【摘要】：換熱器是大型石化企業(yè)的一種典型化工設(shè)備,其典型故障是管道結(jié)垢、堵塞,嚴重時會引起泄漏,這些故障會影響換熱器的換熱效果,嚴重時甚至影響整套化工裝置的安全運行。因此,研究換熱器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。傳統(tǒng)的化工設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),一般采用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),因其布線困難、施工難度大等原因,對投產(chǎn)后的化工設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測是個難題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有安裝部署靈活,可擴展性和魯棒性強等優(yōu)點,使其可以解決有線監(jiān)測系統(tǒng)的布線難題。迄今國內(nèi)外針對換熱器流體誘導(dǎo)振動原理和減振設(shè)計等方面研究較多,針對換熱器故障監(jiān)測的系統(tǒng)比較少,利用振動判斷循環(huán)水換熱器故障狀態(tài)的研究則更少。本文以基于無線振動傳感器的循環(huán)水換熱器故障故障診斷為選題,主要研究內(nèi)容有:(1)基于流固耦合的換熱器堵塞故障模型研究采用有限元法建立輸流直管不同結(jié)垢程度的故障模型,探討結(jié)垢故障狀態(tài)下輸流直管的振動屬性,研究流體流速和結(jié)垢程度對輸流直管振動的影響程度。通過輸流直管振動實驗,驗證該模型的可行性。通過建立流固耦合的換熱器堵塞故障模型,研究不同堵塞管數(shù)、不同入口流速下?lián)Q熱器故障模型的振動屬性,探討流速和堵塞管數(shù)對換熱器振動信號的影響。(2)基于振動信號的循環(huán)水換熱器故障診斷方法研究通過分析換熱器不同狀態(tài)的振動信號,結(jié)合入口流速和離心泵轉(zhuǎn)速等參數(shù),提出一種基于換熱器入口流速的振動信號時頻域故障特征提取法,建立換熱器時頻故障特征數(shù)據(jù)庫和基于整流平均值的支持向量機分類器(MAV-SVM)。研究換熱器振動信號的五個經(jīng)典無量綱參數(shù),建立基于無量綱參數(shù)特征提取的支持向量機分類器(DPD-SVM),進一步構(gòu)建基于整流平均值的六維DPD-SVM。通過研究SVM參數(shù)優(yōu)化技術(shù),提高DPD-SVM分類器在換熱器故障診斷中的識別準確率。(3)換熱器堵塞故障實驗床及現(xiàn)場實驗研究通過人工填充堵塞物的方法,建立不同堵塞管數(shù)的換熱器實驗?zāi)Ｐ?分析換熱器各種堵塞故障狀態(tài)下的振動信號,驗證時頻域故障特征提取法、MAV-SVM和DPD-SVM分類器的可行性。通過對石化生產(chǎn)現(xiàn)場不同狀態(tài)三臺換熱器的振動信號采樣和分析,研究生產(chǎn)現(xiàn)場換熱器振動信號獲取的可行性和現(xiàn)場環(huán)境噪聲對數(shù)據(jù)采集的影響程度,并驗證DPD-SVM方法對不同狀態(tài)振動信號的可分性。(4)基于振動信號的換熱器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究運用LabVIEW和Matlab混合編程技術(shù),開發(fā)基于有線振動傳感器和無線振動傳感器的換熱器信號分析系統(tǒng),實現(xiàn)對振動信號的時域、頻域參數(shù)和無量綱參數(shù)的分析。結(jié)合換熱器典型故障的故障特征數(shù)據(jù)庫和DPD-SVM分類器,開發(fā)基于實驗室換熱器模型的實時監(jiān)控、故障診斷和報警系統(tǒng)。
[Abstract]:Heat exchanger is a kind of typical chemical equipment in large petrochemical enterprise. Its typical fault is pipe scaling, blockage and leakage when serious, which will affect the heat transfer effect of heat exchanger. It even affects the safe operation of the whole chemical plant when it is serious. Therefore, it is necessary to study the condition monitoring system of heat exchanger. The traditional state monitoring system of chemical equipment generally uses wired network to transmit data. Because of the difficulty of wiring and construction, it is a difficult problem to monitor the state of chemical equipment after putting into production. Wireless sensor network (WSN) has the advantages of flexible installation, scalability and robustness, which makes it possible to solve the wiring problem of wired monitoring system. Up to now, there are many researches on fluid induced vibration principle and vibration absorption design of heat exchangers at home and abroad, less on fault monitoring systems for heat exchangers, and even less on judging fault state of circulating water heat exchangers by vibration. In this paper, the fault diagnosis of circulating water heat exchanger based on wireless vibration sensor is selected. The main research contents are as follows: (1) based on the fluid-solid coupling model of heat exchanger clogging fault, the finite element method is used to establish the fault model of different scaling degree of the straight pipe, and the vibration properties of the straight pipe under the condition of scaling fault are discussed. The influence of flow velocity and scaling degree on the vibration of straight pipe was studied. The feasibility of the model is verified by the vibration experiment of straight pipe. The vibration properties of heat exchanger fault model with different number of blocked tubes and different inlet velocities are studied by establishing a fluid-solid coupling model of heat exchanger clogging fault. The effect of flow rate and the number of blocked tubes on the vibration signal of heat exchanger is discussed. (2) the fault diagnosis method of circulating water heat exchanger based on vibration signal is studied by analyzing the vibration signal of heat exchanger in different states, combining the parameters of inlet velocity and centrifugal pump speed, etc. A time-frequency fault feature extraction method for vibration signals based on inlet velocity of heat exchanger is proposed. The database of time-frequency fault features of heat exchangers and the support vector machine classifier (MAV-SVM) based on rectifier average are established. Five classical dimensionless parameters of vibration signal of heat exchanger are studied. Support vector machine classifier (DPD-SVM) based on feature extraction of dimensionless parameters is established, and a six-dimensional DPD-SVM. based on average rectifier is further constructed. In order to improve the accuracy of DPD-SVM classifier in heat exchanger fault diagnosis, the SVM parameter optimization technology is studied. (3) the method of manually filling the plug in heat exchanger clogging test bed and field experiment is studied. The experimental model of heat exchanger with different number of blocked tubes is established, and the vibration signals of heat exchanger under various clogging fault conditions are analyzed, and the feasibility of time-frequency domain fault feature extraction method, MAV-SVM and DPD-SVM classifier is verified. By sampling and analyzing the vibration signals of three heat exchangers in different states of petrochemical production field, the feasibility of obtaining vibration signals of heat exchangers in production site and the influence of environmental noise on data acquisition are studied. The separability of the DPD-SVM method for vibration signals in different states is verified. (4) the state monitoring system of heat exchangers based on vibration signals is studied using LabVIEW and Matlab mixed programming technology. The signal analysis system of heat exchanger based on wireline vibration sensor and wireless vibration sensor is developed to realize the analysis of vibration signal in time domain frequency domain and dimensionless parameter. A real-time monitoring fault diagnosis and alarm system based on laboratory heat exchanger model is developed based on the fault characteristic database of heat exchanger and DPD-SVM classifier.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.5

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉月芹;淺談?chuàng)Q熱器的分類和特點[J];化工設(shè)計通訊;2003年03期

2 馬萬順;換熱器管束使用中存在問題的探討[J];石油化工設(shè)備技術(shù);2004年04期

3 李虹戈;劉傳廣;;內(nèi)展翅片換熱器[J];油氣田地面工程;2006年11期

4 楊鋒平;趙新偉;羅金恒;張廣利;苗健;王珂;;換熱器管束完整性評價技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J];壓力容器;2012年03期

5 束潤濤;三種特殊抗腐蝕材料換熱器簡介[J];煉油設(shè)計;1997年06期

6 丁平安,常六喜;常頂換熱器管束損壞原因分析及對策[J];石油化工腐蝕與防護;2000年01期

7 丁網(wǎng)英,肖佐華;煉油廠換熱器故障淺析[J];石油化工腐蝕與防護;2001年03期

8 王世明,劉元,張錳;常頂換熱器損壞成因分析及應(yīng)對措施[J];內(nèi)蒙古石油化工;2002年02期

9 王觀東;換熱器的快速修復(fù)[J];石油化工設(shè)備;2004年06期

10 賴永星,劉敏珊,董其伍;靜止外部流體對換熱器管束動特性的影響分析[J];壓力容器;2004年12期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張輝君;呂勝杰;;換熱器管束翻新再造[A];全國第四屆換熱器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

2 施哲雄;薛利杰;王祖悅;;換熱器的風(fēng)險檢測技術(shù)研究[A];壓力容器先進技術(shù)——第七屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

3 周華盛;王亞;呂青燦;;U型換熱器管束通用試壓工裝的研制[A];第十五次全國焊接學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

4 林洪亞;;換熱器管束失效分析與防范[A];第三屆全國化學(xué)工程與生物化工年會論文摘要集（下）[C];2006年

5 金廣敏;楊貴冬;;外購換熱器制造檢驗中的幾個問題[A];第八屆全國設(shè)備與維修工程學(xué)術(shù)會議、第十三屆全國設(shè)備監(jiān)測與診斷學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

6 趙敏;康強利;崔軻龍;孔朝輝;徐奕;;蒸餾裝置常頂換熱器失效分析[A];石油和化工設(shè)備管道防腐技術(shù)與對策專題研討會文集[C];2010年

7 張宇;劉常鵬;張勁松;付國利;;煤氣換熱器損壞原因分析及解決方案[A];2010全國能源與熱工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

8 陳孫藝;;銅材換熱器管束的制造技術(shù)[A];中國機械工程學(xué)會壓力容器制造委員會2011年年會暨技術(shù)交流會論文集[C];2011年

9 王正方;;灰色決策在常減壓塔頂換熱器改造中的應(yīng)用[A];全國第四屆換熱器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

10 任紅亮;吳力俊;;換熱器管束的防腐蝕[A];全國第四屆換熱器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 黃劍鋒;基于振動信號SVM的管殼式換熱器堵塞故障診斷方法研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 李靜;新型異徑布管夾持結(jié)構(gòu)換熱器的研究與開發(fā)[D];鄭州大學(xué);2006年

3 焦鳳;換熱器復(fù)雜流道中的強化傳熱研究[D];華南理工大學(xué);2013年

4 王英雙;縱流管殼式換熱器流動與傳熱性能的理論與實驗研究[D];華中科技大學(xué);2011年

5 劉天豐;非對稱管殼式換熱器結(jié)構(gòu)分析及改進中的問題研究[D];浙江大學(xué);2005年

6 孫愛芳;導(dǎo)熱復(fù)合材料緊湊型板殼式換熱器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];鄭州大學(xué);2007年

7 馬永其;換熱器固定管板有限元應(yīng)力分析的進一步研究[D];北京化工大學(xué);2000年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 任峰志;沖壓發(fā)動機中燃料/空氣換熱器設(shè)計方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 王蕊;基于熱流固耦合的換熱器管束數(shù)值模擬分析[D];大連理工大學(xué);2015年

3 高克;套筒石灰窯換熱器管束堵塞后快速檢修技術(shù)研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

4 徐澤輝;大型羥胺反應(yīng)冷卻器關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計研究[D];華東理工大學(xué);2016年

5 陳磊磊;多晶硅生產(chǎn)中典型換熱器防腐技術(shù)研究[D];青海大學(xué);2016年

6 于洋;自支撐型高效扭曲管換熱器傳熱與流動阻力性能研究及應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2011年

7 陳占秀;縱流式換熱器流動與傳熱特性的研究[D];天津大學(xué);2004年

8 滕海洋;換熱器管束失效分析方法與應(yīng)用研究[D];東北石油大學(xué);2012年

9 吳玲;112E/G換熱器應(yīng)力分析與強度評價[D];大慶石油學(xué)院;2008年

10 劉勝利;旋轉(zhuǎn)超聲檢測儀在管道與換熱器管束檢測中的應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2009年

，

本文編號：2272093