CN110184403B - 一种冷却设备工作状态评估方法、系统、介质和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种冷却设备工作状态评估方法、系统、介质和设备，包括：建立冷却设备模型；根据冷却设备工作条件，对所述冷却设备模型加载多个层级的热负荷，计算所述冷却设备模型的温度场；根据所述温度场得到所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系；获取所述冷却设备热电偶的检测温度；根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备的工作状态；本发明可以准确有效的监控冷却设备工作状态，提高冷却设备使用寿命。

Description

一种冷却设备工作状态评估方法、系统、介质和设备

技术领域

本发明涉及高炉控制领域，尤其涉及一种冷却设备工作状态评估方法、系统介质和设备。

背景技术

高炉内部的软熔带处于炉腹、炉腰和炉身下部区域，在此区域的冷却设备承受着炉内高温热负荷冲击，剧烈的温度变化，高温液态渣铁的侵蚀，炉料和气流的冲刷模式以及碱金属、一氧化碳的侵蚀等综合性的破坏，冷却设备工作环境恶劣，且由于高炉密闭的特点，冷却设备的热面状态不能直接观测到，仅有设置在冷却设备中间的热电偶的温度状态，而热电偶温度状态与冷却壁的热面温度状态是有差异的，所以不能直接用冷却壁热电偶的温度代表热面的工作状态的。因此目前高炉冷却设备面临的一大难题是如何监测冷却设备的工作状态，出现问题可以得到及时反馈以延长冷却设备的使用寿命。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种冷却设备工作状态评估方法、系统、介质和设备，主要解决热电偶检测温度存在温度差的问题。

为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。

一种冷却设备工作状态评估方法，包括：

建立冷却设备模型；

根据冷却设备工作条件，对所述冷却设备模型加载多个层级的热负荷，计算所述冷却设备模型的温度场；

根据所述温度场得到所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系；

获取所述冷却设备热电偶的检测温度；

根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备的工作状态。

可选地，所述建立冷却设备模型至少包括：

根据冷却设备设计图纸以及热电偶位置建立有限元集合；

根据所述有限元的位置关系计算冷却设备模型。

可选地，计算所述冷却设备温度场，至少包括：

获取冷却设备的工作条件；

根据所述工作条件，预设多个层级的热负荷；

计算每个层级热负荷条件下所述冷却设备内部温度分布；

统计所述多个层级热负荷条件下所述冷却设备热电偶处温度和冷却设备热面温度。

可选地，所述根据所述温度场进行回归分析得到所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系至少包括：

根据所述温度场和所述冷却设备模型的热电偶位置，确定冷却设备模型的热电偶的温度；

根据所述温度场和所述冷却设备模型的热面位置，确定所述冷却设备模型的热面温度；

计算所述冷却设备模型的热电偶温度和所述冷却设备模型的热面温度之间的关系；

并对所述冷却设备模型的热电偶温度和所述冷却设备模型的热面温度之间的关系进行回归分析，得到模型温度关系。

可选地，所述方法还包括：

根据所述冷却设备的工作条件和所述冷却设备的材质，设置所述冷却设备热面的安全温度区间、待关注温度区间和警戒温度区间；

可选地，所述方法还包括：

根据冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系，分别计算所述冷却设备热面的安全温度区间、待关注温度区间和警戒温度区间对应的热电偶处的温度区间。

可选地，根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备工作状态至少包括：

根据所述冷却设备热电偶的检测温度，计算所述冷却设备热面温度；

根据所述冷却设备热电偶的检测温度确定热电偶的检测温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态；

根据所述冷却设备热面温度判断所述热面温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态。

可选地，一种冷却设备工作状态评估系统，包括：

模型创建模块，用于建立冷却设备模型；

温度场计算模块，用于根据冷却设备工作条件，对所述冷却设备模型加载多个层级的热负荷，计算所述冷却设备模型的温度场；

温度关系获取模块；用于根据所述温度场得到所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系；

工作状态评估模块，用于获取所述冷却设备热电偶的检测温度，并根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备的工作状态。

一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现所述冷却设备工作状态评估方法。

一种设备，包括：处理器，显示器和存储器；其中，

所述存储器用于存储计算机程序；

所述显示器用于实时显示冷却热备的工作状态以及工作过程的温度曲线；

所述处理器用于加载并执行所述计算机程序，使得所述设备执行所述冷却设备工作状态评估方法，并将处理结果发送给所述显示器。

如上所述，本发明一种冷却设备工作状态评估方法、系统、介质和设备，具有以下有益效果。

通过数据建立模型进行模拟计算，得到温度关系，可以有效验证各种工作条件下冷却设备的运行状态，有利于得到更为全面的数据以及客观的温度关系；通过模型回归分析得到实际设备的温度关系，可以克服实际热电偶测温时热电偶与热面温度差导致的检测误差的问题；根据热电偶温度和热面温度评估冷却设备工作状态，可及时反馈及修复问题，提高冷却设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明冷却设备工作状态评估方法的流程图。

图2为本发明一实施例中铸铁冷却壁的结构示意图。

图3为本发明一实施例中冷却设备工作状态评估系统的模块图。

图4为本发明一实施例中的设备结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

由于高炉炼铁技术的经济质保良好，工艺简单，生产量单，劳动生产效率高，能耗低等优点，这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉的炉腹、炉腰及炉身下部，热负荷高、且波动大，冷却设备工作环境恶劣，由于高炉密闭的特点，冷却设备的热面状态不能直接观测到，仅有设置在冷却设备中间的热电偶的温度状态，而热电偶温度状态与冷却壁的热面温度状态是有差异的，所以不能直接用冷却壁热电偶的温度代表热面的工作状态的，而在冷却设备的传热体系中，冷却设备埋设热电偶处的温度与热面温度是有一定的对应关系的。本方案通过确定冷却设备热电偶温度与热面工作温度间的关系，确定热面的工作状态，方便操作者根据热电偶温度判断冷却设备工作状态，及时调整操作，提高高炉冷却设备的使用寿命。

图1为本发明冷却设备工作状态评估方法的流程图。

本方案提出一种冷却设备工作状态评估方法，包括步骤S01-S05：

在步骤S01中，建立冷却设备模型。

具体地，可以采用SolidWorks等常用的建模工具，将冷却设备设计图纸中的部件位置、尺寸等相关数据输入建模工具，进行建模。在另一实施例中，可以将冷却壁热面位置、热电偶位置、冷却水管道位置等相关部件构建成一个有限元集合，通过有限元的位置关系计算得到冷却设备模型。

在步骤S02中，计算冷却设备温度场。在该步骤中，根据冷却设备工作条件，对冷却设备模型加载多个层级的热负荷，计算冷却设备模型的温度场。

在一实施例中，冷却设备可以包括铸铁冷却壁、铜冷却壁或钢冷却壁；不铜冷却壁对应不同的工作条件。请参阅图2，这里以铸铁冷却壁为例，根据铸铁冷却壁的工作条件，确定铸铁冷却壁可承受的热负荷范围。模拟铸铁冷却壁可承受的热负荷范围，向铸铁冷却壁模型施加多个层级的热负荷。通过模型模拟不同热负荷下铸铁冷却壁的各部件温度变化。统计所有层级热负荷作用下，铸铁冷却壁的各部件温度分布，得到铸铁冷却设备的温度场。在另一实施例中，模拟冷却设备各个位置的温度变化，可以以热电偶位置的温度变化为参考，将实际热电偶检测到的数据输入冷却设备模型，用于校准温度变化情况。得到准确的温度场数据，温度场为位置与温度关联的数据集合。

在步骤S03中，根据温度场得到冷却设备热电偶处温度与冷却设备热面温度的关系。

根据温度场和冷却设备模型的热电偶位置，可以确定冷却设备模型的热电偶的温度，进而根据温度场和热面位置可以得到冷却设备模型的热面温度，计算冷却设备模型的热电偶温度和冷却设备模型的热面温度之间的关系，得到模型温度关系；在另一实施例中，可以通过不同热负荷条件下热电偶的多组温度，对模型温度关系进行校准。

具体实施可以采用一元线性回归算法，由于冷却设备埋设热电偶的位置与热面之间存在相对固定的位置关系，可以设定热电偶与热面之间必然存在某种对应关系，以热电偶温度tr为自变量，以热面温度tc为因变量，以此建立一元线性回归模型：

tc＝a*tr+b

其中a为温度系数，b为温度偏移量。

代入从温度场提取的多组热电偶温度和热面温度，即可求得温度系数a和温度偏移量b的值。在另一实施例中，以铸铁冷却壁为例，进行回归分析，得到的热电偶温度与热面温度的关系为：

tc＝0.3521*tr+26.045

预设冷却设备工作状态对应的温度区间。

根据冷却设备的工作条件，结合所述冷却设备的材质，设置所述冷却设备热电偶的安全温度区间、待关注温度区间和警戒温度区间；设置所述冷却设备热面的安全温度区间、待关注温度区间和警戒温度区间。冷却设备工作条件包括冷却设备承受热负荷的能力、冷却设备的冷却能力等。在一实施例中，以铸铁冷却壁为例，热面温度区间设置：

设置热面安全温度区间上限低于400℃；

设置热面待关注温度区间为[400，711]℃；

设置热面警戒温度区间下限高于711℃；

热电偶温度区间设置：

设置热电偶安全温度区间上限低于167℃；

设置热电偶待关注温度区间为[167，275]℃；

设置热电偶警戒温度区间下限高于275℃。

在步骤S04中，获取热电偶的检测温度。

热电偶是一种直接测温元器件，通过两种不同的导体或半导体相互连接构成回路，受热时在连接处会形成热电动势，将热信号转换成电信号输出，经过二次仪表读取电信号转换为被测介质的温度。因此可以将热电偶与二次仪表连接，直接读取仪表上的热电偶的检测温度。

在步骤S05中，评估冷却设备工作状态。在该步骤中，根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备的工作状态。

将热电偶的检测温度带入热电偶与热面的温度关系式中，计算得到热面的温度。根据热电偶的检测温度确定热电偶的检测温度所述的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态。如果热电偶的检测温度处于热电偶警戒温度区间，可以通过声光报警器或其他警示模块通知工作人员进行应急处理。如果热电偶的检测温度处于热电偶关注温度区间时，可以提醒工作人员时刻关注冷却设备运行情况，保障设备正常运行。在热电偶的检测温度处于热电偶关注温度区间时，根据所述冷却设备热面温度判断所述热面温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态。如果热面温度处于警戒温度区间则启动报警，通知工作人员及时处理；热面温度处于热面关注温度区间时，提醒工作人员关注冷却设备运行情况；热面温度处于热面安全温度区间时，可以通过显示装置显示安全信号。

但热电偶的检测温度处于热电偶安全温度区间时，根据所述冷却设备热面温度判断所述热面温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态；如果热面温度处于热面关注温度区间，则提醒工作人员关注冷却设备运行情况；如果热面温度处于热面安全温度区间，则显示安全信号。

针对对以上计算和比较数据进行记录，便于后续问题排查。

根据本发明的实施例，还提供了一种计算机存储介质，存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序执行时可以实现前述的定向声音虚拟低频增强方法。计算机存储介质可以包括计算机存储的任何可用介质或者包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质包括磁性介质(如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(如：DVD)、半导体介质(如：固态硬盘)等。

请参阅图3，本实施例提供一种冷却设备工作状态评估系统，用于执行前述方法实施例中所述的冷却设备工作状态评估方法。由于装饰实施例的技术原理与前述方法实施例的技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。

在一实施例中，冷却设备工作状态评估系统包括模型创建模块10、温度场计算模块11、温度关系获取模块12、和工作状态评估模块13；模型创建模块10用于执行前述方法实施例介绍的步骤S01，温度场计算模块11用于执行前述方法实施例介绍的步骤S02，温度关系获取模块12用于执行前述方法实施例中的步骤S03，工作状态评估模块13用于执行前述方法实施例中的步骤S04和S05。

在一实施例中，冷却设备工作状态评估方法还包括显示模块和预警模块，显示模块，用于实时显示冷却热备的工作状态以及工作过程的温度曲线。预警模块，用于实时提醒操作人员冷却设备所处的工作状态；显示模块可以包括液晶显示器。预警模块可以包括红绿指示灯、声光报警器、远程通讯器中的一种或多种。以红绿指示灯为例，绿灯亮时，表示检测的温度处于安全温度区间，设备安全稳定；当红灯亮时，表示检测温度处于待关注温度或警戒温度区间，提醒操作人员，关注冷却设备工作状态，及时采取应对措施。

请参阅图4，本实施例提供一种设备，设备可以是台式机、便携式电脑等，具体地，设备至少包括处理器20，显示器21和存储器22，根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备的工作状态其中，存储器22用于存储计算机程序；显示器21用于实时显示冷却热备的工作状态以及工作过程的温度曲线；

处理器20用于执行前述方法实施例中的全部或部分步骤，并将处理结果发送给所述显示器21。处理器20可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

综上所述，本发明一种冷却设备工作状态评估方法、系统、介质和设备，通过数据建立模型进行模拟计算，得到温度关系，可以有效验证各种工作条件下冷却设备的运行状态，有利于得到更为全面的数据以及客观的温度关系；通过模型回归分析得到实际设备的温度关系，可以克服实际热电偶测温时热电偶与热面温度差导致的检测误差的问题；根据热电偶温度和热面温度评估冷却设备工作状态，可及时反馈及修复问题，提高冷却设备的使用寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种冷却设备工作状态评估方法，其特征在于，包括：

建立冷却设备模型；

根据冷却设备工作条件，对所述冷却设备模型加载多个层级的热负荷，计算所述冷却设备模型的温度场，至少包括：获取冷却设备的工作条件；根据所述工作条件，预设多个层级的热负荷；计算每个层级热负荷条件下所述冷却设备内部温度分布；统计所述多个层级热负荷条件下所述冷却设备热电偶处温度和冷却设备热面温度；

根据所述温度场进行回归分析得到所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系；

获取所述冷却设备热电偶的检测温度；

根据所述冷却设备的工作条件和所述冷却设备的材质，设置所述冷却设备热面的安全温度区间、待关注温度区间和警戒温度区间；

根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备的工作状态至少包括：根据所述冷却设备热电偶的检测温度，计算所述冷却设备热面温度；根据所述冷却设备热电偶的检测温度确定热电偶的检测温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态；根据所述冷却设备热面温度判断所述热面温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态。

2.根据权利要求1所述的冷却设备工作状态评估方法，其特征在于，所述建立冷却设备模型至少包括：

根据冷却设备设计图纸以及热电偶位置建立有限元集合；

根据所述有限元的位置关系计算冷却设备模型。

3.根据权利要求1所述的冷却设备工作状态评估方法，其特征在于，所述根据所述温度场进行回归分析得到所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系至少包括：

根据所述温度场和所述冷却设备模型的热电偶位置，确定冷却设备模型的热电偶的温度；

根据所述温度场和所述冷却设备模型的热面位置，确定所述冷却设备模型的热面温度；

计算所述冷却设备模型的热电偶温度和所述冷却设备模型的热面温度之间的关系；

并对所述冷却设备模型的热电偶温度和所述冷却设备模型的热面温度之间的关系进行回归分析，得到模型温度关系。

4.根据权利要求1所述的冷却设备工作状态评估方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系，分别计算所述冷却设备热面的安全温度区间、待关注温度区间和警戒温度区间对应的热电偶处的温度区间。

5.一种冷却设备工作状态评估系统，其特征在于，包括：

模型创建模块，用于建立冷却设备模型；

温度场计算模块，用于根据冷却设备工作条件，对所述冷却设备模型加载多个层级的热负荷，计算所述冷却设备模型的温度场，至少包括：获取冷却设备的工作条件；根据所述工作条件，预设多个层级的热负荷；计算每个层级热负荷条件下所述冷却设备内部温度分布；统计所述多个层级热负荷条件下所述冷却设备热电偶处温度和冷却设备热面温度；

温度关系获取模块；用于根据所述温度场进行回归分析得到所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系；

工作状态评估模块，用于获取所述冷却设备热电偶的检测温度，根据所述冷却设备的工作条件和所述冷却设备的材质，设置所述冷却设备热面的安全温度区间、待关注温度区间和警戒温度区间；并根据所述冷却设备热电偶的检测温度以及所述冷却设备热电偶处温度与所述冷却设备热面温度的关系评估所述冷却设备的工作状态至少包括：根据所述冷却设备热电偶的检测温度，计算所述冷却设备热面温度；根据所述冷却设备热电偶的检测温度确定热电偶的检测温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态；根据所述冷却设备热面温度判断所述热面温度所处的温度区间，确定所述冷却设备的工作状态。

6.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现权利要求1至4任一所述的方法。

7.一种设备，其特征在于，包括：处理器，显示器和存储器；其中，

所述存储器用于存储计算机程序；

所述显示器用于实时显示冷却热备的工作状态以及工作过程的温度曲线；

所述处理器用于加载并执行所述计算机程序，使得所述设备执行权利要求1至4中任一所述的方法，并将处理结果发送给所述显示器。

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