一種流程工業管網系統的監控系統和方法技術方案

本發明專利技術提供了一種流程工業管網系統的監控系統和方法，包括人機接口模塊、關系數據庫、實時數據庫、工況判斷模塊。能夠自動檢測管網系統的異常事件、工況狀態等工況運行信息，為監控人員提供現場參數監控、能源參數監控、管網運行狀態判斷等功能，可用于輔助管網系統的調度，為監控、調度人員實現運行和/或調度的及時性、經濟性和安全性提供技術保障。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及流程工業管網系統的監控系統和方法，特別涉及流程工業蒸汽系統的監控系統和方法。
技術介紹
流程工業中廣泛使用的各種能源介質，比如水、蒸汽、鋼鐵企業的煤氣、化工企業的瓦斯氣等，都通過管網進行傳輸，并且在管網上都會連接相應的設備，這些設備負責生產、消耗、轉化所傳輸的能源介質或對其進行其他各類處理操作。可以將能源介質的傳輸管網和管網上連接的各種設備稱為管網系統，如公用工程中的蒸汽系統等。管網系統的共同特點是管網比較復雜，設備類型和數量較多，現場生產參數多，人工直接監控的難度大。下面簡單介紹幾種典型的介質及其相應的管網和設備。 蒸汽是化工、冶金等流程工業重要的能源介質，蒸汽通過燃料(比如煤、天然氣、燃油等)燃燒放熱產生，蒸汽可作為換熱或工藝生產介質，也可以驅動發電機發電或驅動其他設備做功。下面以蒸汽系統為例介紹管網系統的復雜性。蒸汽系統是企業公用工程的一部分，它由蒸汽管網和蒸汽設備組成，為企業的生產提供各壓力等級的蒸汽，圖I給出了一個簡化的蒸汽系統的示意圖。根據蒸汽管網中蒸汽壓力和溫度可以把蒸汽管網分為不同的壓力等級，圖I中的蒸汽系統包含三級蒸汽管網高壓蒸汽管網(10.0MPa，530°C )、中壓蒸汽管網(3. 8MPa，400°C )和低壓蒸汽管網(O. 5MPa，190°C )。蒸汽設備包括通用蒸汽設備和產耗蒸汽工藝設備。產耗蒸汽工藝設備包括消耗蒸汽工藝設備(如圖I中工藝設備1、2和4)和副產蒸汽工藝設備(如圖I中工藝設備3和5)。蒸汽管網上的通用蒸汽設備包括鍋爐、透平、減溫減壓站、放空閥等。鍋爐為產汽設備，不同鍋爐的熱效率是不一樣的，同一臺鍋爐在不同負荷下熱效率也是不一樣的。圖I中給出了兩臺生產高壓蒸汽的鍋爐A鍋爐和B鍋爐。透平為耗汽做功設備，進入透平的蒸汽做功發電或驅動壓縮機等工藝設備。抽汽式透平中的部分蒸汽做功后從透平中間級抽出，并入低能級的蒸汽管網。透平的排汽類型分為兩種背壓式和凝汽式。背壓式透平排出的蒸汽并入低能級的蒸汽管網繼續使用；凝汽式透平也叫冷凝式透平，其排出的蒸汽冷凝后循環使用。對于抽凝式的發電透平，透平的總進汽量、抽汽量可根據需要進行調節，發電機的發電量也隨之變化。圖I中1#透平為二次抽汽冷凝式透平，驅動發電機發電，一次抽汽并入中壓蒸汽管網，二次抽汽并入低壓蒸汽管網，冷凝水進入冷凝水管道；2#透平為一次抽汽冷凝式透平，驅動發電機發電，一次抽汽并入中壓蒸汽管道；3#透平為凝汽式，驅動壓縮機做功；4#透平為一次抽汽冷凝式，驅動壓縮機做功，一次抽汽并入低壓蒸汽管網。減溫減壓站是蒸汽能級轉換設備，它安裝在不同能級管網之間，把高能級的蒸汽減溫減壓為低能級的蒸汽，圖I中的1#減溫減壓站的作用是把高壓蒸汽減溫減壓為中壓蒸汽;2#減溫減壓站的作用是把中壓蒸汽減溫減壓為低壓蒸汽。減溫減壓過程降低了蒸汽的做功能力，應盡量減少減溫減壓量以減少能源消耗。放空閥把管網中的蒸汽直接排放到大氣中，是蒸汽管網的壓力調節設備，圖I中的1#放空閥用來調節中壓蒸汽管網壓力，2#放空閥用來調節低壓蒸汽管網壓力，應盡量減少放空量以減少能源消耗。水也是流程行業常用的能源介質，根據水的用途可分為脫鹽水、冷凝水、消防水和生活水等幾種類型。其中脫鹽水是原水經過處理后用于生產蒸汽的，其管網上連接的設備包括加壓泵、鍋爐、透平凝汽器、除氧器、換熱器和水處理裝置等。加壓泵給管網中的脫鹽水加壓，使得脫鹽水能夠在管網中流動；鍋爐給脫鹽水加熱使其成為蒸汽；透平凝汽器使得透平排出的蒸汽冷凝為液體循環使用；除氧器通過給脫鹽水中通入蒸汽降低脫鹽水的氧含量；換熱器的作用是給脫鹽水加熱或回收冷凝水(可作為脫鹽水使用)的余熱；水處理裝置主要對原水和回收的脫鹽水進行生化處理，使其滿足脫鹽水的要求。鋼鐵企業的煤氣是一種重要的二次能源介質，可分為焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣三大類，這三類煤氣可單獨傳輸和使用，也可以混合后傳輸和使用。其中焦爐煤氣是熱值最高的煤氣類型，其管網上的設備包括焦爐、鼓風機、氣柜、加壓站和各類用戶。焦爐是生產焦爐煤氣的單元，焦爐本身還需要一部分焦爐煤氣進行焦爐的加熱；鼓風機是作用是抽出焦爐碳化室的煤氣，使其流向凈化工序；氣柜是焦爐煤氣的緩存單元，也起到穩定焦爐煤氣管網壓力的作用；加壓站是煤氣的加壓設備，是煤氣傳輸的動力源；常見的焦爐煤氣 用戶包括燃氣鍋爐、燒結機等。目前在各類能源介質的管網系統的監控過程中，通常存在兩類問題1、流程工業管網系統的各種設備數量多、管網復雜，需要監控的參數量很大，僅靠人工直接監控為主的監控方式很難及時、準確的發現問題、解決問題，從而很難進行正確的調度。2、主要靠人工監控、以儀表輔助的監控方法涉及的大量參數和大量相關儀表，工作量大，且監控人員只能看到參數值和參數的變化，而很難及時、正確地了解參數產生或變化的原因，從而很難及時發現問題，可能造成不必要的經濟損失，甚至可能產生嚴重的安全事故。
技術實現思路
本專利技術提供了一種用于各種能源介質(包括蒸汽、煤氣、瓦斯氣、水等)的管網系統的監控系統和方法，能夠自動檢測管網系統的異常事件、工況狀態等工況運行信息，為監控人員提供現場參數監控、能源參數監控、管網運行狀態判斷等功能。一種流程工業管網系統的監控系統，包含人機接口模塊、關系數據庫、實時數據庫、工況判斷模塊，各部分功能如下工況判斷模塊與實時數據庫、關系數據庫、人機接口模塊連接，用以執行異常事件判斷機制、和/或判斷工況狀態；所述工況狀態包括平穩工況，異常工況和過渡工況；所述異常工況是指管網系統中發生至少一個異常事件的工況狀態；所述平穩工況是指管網系統中所有的管網參數和設備參數及其變化量在其各自的表征平穩工況的閾值范圍內、且其上一次由異常事件判斷機制判斷的工況不為異常工況的工況狀態；所述過渡工況是指管網系統由異常工況經調度后達到完全平穩前的趨于穩定的工況狀態；所述異常事件是指影響管網系統平穩運行的事件，包括管網系統參數發生異常，和/或涉及管網系統多個參數的事件發生異常；所述管網系統參數包括管網參數和管網上所連設備的參數；所述異常事件判斷機制是指工況判斷模塊按照設定的異常事件順序和異常事件判斷規則依次檢測管網系統中各所述異常事件是否發生，并將工況狀態記錄在工況狀態位的機制；所述工況狀態位用以表征管網系統的工況狀態；所述異常事件判斷規則包括判斷實時數據是否符合相應的管網系統參數發生異常的條件和/或涉及管網系統多個參數的事件發生異常的條件；人機接口模塊與實時數據庫、關系數據庫、工況判斷模塊連接，用以查看實時數據庫的數據，向關系數據庫配置和/或修改參數，查看、設定異常事件判斷機制和向工況判斷模塊發出執行異常事件判斷機制指令；所述參數包括管網系統參數及其閾值范圍、異常事件的判斷規則；實時數據庫分別與人機接口模塊、工況判斷模塊和管網系統實際生產數據相連接，存儲管網系統的實際生產數據和/或工況狀態位；根據上述各模塊的要求提供實時數據和/或工況狀態位；關系數據庫與人機接口模塊、工況判斷模塊連接，存儲由人機接口模塊配置和/或修改的參數，并向工況判斷模塊提供所述參數。 在實時數據庫中還存儲了用于在執行異常事件判斷機制之后記錄所發生的異常事件的異常事件列表；所述異常事件順序由存儲于關系數據庫中的異常事件配置表表征；所述異常事件判斷機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種流程工業管網系統的監控系統，包含人機接口模塊、關系數據庫、實時數據庫、工況判斷模塊，各部分功能如下：工況判斷模塊與實時數據庫、關系數據庫、人機接口模塊連接，用以執行異常事件判斷機制、和/或判斷工況狀態；所述工況狀態包括平穩工況，異常工況和過渡工況；所述異常工況是指管網系統中發生至少一個異常事件的工況狀態；所述平穩工況是指管網系統中所有的管網參數和設備參數及其變化量在其各自的表征平穩工況的閾值范圍內、且其上一次由異常事件判斷機制判斷的工況不為異常工況的工況狀態；所述過渡工況是指管網系統由異常工況經調度后達到完全平穩前的趨于穩定的工況狀態；所述異常事件是指影響管網系統平穩運行的事件，包括管網系統參數發生異常，和/或涉及管網系統多個參數的事件發生異常；所述管網系統參數包括管網參數和管網上所連設備的參數；所述異常事件判斷機制是指工況判斷模塊按照設定的異常事件順序和異常事件判斷規則依次檢測管網系統中各所述異常事件是否發生，并將工況狀態記錄在工況狀態位的機制；所述工況狀態位用以表征管網系統的工況狀態；所述異常事件判斷規則包括判斷實時數據是否符合相應的管網系統參數發生異常的條件和/或涉及管網系統多個參數的事件發生異常的條件；人機接口模塊與實時數據庫、關系數據庫、工況判斷模塊連接，用以查看實時數據庫的數據，向關系數據庫配置和/或修改參數，查看、設定異常事件判斷機制和向工況判斷模塊發出執行異常事件判斷機制指令；所述參數包括管網系統參數及其閾值范圍、異常事件的判斷規則；實時數據庫分別與人機接口模塊、工況判斷模塊和管網系統實際生產數據相連接，存儲管網系統的實際生產數據和/或工況狀態位；根據上述各模塊的要求提供實時數據和/或工況狀態位；關系數據庫與人機接口模塊、工況判斷模塊連接，存儲由人機接口模塊配置和/或修改的參數，并向工況判斷模塊提供所述參數。...

【技術特征摘要】
2011.06.14 CN 201110158668.51.一種流程工業管網系統的監控系統，包含人機接口模塊、關系數據庫、實時數據庫、工況判斷模塊，各部分功能如下 工況判斷模塊與實時數據庫、關系數據庫、人機接口模塊連接，用以執行異常事件判斷機制、和/或判斷工況狀態；所述工況狀態包括平穩工況，異常工況和過渡工況；所述異常工況是指管網系統中發生至少一個異常事件的工況狀態；所述平穩工況是指管網系統中所有的管網參數和設備參數及其變化量在其各自的表征平穩工況的閾值范圍內、且其上一次由異常事件判斷機制判斷的工況不為異常工況的工況狀態；所述過渡工況是指管網系統由異常工況經調度后達到完全平穩前的趨于穩定的工況狀態；所述異常事件是指影響管網系統平穩運行的事件，包括管網系統參數發生異常，和/或涉及管網系統多個參數的事件發生異常；所述管網系統參數包括管網參數和管網上所連設備的參數；所述異常事件判斷機制是指工況判斷模塊按照設定的異常事件順序和異常事件判斷規則依次檢測管網系統中各所述異常事件是否發生，并將工況狀態記錄在工況狀態位的機制；所述工況狀態位用以表征管網系統的工況狀態；所述異常事件判斷規則包括判斷實時數據是否符合相應的管網系統參數發生異常的條件和/或涉及管網系統多個參數的事件發生異常的條件； 人機接口模塊與實時數據庫、關系數據庫、工況判斷模塊連接，用以查看實時數據庫的數據，向關系數據庫配置和/或修改參數，查看、設定異常事件判斷機制和向工況判斷模塊發出執行異常事件判斷機制指令；所述參數包括管網系統參數及其閾值范圍、異常事件的判斷規則； 實時數據庫分別與人機接口模塊、工況判斷模塊和管網系統實際生產數據相連接，存儲管網系統的實際生產數據和/或工況狀態位；根據上述各模塊的要求提供實時數據和/或工況狀態位； 關系數據庫與人機接口模塊、工況判斷模塊連接，存儲由人機接口模塊配置和/或修改的參數，并向工況判斷模塊提供所述參數。2.根據權利要求I所述的監控系統，其特征在于，在實時數據庫中還存儲了用于在執行異常事件判斷機制之后記錄所發生的異常事件的異常事件列表；所述異常事件順序由存儲于關系數據庫中的異常事件配置表表征；所述異常事件判斷機制調用所述異常事件配置表并按照所述異常事件判斷規則依次檢測管網系統中的各異常事件是否發生；所述管網系統參數發生異常包括管網系統參數和/或其變化量在其各自的表征平穩工況的閾值范圍之外；所述涉及管網系統多個參數的事件由管網系統參數之間的邏輯和/或數學表達式表達或由人工設定；和/或所述異常事件的判斷規則包括判斷表達式。3.根據權利要求I或2所述的監控系統，其特征在于，還包括歷史數據庫，所述歷史數據庫與人機接口模塊和實時數據庫連接，按照設定周期將實時數據庫的數據存儲在歷史數據庫中，以便人機接口模塊查詢歷史數據。4.根據權利要求I至3之一所述的監控系統，其特征在于，還包括調度系統，所述調度系統與工況判斷模塊連接，在所述工況狀態位表征為異常工況時對蒸汽系統進行調度或給出調度方案，并在調度完成后向工況判斷模塊反饋調度信息，所述調度信息包括表征調度完成的信息。5.根據權利要求I至4之一所述的監控系統，其特征在于，還包括能量計算模塊，所述能量計算模塊與關系數據庫、實時數據庫連接，調用關系數據庫中的相關參數對管網和/或管網設備的能量參數進行計算，并將能量計算結果存儲于關系數據庫。6.根據權利要求I至5之一所述的監控系統，其特征在于，還包括優化模型構建模塊和優化模型計算模塊，所述優化模型構建模塊與工況判斷模塊，優化模型計算模塊連接，用以構建優化模型；所述優化模型計算模塊根據優化模型構建模塊構建的優化模型計算優化方案，并將優化方案發送到人機接口模塊和/或存儲到關系數據庫；和/或還包括預測模型模塊，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫緒彬，王學雷，
申請(專利權)人：北京三博中自科技有限公司，
類型：發明
國別省市：