流量控制器用于根据温度控制器产生的流量给定值、流量传感器获得的反馈流量以及温度前馈单元产生的第二流量前馈值计算流量调节值。比例阀控制器根据流量控制器生成的流量调节值，以及自适应调整单元生成的自适应冷却水给定值，生成第一开度指令。

在S700的步骤中，反馈流量可以通过流量传感器来获得，也可以通过一个与流量传感器连接的反馈流量获取单元来获取。

在S800的步骤中，单位时间T_ff内，预设温度的变化为ΔT_set，如果ΔT_set小于预设的阈值Δs，则第二流量前馈值V_ff为0；如果ΔT_set大于预设的阈值Δs，则第二流量前馈值V_ff＝P_vff*ΔT_set，其中，P_vff为第二流量前馈系数，是根据经验而预设的常数。

S541的步骤，可以通过包括PI控制器的流量控制器来完成。具体地，将流量给定值+第二流量前馈值-反馈流量的结果，作为流量偏差值；以流量偏差值，进行PI计算，获得流量调节值。与第三个实施例中类似的，为避免微分计算降低整个温度控制系统的抗干扰能力，因而选用PI控制器来计算流量调节值。

S542的步骤可以通过比例阀控制器来完成。比例阀控制器将流量控制器生成的流量调节值，以及自适应调整单元生成的自适应冷却水给定值，二者进行线性叠加，得到比例阀控制值，生成第一开度指令，以调节比例阀的开度；

其中，所述流量给定值的获得周期大于所述流量调节值的获得周期。

常规的PID温度控制方法是典型的反馈控制，具有明显的时滞性，只有当温度出现偏差时，温度控制器的输出才会改变，从而调节比例阀开度。当蒸汽压缩机入口处的压力和温度波动较大时，相应调节动作往往还没来得及产生效果，蒸汽压缩机的温度已经超过了安全温度。

在第四个实施例中，通过引入温度前馈单元，根据预设温度的变化，提前对比例阀的开度进行调节，从而提前对预设温度的变化进行补偿，提高了对预设温度变化的响应速度，减少过渡过程时间。同时，温度前馈单元、自适应调整单元、温度控制内环和温度控制外环，四者的相互协作，与第三个实施例中的温度控制方法相比，从整体上进一步提高了温度控制系统对蒸汽压缩机的温控效果。

请结合图14至图16，在第五个实施例中，提供了一种用于MVR蒸发系统的蒸汽压缩机的温度控制方法，包括：

S100获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；

S200获取MVR蒸发器的管程压力；

S300温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据所述温度控制数据获得流量给定值；

S400根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；

S600根据管程压力获得第一流量前馈值；

S700获取蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值，作为反馈流量；

S800根据预设温度获得第二流量前馈值；

S550比例阀控制数据包括流量给定值、第二流量前馈值、第一流量前馈值、自适应冷却水给定值和反馈流量，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令，所述第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；所述第一开度指令的生成周期小于所述自适应冷却水给定值的获得周期；

其中，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤还包括：

S551根据流量给定值、第二流量前馈值和反馈流量获得流量调节值；

S552根据流量调节值、自适应冷却水给定值和第一流量前馈值生成第一开度指令；所述流量给定值的获得周期大于所述流量调节值的获得周期；

S900获取每个反馈温度相应的反馈温度维持时间；

S1000根据反馈温度和反馈温度维持时间生成第二开关指令，所述第二开关指令用于控制与所述比例阀并联设置在所述蒸汽压缩机冷却管路上的开关阀的开启。

请参考图15和图16，第五个实施例中的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制系统，包括温度传感器7、压力传感器8、流量传感器9、温度控制器、自适应调整单元、压力前馈单元、温度前馈单元、流量控制器、比例阀控制器、比例阀5、开关阀10以及强制冷却控制器。第五个实施例将第二个实施例中的压力前馈单元，与第四个实施例的温度控制内环、温度控制外环、温度前馈单元相结合，并增加了强制冷却单元。强制冷却单元包括强制冷却控制器和开关阀，强制冷却控制器分别与温度传感器和开关阀连接，用于根据根据反馈温度和反馈温度维持时间生成第二开关指令，控制开关阀的开启。

S100-S400的步骤参考第一个实施例。

在S300的步骤中，还可以包括：

S310根据预设的温度设定范围修正预设温度；

S320将反馈温度和修正后的预设温度之差，作为温度偏差值；

S330根据预设的温度偏差最大值、温度偏差最小值和温度偏差变化率最大值修正温度偏差值和温度偏差变化率，所述温度偏差变化率为单位时间内的温度偏差值的变化量；

S340将修正后的温度偏差值和温度偏差变化率通过PID控制器生成流量给定值；

S350根据预设的反馈温度最小值和反馈温度最大值，以及反馈温度上升率，修正所述流量给定值，所述反馈温度上升率为单位时间内反馈温度的上升量。

在S310的步骤中，如果预设温度超过预设的温度设定范围，则取温度设定范围中的最大值作为修正后的预设温度；如果预设温度小于预设的温度设定范围，则取温度设定范围中的最小值作为修正后的预设温度。

在S330的步骤中，如果温度偏差值小于预设的温度偏差最小值，则取温度偏差最小值作为修正后的温度偏差值；如果温度偏差值大于预设的温度偏差最大值，则取温度偏差最大值作为修正后的温度偏差值；如果温度偏差变化率大于预设的温度偏差变化率最大值，则取温度偏差变化率最大值为修正后的温度偏差变化率。

在S350的步骤中，如果输入温度控制器的反馈温度小于预设的反馈温度最小值，则取流量给定值为0。例如，在蒸汽压缩机刚启动时，其温度处于室温状态，离预设温度有较大差距，由于蒸汽压缩机温度小于反馈温度最小值，不需要冷却水，此时，使得最终温度控制器生成的流量给定值为0，避免了PID控制器计算时积分饱和以及微分的噪音。

在S350的步骤中，如果输入温度控制器的反馈温度大于预设的反馈温度最大值，并且温度上升率大于预设的温度最大上升率时，则取流量给定值为预设的最大值。例如，当蒸汽压缩机的温度高于温度最大值时，或当蒸汽压缩机的温度高于预设的特定值时，并且反馈温度上升率大于温度的最大上升率时，取流量给定值为预设的最大值，从而使比例阀开度达到尽可能大，进而迅速增加冷却水流量，控制压缩机温度。

S600的步骤参考第二个实施例。

S700-800的步骤参考第四个实施例。

S551的步骤参考第四个实施例中S541的步骤。在S551的步骤中，还可以包括：

S5511根据预设的流量给定值范围修正流量给定值；

S5512将第二流量前馈值+修正后的流量给定值-反馈流量的结果，作为流量偏差值；

S5513根据预设的流量偏差最大值和流量偏差最小值修正流量偏差值；

S5514将修正后的流量偏差值通过PI控制器生成第一开度指令。

在S5511的步骤中，如果输入流量控制器的流量给定值超过预设的流量给定值范围，则取流量给定值范围中的最大值，作为修正后的流量给定值；如果输入流量控制器的流量给定值低于预设的流量给定值范围，则取流量给定值范围中的最小值，作为修正后的流量给定值。

在S5513的步骤中，如果流量偏差值大于预设的流量偏差最大值，则取流量偏差最大值作为修正后的流量偏差值；如果流量偏差值小于预设的流量偏差最小值，则取流量偏差最小值作为修正后的流量偏差值。

在S552的步骤中，根据流量调节值、自适应冷却水给定值和第一流量前馈值生成第一开度指令的步骤，可以通过比例阀控制器来完成。比例阀控制器将流量控制器生成的流量调节值、自适应调整单元生成的自适应冷却水给定值，以及压力前馈单元生成的第一流量前馈值，三者进行线性叠加，得到比例阀控制值，并根据比例阀控制值，生成第一开度指令，以调节比例阀的开度。

在S900的步骤中，由于温度传感器不断地获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度，若一定时间内，反馈温度维持不变，或者相邻的反馈温度之差小于预设区间，则可认为该段时间为该反馈温度的维持时间。

在S1000的步骤中，根据反馈温度和反馈温度维持时间生成第二开关指令的步骤，具体地可以包括：

A若反馈温度T＞预设的安全温度T1，生成第二开关指令；或

B若反馈温度T＞预设的最大峰值温度T2，且反馈温度T×反馈温度维持时间t＞预设的最大峰值温度T2×预设的峰值温度时间t2，生成第二开关指令；或

C若反馈温度T＞预设的最大峰值温度T2，且反馈温度上升率Δt＞预设的最大温度上升率Δt3，生成第二开关指令，所述反馈温度上升率Δt为单位时间内反馈温度的上升量。

S1000的步骤中，强制冷却阀按控制要求有两种状态：全开、全闭。安全温度是蒸汽压缩机最大允许温度，如果超过这个温度，蒸汽压缩机就有损坏的风险；最大峰值温度和峰值温度时间是两个相关的预设参数，如果蒸汽压缩机在最大峰值温度下工作超过峰值温度时间，就有损坏的风险。因此，一旦满足上述A、B、C三个条件中的任一个，就开启开关阀，以迅速降低蒸汽压缩机的温度。当上述A、B、C三个条件均不满足时，开关阀为关闭状态。

以罗茨风机为例：最大的安全温度是135度，高于135度，蒸汽压缩机就有损坏的风险，因此反馈温度不能高于135度的超调量；由于蒸汽压缩机出口处的压力通常被设置为一个大气压左右，蒸汽饱和温度是100度，因此出口处蒸汽的最低温度要求是110度左右，低于110度，蒸汽容易在进入MVR蒸发器之前就冷凝成水，造成热量损失。综上，蒸汽压缩机的温度必须在110-135度这个范围，如此窄的控制范围，对于常规的PID控制，如果P参数(PID中的比例参数)设置过大，容易造成冷却过度、温度低于110度的情况，同时到达稳态的过渡时间过长；如果P参数设置过小，则容易造成温度超调。

通过引入强制冷却单元，在蒸汽压缩机温度将要超过安全温度或者温度上升率特别快的时候，通过打开开关阀让蒸汽压缩机温度迅速下降，从而使蒸汽压缩机的温度控制中没有大于安全温度的超调量，让其他控制支路，比如温度控制外环、温度控制内环等，均无需再兼顾超调量和过渡过程时间。此外，由于开关阀与比例阀是并联设置的，二者相互独立，因此既能防止温度超调的不利影响，又不会对原本的温度控制外环的调节造成干扰。

通过在温度控制器中增设温度限制单元，在流量控制器中增设流量限制单元，防止输入信号突变或者异常值对后续MVR蒸发系统造成冲击，影响系统的平稳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。

Claims (10)

1.一种用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取蒸汽压缩机的温度作为反馈温度；

获取MVR蒸发器的管程压力；

温度控制数据包括预设温度和反馈温度，根据所述温度控制数据获得流量给定值；

根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值；

比例阀控制数据包括流量给定值和自适应冷却水给定值，根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令，所述第一开度指令用于调节设置于所述蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀开度；

其中，所述流量给定值的获得周期小于所述自适应冷却水给定值的获得周期。

2.根据权利要求1所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，所述根据预设温度、反馈温度和管程压力获得自适应冷却水给定值的步骤，包括：

根据管程压力获得蒸汽压缩机的理论温升值；

根据理论温升值和预设的初始系数获得冷却水基准量，将所述冷却水基准量作为初始的自适应冷却水给定值；

在预设时间段内，根据反馈温度和预设温度判断当前自适应冷却水给定值是否过大或过小；

若当前自适应冷却水给定值过大或过小，根据当前比例系数确定新的比例系数，所述当前比例系数为当前自适应冷却水给定值与理论温升值的比值；

将理论温升值和新的比例系数相乘的结果，作为新的自适应冷却水给定值。

3.根据权利要求1所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤之前，还包括以下步骤：根据管程压力获得第一流量前馈值；

所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤中，所述比例阀控制数据还包括第一流量前馈值。

4.根据权利要求1所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值，作为反馈流量；

其中，所述比例阀控制数据还包括反馈流量，所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤，包括：

根据流量给定值和反馈流量获得流量调节值；

根据流量调节值和自适应冷却水给定值生成第一开度指令；

所述流量给定值的获得周期大于所述流量调节值的获得周期。

5.根据权利要求1所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取蒸汽压缩机冷却管路上的比例阀处的冷却水流量值，作为反馈流量；

根据预设温度获得第二流量前馈值；

其中，所述比例阀控制数据还包括反馈流量、第二流量前馈值，所述根据所述比例阀控制数据生成第一开度指令的步骤，包括：

根据流量给定值、反馈流量和第二流量前馈值获得流量调节值；

根据流量调节值和自适应冷却水给定值生成第一开度指令。

6.根据权利要求1所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，根据所述温度控制数据获得流量给定值的步骤，包括：

根据预设的温度设定范围修正预设温度；

将反馈温度和修正后的预设温度之差，作为温度偏差值；

根据预设的温度偏差最大值、温度偏差最小值和温度偏差变化率最大值，修正温度偏差值和温度偏差变化率，所述温度偏差变化率为单位时间内温度偏差值的变化量；

将修正后的温度偏差值和温度偏差变化率通过PID控制器计算，获得流量给定值。

7.根据权利要求6所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，根据所述温度控制数据获得流量给定值的步骤，还包括：

根据预设的反馈温度最小值和反馈温度最大值，以及反馈温度上升率，修正所述流量给定值，所述反馈温度上升率为单位时间内反馈温度的上升量。

8.根据权利要求5所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，所述根据流量给定值、反馈流量和第二流量前馈值获得流量调节值的步骤，包括：

根据预设的流量给定值范围修正流量给定值；

将第二流量前馈值+修正后的流量给定值-反馈流量的结果，作为流量偏差值；

根据预设的流量偏差最大值和流量偏差最小值修正流量偏差值；

将修正后的流量偏差值通过PI控制器计算，获得流量调节值。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取每个反馈温度相应的反馈温度维持时间；

根据反馈温度和反馈温度维持时间生成第二开关指令，所述第二开关指令用于控制与所述比例阀并联设置在所述蒸汽压缩机冷却管路上的开关阀的开启。

10.根据权利要求9所述的用于MVR蒸发器的蒸汽压缩机的温度控制方法，其特征在于，所述根据反馈温度和反馈温度维持时间生成第二开关指令的步骤，包括：

若反馈温度＞预设的安全温度，生成第二开关指令；或

若反馈温度＞预设的最大峰值温度，且反馈温度×反馈温度维持时间＞预设的最大峰值温度×预设的峰值温度时间，生成第二开关指令；或

若反馈温度＞预设的最大峰值温度，且反馈温度上升率＞预设的最大温度上升率，生成第二开关指令，所述反馈温度上升率为单位时间内反馈温度的上升量。