CN117348452A - 一种石油炼制空冷器节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空冷器领域，用于解决空冷器无法充分地利用空气的自然流动，从而导致空冷器能耗过高的问题，具体为一种石油炼制空冷器节能控制系统，包括对环境进行分析，对空冷器进行智能送风控制以及对空冷器冷却效果进行监测的单元；本发明中，通过对环境风速进行矢量分析，获取到环境风速能够作用于散热翅片的风道中的实际气流，根据公式分析对自然散热效果进行预估，判断自然流动是否能够满足空冷器的冷却需求，从而决定是否启动风机进行送风，达到节能的效果，通过对空冷器的预计换热效果和实际换热效果进行计算，确定空冷器换热效果是否处在正常区间，避免内部结垢或翅片堵塞影响空冷器换热效率，导致能耗升高。

Description

一种石油炼制空冷器节能控制系统

技术领域

本发明涉及空冷器领域，具体为一种石油炼制空冷器节能控制系统。

背景技术

空气冷却器的简称，是石油化工和油气加工生产中作为冷凝和冷却应用最多的一种换热设备。空冷器一般是由管束、管箱、风机、百叶窗和构架等主要部分组成，空气冷却器是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备，空冷器的冷却方式分为自动冷却和送风冷却两种，自动冷却依靠自然空气的流动进行冷却，送风冷却为通过风机加速翅片上的空气进行流动，提高冷却效果；

目前，现有技术中的空冷器仍存在不足之处，大多数空冷器在使用时都是通过人为设定空冷器运行模式，因此风机的长时间运行会产生较大的噪音同时能耗浪费情况严重，无法充分利用空气的自然流动满足空冷器运行需求，因此，需要一种空冷器的控制系统，实现根据自然环境智能调节风机运行的目的；

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明中，通过对环境风速进行矢量分析，获取到环境风速能够作用于散热翅片的风道中的实际气流，并通过实际气流进行换热公式分析，根据换热公式分析对自然散热效果进行预估，判断自然流动是否能够满足空冷器的冷却需求，从而决定是否启动风机进行送风，使得空冷器在满足冷却需求的同时降低送风设备的能耗，达到节能的效果，通过对空冷器的预计换热效果和实际换热效果进行计算，确定空冷器换热效果是否处在正常区间，避免内部结垢或翅片堵塞影响空冷器换热效率，导致能耗升高，解决空冷器无法充分地利用空气的自然流动，从而导致空冷器能耗过高的问题，而提出一种石油炼制空冷器节能控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种石油炼制空冷器节能控制系统，包括冷却环境采集单元、动力节能控制单元、冷却效率监测单元、空冷器中心控制单元和冷却动态反馈单元，所述冷却环境采集单元能够获取到空冷器冷却环境，并生成空冷器冷却环境信息发送至空冷器中心控制单元；

所述空冷器中心控制单元获取到空冷器冷却环境信息后，根据空冷器冷却环境信息生成空冷器冷却效率，并生成空冷器控制信号，并将空冷器控制信号同时发送至动力节能控制单元和冷却动态反馈单元；

所述冷却效率监测单元能够获取到空冷器冷却效率，并根据空冷器冷却效率进行分析，生成空冷器冷却效率监测结果，并将空冷器冷却监测结果发送至空冷器中心控制单元；

所述冷却动态反馈单元获取到空冷器控制信号后，对动力节能控制单元所执行的空冷器控制信号进行监控，并根据监控结果生成控制改变信号，将控制改变信号发送至动力节能控制单元；

所述动力节能控制单元获取到空冷器控制信号后，能够对空冷器控制信号进行执行，在获取到控制改变信号后，能够根据控制改变信号对空冷器他控制信号进行变更执行。

作为本发明的一种优选实施方式，所述冷却环境采集单元获取到的空冷器冷却环境包括环境风速、空冷器内容物温度和环境温度，所述冷却环境采集单元将环境风速的气流方向与翅片缝隙的夹角记录为a，将环境风速记录为F，将环境温度记录为T，将空冷器内容物温度记录为t，所述冷却环境采集单元通过公式获取到空冷器冷却环境信息L，，其中m、q、k为预设的权重系数，且q＞k。

作为本发明的一种优选实施方式，所述空冷器中心控制单元获取到空冷器环境信息L后，将空冷器环境信息L与预设的换热环境信息L0进行对比，空冷器环境信息L大于等于预设的换热环境信息L0，则生成自动散热信号，若空冷器环境信息L小于预设的换热环境信息L0，则生成主动换热信号；

所述空冷器中心控制单元生成主动换热信号后，根据公式分析获取到换热风速f，，所述空冷器中心控制单元将主动换热信号和换热风速f作为空冷器控制信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述冷却动态反馈单元获取到空冷器控制信号后，对空冷器出口处的内容物温度进行检测，若空冷器出口处的内容物温度小于预设的出口温度范围中的最小值，则生成主动换热过量信号，若空冷器出口处的内容物温度大于预设的出口温度范围中的最大值，则生成主动换热不足信号，并将主动换热过量信号或主动换热不足信号作为控制改变信号同时发送至动力节能控制单元和空冷器中心控制单元，所述空冷器中心控制单元在收到主动换热过量信号或主动换热不足信号后，重新进行主动换热信号和换热风速f的计算生成，并再次发送至动力节能控制单元和冷却动态反馈单元。

作为本发明的一种优选实施方式，所述动力节能控制单元收到主动换热过量信号后，对主动换热信号进行停止执行，并获取到新的主动换热信号和换热风速f进行执行；

所述动力节能控制单元收到主动换热不足信号后，对主动换热信号进行继续执行，并获取到新的主动换热信号和换热风速f进行变更执行。

作为本发明的一种优选实施方式，所述冷却效率监测单元通过风速传感器获取到经过空冷器翅片之间的风速，并获取到经过翅片的空气温度，通过空冷器翅片之间的风速、空气温度和空冷器换热面积以及空冷器导热系数计算获得预计的空冷器换热效果，所述冷却效率监测单元通过空冷器入口原料温度和出口原料温度，通过模型计算获得空冷器实际换热效果，并将空冷器实际换热效果和空冷器预计换热效果进行对比，若空冷器实际换热效果与空冷器预计换热效果的差值超过了设定范围，则生成空冷器异常信号，若空冷器实际换热效果与空冷器预计换热效果的差值在设定范围内，则生成空冷器正常信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述冷却效率监测单元生成空冷器异常信号后，将空冷器异常信号发送至空冷器中心控制单元，所述空冷器中心控制单元获取到空冷器异常信号后，在计算主动换热信号时，对空冷器冷却环境信息L计算控制中的m替换为m1，其中m大于m1。

作为本发明的一种优选实施方式，所述冷却效率监测单元在计算预计的空冷器换热效果时，根据空冷器翅片之间的风速以及空冷器翅片自身通道容量计算获得经过空冷器翅片的流量，根据空冷器翅片之间的风速和空冷器翅片的通道长度，计算空气经过空冷器翅片所需要的时间，记录为换热时间，根据空冷器翅片外的空气温度和空冷器内的原料温度计算传热温度差，所述冷却效率监测单元根据换热时间、流量、传热温度差、材料导热效率和换热表面积计算预计的空冷器换热效果；

所述冷却效率监测单元在计算空冷器实际换热效果时，通过将空冷器入口处原料温度和出口处原料温度计算原料经过空冷器时的温降，通过温降计算实际的空冷器换热效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，在空冷器运行时对环境信息进行采集，对环境信息进行判断，确定自然流动是否能够满足空冷器的冷却需求，若能够满足空冷器的冷却需求则不启动风机，若无法满足空冷器的冷却需求则启动风机，从而使得空冷器在满足冷却需求的同时降低送风设备的能耗，达到节能的效果。

本发明中，在对环境进行分析时，通过对环境风速进行矢量分析，获取到环境风速能够作用于散热翅片的风道中的实际气流，并通过实际气流进行换热公式分析，根据换热公式分析对自然散热效果进行预估。

本发明中，通过对空冷器的预计换热效果和实际换热效果进行计算，通过实际换热效果和预计换热效果之间的差值分析出空冷器换热效果是否处在正常区间，若空冷器换热效果的差值偏离了正常区间，则生成提醒信号提醒管理人员对空冷器的外观或内部结垢进行检查，避免内部结垢影响空冷器换热效率，导致能耗升高。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1所示，一种石油炼制空冷器节能控制系统，包括冷却环境采集单元、动力节能控制单元、冷却效率监测单元、空冷器中心控制单元和冷却动态反馈单元，冷却环境采集单元能够获取到空冷器冷却环境，空冷器冷却环境包括环境风速、空冷器内容物温度和环境温度，冷却环境采集单元将环境风速的气流方向与翅片缝隙的夹角记录为a，将环境风速记录为F，将环境温度记录为T，将空冷器内容物温度记录为t，冷却环境采集单元通过公式获取到空冷器冷却环境信息L，，其中m、q、k为预设的权重系数，且q＞k，并将空冷器冷却环境信息发送至空冷器中心控制单元；

空冷器中心控制单元获取到空冷器冷却环境信息L后，将空冷器环境信息L与预设的换热环境信息L0进行对比，空冷器环境信息L大于等于预设的换热环境信息L0，表明自然环境下的风速能够满足空冷器的散热需求，则生成自动散热信号，若空冷器环境信息L小于预设的换热环境信息L0，表面自然环境下的风速无法满足空冷器的换热需求，则生成主动换热信号；

空冷器中心控制单元生成主动换热信号后，根据公式分析获取到换热风速f，，空冷器中心控制单元将主动换热信号和换热风速f作为空冷器控制信号，并生成空冷器控制信号，并将空冷器控制信号同时发送至动力节能控制单元和冷却动态反馈单元；

冷却动态反馈单元获取到空冷器控制信号后，对动力节能控制单元所执行的空冷器控制信号进行监控，并根据监控结果生成控制改变信号，将控制改变信号发送至动力节能控制单元，冷却动态反馈单元获取到空冷器控制信号后，对空冷器出口处的内容物温度进行检测，若空冷器出口处的内容物温度小于预设的出口温度范围中的最小值，则生成主动换热过量信号，若空冷器出口处的内容物温度大于预设的出口温度范围中的最大值，则生成主动换热不足信号，并将主动换热过量信号或主动换热不足信号作为控制改变信号同时发送至动力节能控制单元和空冷器中心控制单元，空冷器中心控制单元在收到主动换热过量信号或主动换热不足信号后，重新进行主动换热信号和换热风速f的计算生成，并再次发送至动力节能控制单元和冷却动态反馈单元；

动力节能控制单元获取到空冷器控制信号后，能够对空冷器控制信号进行执行，在获取到控制改变信号后，能够根据控制改变信号对空冷器他控制信号进行变更执行，动力节能控制单元收到主动换热过量信号后，对主动换热信号进行停止执行，并获取到新的主动换热信号和换热风速f进行执行；

动力节能控制单元收到主动换热不足信号后，对主动换热信号进行继续执行，并获取到新的主动换热信号和换热风速f进行变更执行，从而通过动力节能控制单元改变风机的风速，使得风机的风速能够满足冷却的需要，同时避免风机运行功率过大。

实施例二

请参阅图1所示，并根据空冷器冷却效率进行分析，生成空冷器冷却效率监测结果，并将空冷器冷却监测结果发送至空冷器中心控制单元；

冷却效率监测单元获取到预计的空冷器换热效果的方法为：冷却效率监测单元通过风速传感器获取到经过空冷器翅片之间的风速，并获取到经过翅片的空气温度，通过空冷器翅片之间的风速、空气温度和空冷器换热面积以及空冷器导热系数计算获得预计的空冷器换热效果，具体为根据空冷器翅片之间的风速以及空冷器翅片自身通道容量计算获得经过空冷器翅片中的流量，根据空冷器翅片之间的风速和空冷器翅片的通道长度，计算空气经过空冷器翅片所需要的时间，记录为换热时间，根据空冷器翅片外的空气温度和空冷器内的原料温度计算传热温度差，冷却效率监测单元将换热时间、流量、传热温度差、材料导热效率和换热表面积发送至云端，通过云端模型进行云计算获取到预计的空冷器换热效果，

冷却效率监测单元获取到实际的空冷器换热效果的方法为：冷却效率监测单元通过空冷器入口原料温度和出口原料温度，通过将空冷器入口处原料温度和出口处原料温度计算原料经过空冷器时的温降，通过温降计算实际的空冷器换热效果，通过换热公式“换热效率=(换热量/换热时间)/(流量×温度差)”计算获得空冷器实际换热效果，其中换热量为温降乘以原料的比热容，换热时间、流量和温度差与计算预计空冷器换热效果时采用相同数值，将空冷器实际换热效果和空冷器预计换热效果进行对比，若空冷器实际换热效果与空冷器预计换热效果的差值超过了设定范围，表明空冷器的实际换热效果达不到预计标准，则说明空冷器的热传导效率变低，可能是空冷器出现翅片堵塞或空冷器内部存在结垢，导致空冷器厚度增加，降低了空冷器的热传导效率，则生成空冷器异常信号，若空冷器实际换热效果与空冷器预计换热效果的差值在设定范围内，表明空冷器的热传效率处于正常状态，则生成空冷器正常信号；

冷却效率监测单元生成空冷器异常信号后，将空冷器异常信号发送至空冷器中心控制单元，空冷器中心控制单元获取到空冷器异常信号后，在计算主动换热信号时，对空冷器冷却环境信息L计算控制中的m替换为m1，其中m大于m1，从而减小权重系数，使得空冷器冷却环境信息L缩小，即需要更大的风速F或更小的环境温度T才能使得空冷器冷却环境信息满足自然散热的需要，用于补足空冷器热传导效率的不足，同时生成维护提醒，以提醒管理人员对空冷器进行查看，管理人员对空冷器进行维护后，手动对空冷器异常信号进行消除。

本发明中，通过对环境风速进行矢量分析，获取到环境风速能够作用于散热翅片的风道中的实际气流，并通过实际气流进行换热公式分析，根据换热公式分析对自然散热效果进行预估，判断自然流动是否能够满足空冷器的冷却需求，从而决定是否启动风机进行送风，使得空冷器在满足冷却需求的同时降低送风设备的能耗，达到节能的效果，通过对空冷器的预计换热效果和实际换热效果进行计算，通过实际换热效果和预计换热效果之间的差值分析出空冷器换热效果是否处在正常区间，若空冷器换热效果的差值偏离了正常区间，则生成提醒信号提醒管理人员对空冷器的外观或内部结垢进行检查，避免内部结垢影响空冷器换热效率，导致能耗升高。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，包括冷却环境采集单元、动力节能控制单元、冷却效率监测单元、空冷器中心控制单元和冷却动态反馈单元，所述冷却环境采集单元能够获取到空冷器冷却环境，并生成空冷器冷却环境信息发送至空冷器中心控制单元；

所述空冷器中心控制单元获取到空冷器冷却环境信息后，根据空冷器冷却环境信息生成空冷器冷却效率，并生成空冷器控制信号，并将空冷器控制信号同时发送至动力节能控制单元和冷却动态反馈单元；

所述冷却效率监测单元能够获取到空冷器冷却效率，并根据空冷器冷却效率进行分析，生成空冷器冷却效率监测结果，并将空冷器冷却监测结果发送至空冷器中心控制单元；

所述冷却动态反馈单元获取到空冷器控制信号后，对动力节能控制单元所执行的空冷器控制信号进行监控，并根据监控结果生成控制改变信号，将控制改变信号发送至动力节能控制单元；

所述动力节能控制单元获取到空冷器控制信号后，能够对空冷器控制信号进行执行，在获取到控制改变信号后，能够根据控制改变信号对空冷器他控制信号进行变更执行。

2.根据权利要求1所述的一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，所述冷却环境采集单元获取到的空冷器冷却环境包括环境风速、空冷器内容物温度和环境温度，所述冷却环境采集单元将环境风速的气流方向与翅片缝隙的夹角记录为a，将环境风速记录为F，将环境温度记录为T，将空冷器内容物温度记录为t，所述冷却环境采集单元通过公式获取到空冷器冷却环境信息L，，其中m、q、k为预设的权重系数，且q＞k。

3.根据权利要求1所述的一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，所述空冷器中心控制单元获取到空冷器环境信息L后，将空冷器环境信息L与预设的换热环境信息L0进行对比，空冷器环境信息L大于等于预设的换热环境信息L0，则生成自动散热信号，若空冷器环境信息L小于预设的换热环境信息L0，则生成主动换热信号；

所述空冷器中心控制单元生成主动换热信号后，根据公式分析获取到换热风速f，，所述空冷器中心控制单元将主动换热信号和换热风速f作为空冷器控制信号。

4.根据权利要求1所述的一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，所述冷却动态反馈单元获取到空冷器控制信号后，对空冷器出口处的内容物温度进行检测，若空冷器出口处的内容物温度小于预设的出口温度范围中的最小值，则生成主动换热过量信号，若空冷器出口处的内容物温度大于预设的出口温度范围中的最大值，则生成主动换热不足信号，并将主动换热过量信号或主动换热不足信号作为控制改变信号同时发送至动力节能控制单元和空冷器中心控制单元，所述空冷器中心控制单元在收到主动换热过量信号或主动换热不足信号后，重新进行主动换热信号和换热风速f的计算生成，并再次发送至动力节能控制单元和冷却动态反馈单元。

5.根据权利要求4所述的一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，所述动力节能控制单元收到主动换热过量信号后，对主动换热信号进行停止执行，并获取到新的主动换热信号和换热风速f进行执行；

所述动力节能控制单元收到主动换热不足信号后，对主动换热信号进行继续执行，并获取到新的主动换热信号和换热风速f进行变更执行。

6.根据权利要求1所述的一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，所述冷却效率监测单元通过风速传感器获取到经过空冷器翅片之间的风速，并获取到经过翅片的空气温度，通过空冷器翅片之间的风速、空气温度和空冷器换热面积以及空冷器导热系数计算获得预计的空冷器换热效果，所述冷却效率监测单元通过空冷器入口原料温度和出口原料温度，通过模型计算获得空冷器实际换热效果，并将空冷器实际换热效果和空冷器预计换热效果进行对比，若空冷器实际换热效果与空冷器预计换热效果的差值超过了设定范围，则生成空冷器异常信号，若空冷器实际换热效果与空冷器预计换热效果的差值在设定范围内，则生成空冷器正常信号。

7.根据权利要求1所述的一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，所述冷却效率监测单元生成空冷器异常信号后，将空冷器异常信号发送至空冷器中心控制单元，所述空冷器中心控制单元获取到空冷器异常信号后，在计算主动换热信号时，对空冷器冷却环境信息L计算控制中的m替换为m1，其中m大于m1。

8.根据权利要求6所述的一种石油炼制空冷器节能控制系统，其特征在于，所述冷却效率监测单元在计算预计的空冷器换热效果时，根据空冷器翅片之间的风速以及空冷器翅片自身通道容量计算获得经过空冷器翅片中的流量，根据空冷器翅片之间的风速和空冷器翅片的通道长度，计算空气经过空冷器翅片所需要的时间，记录为换热时间，根据空冷器翅片外的空气温度和空冷器内的原料温度计算传热温度差，所述冷却效率监测单元根据换热时间、流量、传热温度差、材料导热效率和换热表面积计算预计的空冷器换热效果；

所述冷却效率监测单元在计算空冷器实际换热效果时，通过将空冷器入口处原料温度和出口处原料温度计算原料经过空冷器时的温降，通过温降计算实际的空冷器换热效果。