2.3.4 Гидравлический расчёт

Согласно источнику литературы [5, 17], алгоритм расчета следующий:

1.Коэффициент общего гидравлического сопротивления аппарата:

,

где B - взять из табл. 2.5, в зависимости от типа пластин.

2.Потери напора в аппарате, Па:

, ; , ;

где L_пр, d_э, м, в табл. 2.3, w₁ и w₂ в п.2 и п.9 подраздела 2.3.1.

3.Гидравлическое сопротивление аппарата, :

; , где

4.Скорость течения воды в штуцерах, м/с

;

где - наибольший диаметр условного прохода штуцера, м, (табл.2.3).

5.Если скорость больше 2,5 м/с, то необходимо учитывать потери напора в штуцерах, Па:

;

где - коэффициент гидравлического сопротивления штуцера (табл.2.3).

6. Суммарные потери напора в аппарате, Па

,

7. Показатели эффективности пластинчатых теплообменников

- коэффициент рекуперации:

- безразмерная удельная тепловая нагрузка аппарата:

- противоток:

- число единиц переноса теплоты:

Тема 6. Системы технической диагностики теплообменников

Эксплуатация теплообменных аппаратов на современных ТЭЦ и городских тепловых пунктах с ис­пользованием вычислительной техники переходит на новый, более высокий уровень. Широкое применение ЭВМ обеспечивает возможность автоматизации и управления гидравлическими и тепловыми режимами работы аппаратов, а также обработки больших объёмов данных, позволяющих непрерывно получать информацию о показателях работы оборудования.

Разработка и внедрение основанных на применении ЭВМ систем техниче­ской диагностики (СТД), решающих задачи оперативного контроля работы те­пломеханического оборудования, позволяют улучшить его эксплуатационные по­казатели с точки зрения надежности, экономичности, эффек­тивности эксплуатации, маневренности работы оборудования, более обоснованного планирования ремонтных работ [11, 41, 42]. Применение систем опера­тивной диагностики на базе ЭВМ дает возможность: увеличить объем анализируемой информации; повысить периодичность контроля для оператив­ного отслеживания и диагностирования особенностей и изменений технического состояния аппаратов; реализовать более высокий уровень анализа, вырабатывая прогнозные оценки и непосредственные рекомендации персоналу, которые об­легчают управление и поддержание экономичных режимов работы обору­дования.

Диагностирование состояния теплообменников может прово­диться как по теплотехническим показателям, так и по показателям надежности, при­чем первоочередной задачей является обеспечение надежной и эффективной ра­боты оборудования. При этом необходимо поддерживать высокие экономиче­ские показатели, что невозможно без современных методов управления и кон­троля на базе вычислительной техники.

До настоящего времени контроль параметров теплообменников и техническая диагностика осуществлялись в двух формах:

- анализа, проводимого с помощью алгоритмов и измерительных средств АСУТП и систем автоматического контроля;

- выводов и рекомендаций, полученных на основе периодических и рег­ламентируемых ПТЭ испытаний, осуществляемых персоналом цеха наладки ТЭЦ или теплового пункта, а также внешних организаций.

Система технической диагностики теплообменников может базироваться на системе сбора и обработки информации АСУ, су­щественно расширяя при этом объем и содержание функций АСУТП и не уве­личивая одновременно количества исходных данных. Задачей оперативной ди­агностики является контроль показателей работы оборудования, позво­ляющий не только поддерживать экономичность и обнаруживать отклонения и нарушения в его работе, но и на основе комплексного анализа полученной ин­формации выявлять причины нарушений и принимать обоснованные решения, направленные на их устранение.

Реализация системы диагностики теплообменников возможна в рамках различных моделей (подсистем) [1, 43]:

1. Подсистема "Эксплуатационный контроль", реализуемая с помощью: программ­но-инструментальных средств оперативного контроля (мониторинг) параметров работы теплообменников, сопоставления фактических значений показателей с нормативными параметрами, построения ретроспективы параметров работы и выявление тенденций их изменения, что особенно важно при низкой надежно­сти и точности измерительных приборов.

2. Подсистема "Диагностика", базирующаяся на модели эксплуатацион­ного контроля и реализующая, кроме мониторинга, экспертную оценку состоя­ния теплообменников на основе различных экспертных систем [43].

3. Подсистема "Оптимизация ", состоящая из различных оптимизацион­ных задач, например таких, как оптимизация сроков чистки или оптимизация сроков замены теплообменных элементов.

В рамках эксплуатационного контроля СТД реализуются задачи непре­рывного оперативного контроля основных параметров, характеризующих ра­боту теплообменников. Выполняется сравнение фактических значений этих парамет­ров с нормативными значениями, рассчитанными по заложенным в СТД алгоритмам, и вы­дачи сообщений о нарушении режима эксплуатации при несоответствии фак­тического и нормативного значений, а также задача анализа трендов того или иного параметра при влиянии на него других факторов.

Методика эксплуатационного контроля, реализуемая в рамках СТД, зави­сит от схемы измерений эксплуатационных параметров, степени ее автомати­зации. При автоматизированном вводе исходной информации большое значение приобретает достоверность данных.

Достоверность измерения величин обеспечивается регла­ментным обслуживанием и периодическим контролем изме­рительной аппаратуры. В периоды между контрольными проверками достоверность получае­мой информации можно обеспечить следующими методами: проверкой по диапазону срабатывания защит; проверкой состояния измерительной цепи - функционирует датчик или нет; проверкой показаний параллельных дублирующих датчиков, если имеется такая возможность.

Измерение считается недостоверным в следующих случаях:

- если верхний предел диапазона измерений больше 10%;

- показание прибора ниже нижнего предела на 10%;

- измерение не функционирует (обрыв цепи).

Повышение точности входной информации достигается автоматически путем корректировки входной информации по коэффициентам, получаемым при периодических градуировках измерительных каналов (ИК) в рабочих усло­виях. При градуировке ИК первичный измерительный преобразователь отклю­чается от технологического процесса и подключается к устройству, генери­рующему входной сигнал. Значение сигнала контролируется образцовым сред­ством измерения (ОСИ).

На основе сравнения показаний ИК с показаниями образцового средства измерения определяются корректирующие коэффициенты. В дальнейшем при обработке входной информации технологические параметры периодически корректируются с использованием полученных коэффициентов.

Подсистема ''Диагностика'' опирается на систему эксплуатационного контроля. При обнаружении в рамках системы отклонений и нарушений в ре­жиме работы теплообменников подсистема "Диагностика" сформулирует диагноз о техническом состоянии теплообменников с указанием возможных причин, вы­звавших нарушение работы, и выдаст рекомендации персоналу для устранения обнаруженных неполадок. Диагностика выполняется в результате анализа имеющейся информации, дополненной недостающей, полученной пу­тем моделирования или в диалоге с оператором ЭВМ.

При формировании диагноза используются экспертные системы, предна­значенные для решения трудно формулируемых задач или задач, не имеющих алгоритмического решения. Применение экспертных систем дает возможность повышения уровня эксплуатации теплообменников за счет переноса в повседнев­ную практику знаний высококвалифицированных экспертов, используемых при выработке решений в задачах оперативного контроля и диагностики [39]. Включение в систему диагностики экспертной системы позволяет при установ­лении причин нарушения в работе теплообменников преодо­леть трудности, связанные с неоднозначностью поведения оборудования, а также получать достаточно правдоподобные и достоверные заключения при неполной и фрагментарной исходной информации.

Известны два принципиально различных подхода к построению эксперт­ных систем, основанные либо на жесткой причинно-следственной связи между конкретным нарушением и вызывающими его причинами с построением соот­ветствующего "дерева решений", либо на использовании нечеткой логики, по­зволяющей оперировать с субъективными оценками эксперта или пользовате­ля, а также с неполной или неоднозначной информацией. Последний подход дает значительные возможности при анализе такой сложной системы, как теплообменники.

Оболочка экспертной системы (ОЭС), работающей по принципам нечеткой ло­гики, включает в себя базу знаний, которая содержит в формализованном виде экспертную информацию о возможных нарушениях в работе элементов теплообменников. Также ОЭС включает в себя соответствующие этим нарушениям диагностические признаки с их априорными вероятностями, а также универсальную программу обработки информации, основанную на правилах нечеткой логики с учетом "цены" каж­дого признака [11,42].

Как видно, из табл.1.5 и 1.6, появление различных отклонений и нарушений в работе теплообменников проявляется в изменении характерных эксплуатационных показателей. С другой стороны, изменение одного и того же показателя может свидетельствовать о различных нарушениях в работе аппарата. Только комплексный анализ сочетания различ­ных признаков с учетом их влияния и вероятности их появления может вы­явить истинную или наиболее вероятную причину (или группу причин) разви­вающихся нарушений в работе теплообменников. Конкретное наполнение базы знаний, т.е. формирование ее содержания и установление величин априорных вероятностей гипотез и цены свидетельств, производится методом экспертных оценок с привлечением знаний специалистов, работающих с теплообменниками с учетом специфики работы оборудования.

При переходе от контроля к уровню экспертной системы СТД обратится к результатам, полученным на первом уровне, проанализирует их и запросит недостающую информацию из базы данных или у пользователя. Данные ответы будут формализованы в зависимости от степени их определенности, и полу­ченная таким образом "цена" каждого признака будет учтена при расчете апостериорной вероятности всех гипотез. После отработки всех свидетельств, имеющихся в базе знаний, система проанализирует получившиеся апостериор­ные вероятности всех гипотез, сравнит их с максимальными и минимальными, вероятностями каждой гипотезы и сделает окончательное заключение о причине неисправности, отобрав гипотезы с наибольшими вероятностями.

Рассмотрим пример работы системы диагностики применительно к пер­вому по ходу сетевой воды подогревателю ПСГ-5000-3,5-8 для турбины Т­-180 /210-130 [1]. Допустим, что на этапе контроля состояния выявлено увеличение недогрева сетевой воды в аппарате по сравнению с его нормативным значени­ем при соответствующих режимных условиях. Подобное нарушение может быть обусловлено различными причинами, но для простоты анализа примем две наиболее часто встречающиеся гипотезы: загрязнение поверхности тепло­обмена с априорной вероятностью 0,55 и неудовлетворительная работа сис­темы воздухоудаления с априорной вероятностью 0,45. В пользу первой гипо­тезы может свидетельствовать возрастание гидравлического сопротивления аппарата по сравнению с его расчетной величиной на данном режиме, в пользу второй - возрастание кислородосодержания конденсата греющего пара. Таким образом, в минимальном объеме база знаний экспертной системы включает в себя две гипотезы и три свидетельства с их вероятностями, определяемыми ме­тодом экспертных оценок с учетом конкретных условий работы ТЭС.

Задачей экспертной системы является определение апостериорной величины вероятности реализации обеих гипотез и выбор той из них, которая будет иметь наибольшую вероятность. Если апостериорная веро­ятность гипотезы превысит максимальную, эта гипотеза может считаться дос­товерной.

После отработки каждого свидетельства вероятности гипотез пере­считываются с учетом вероятностей свидетельств, на которые влияет также и степень уверенности ответа на вопросы свидетельств. Ответы могут даваться специалистом в качественной форме ("Да", "Нет", Не знаю" и т.д.) или путем сравнения измеренных и расчетных величин, извлекаемых из базы данных, сформированной на этапе эксплуатационного контроля состояния оборудова­ния. Порядок отработки свидетельств устанавливается автоматически исходя из значимости каждого свидетельства, причем при значительном количестве свидетельств используются не все свидетельства, а лишь значимые для анали­зируемой гипотезы.

В табл.1.7 приводится структура экспертной систе­мы для приведенного выше примера при отработке двух гипотез по нарушению эффективности работы сетевого подогревателя.

Таблица.1.7

Структура экспертной систе­мы

Пример 1 Пример 2

Гипотеза			Свидетельства 1. Недогрев воды больше нормы? 2. Гидравлическое сопротивление возросло? 3.Содержание О2 и СО2 возросло?	Гипотеза
Загрязнение		Воздух		Загрязнение		Воздух
0,55		0,45		0,55		0,45
Обработка 1-го свидетельства				Обработка 1-го свидетельства
0,917	Да 0,880				Да
				0,917	0,880
Обработка 2-го свидетельства				Обработка 2-го свидетельства
		Нет				Да
0,917		0,421		0,917		0,985
Обработка 3-го свидетельства				Обработка 3-го свидетельства
		Да				Нет
0,946		0,421		0,815		0,985
Диагноз Загрязнение трубок поверхности теплообмена Рекомендации 1. Провести очистку трубок подогревателя				Диагноз Неудовлетворительная работа системы отсоса воздуха Рекомендации 1. Проверить, открыт ли отсос газов. Если трубо- провод отсоса холодный - проверить элементы схемы. 2. Провести анализ схемы отсоса газов на предмет эффективности ее работы. 3. Проверить, имеются ли загрязнения в трубках подогревателя.

В примере 1 отрабатывается гипотеза о загрязнении поверхности теплообмена. В примере 2 гипотеза о неудовлетворительной работе системы воздухоудаления. Априорные вероятности гипотез приведены под условными названиями каждой гипотезы в начальном блоке примеров. Отработка свидетельства заключается в том, что пользователю задается вопрос, соответствующий содержанию и номеру свидетельства, затем следует ответ пользователя (в приведенных примерах ответ дается в качествен­ной форме), после чего вероятности гипотез пересчитываются с учетом полу­ченного ответа и вероятностей отрабатываемого свидетельства.

После отработки последнего свидетельства получается апостериорная вероятность, выбирается гипотеза с наибольшей вероятностью (диагноз) и да­ются рекомендации персоналу. В первом примере причиной увеличения недог­рева с вероятностью 0,946 признается загрязнение поверхности теплообмена, а вероятность завоздушивания аппарата невысока - всего 0,421. Во втором при­мере вероятность неудовлетворительной работы системы воздухоудаления со­ставляет 0,985, однако нельзя исключить и наличия загрязнения поверхности теплообмена (вероятность 0,815), поэтому в рекомендациях персоналу предла­гается наладить работу системы отвода воздуха, а также проверить наличие за­грязнения в трубках подогревателя.

Разумеется, приведенный пример иллюстрирует работу экспертной систе­мы весьма упрощенно. При более развитой базе знаний анализ причин наруше­ний значительно сложнее и не дает столь однозначных ответов, однако позво­ляет ранжировать эти причины и учитывать большое количество факторов, ха­рактеризующих работу теплообменников, во всем их разнообразии и взаимовлиянии. При неизменном алгоритме обработки информационной базы знаний она может видоизменяться и расширяться, что позволяет более гибко и точно настраивать работу системы диагностики применительно к конкрет­ным условиям эксплуатации теплообменников и предъявляе­мым к ним требованиям.

Адаптация системы диагностики в каждом конкретном случае заключа­ется в отражении в содержании базы знаний как конкретных особенностей оборудования установки и условий его работы, так и оперативного опыта пер­сонала и экспертов-специалистов, работающих с тепломеханическим обо­рудованием. Процесс адаптации является наиболее сложной и трудоемкой ча­стью общей задачи диагностики. Таким образом, система диагностики предоставляет эксплуатационному и ремонтному персоналу удоб­ный инструмент для анализа состояния теплообменников, позволяющий повысить эффективность и надежность работы аппаратов.