基于DCS的换热器性能实时在线监测预报系统

　　王峰 周运森 雷平

　　(南京大学工程管理学院， 江苏 南京 210093)

　　摘要：企业的生存与发展离不开先进控制技术和信息技术的集成。以某化学工业生产企业聚丙烯生产过程中的核心设备—— 丙烯-水换热器上的基于DCS的实时在线监测预报系统为研究对象，探索一种实时设备性能在线监测预报系统的数学和搭建方法的具体应用，提高各个装置的生产效率，降低生产和检修成本，提高安全生产水平，促进生产组织水平的提高。

　　关键词： 实时， 在线， 监测预报， DCS， 换热器

　　随着生产装置自动化和信息化程度的提高， PLC、DCS 系统的数据已经实现了网络共享， 这使得各种设备状态的监测成为可能。由于装置运行工况的频繁变化， 采用人工观测方法难以确定设备的工作状态。状态监测( 检修) 的方法在过去难以实现。

　　丙烯-水换热器是聚丙烯生产装置中的重要换热设备，该设备换热性能在很大程度上影响到装置运行的稳定性、可靠性和生产过程的经济性。由于在生产过程中， 换热器水侧(壳程) 或物料侧(丙烯，走管程)的结垢或污染都可能造成换热热阻的增加，导致工艺参数达不到技术要求及循环水动力的消耗大量增加。为了避免此类问题的出现，通常在定期检修时对换热设备进行清洗，但是这需要装置停车才能进行，从而减少了装置的有效工作时间，造成大量的浪费。如果能够在设备运行过程中判断出换热器的工作状态，并据此制订检修计划，就可以充分延长设备的检修周期，降低检修成本，更重要的是可以减少装置的停运时间，提高生产过程的经济性。可以依据聚丙烯生产实时数据，对丙烯- 水换热器的运行状态进行状态监测分析和性能预报，随时提供换热器的工作性能指标，对其中长期的变化趋势进行预报，并制订相应的检修计划。

　　1 在线监测预报系统架构

　　换热器性能在线监测和预报系统定义的功能如下：

　　数据获取功能：软件具备从实时系统中获取换热器相关数据的机制;

　　计算功能：基于获取的数据和换热器的基本理论模型，软件具备换热器技术指标的计算功能;

　　预报功能：软件具有依据经典统计理论和历史数据对换热器性能指标进行预报的功能;软件具有依据灰色统计理论对换热器指标进行短期预报的功能;

　　网络功能：软件能够在被授权的厂内站点上执行，用户可以调阅换热器性能指标的实时数据和历史数据，并可以对上述指标进行预报;

　　报警功能：当性能指标超越设定的技术界限后，应及时发出报警信息。

　　1.1 系统测点

　　丙烯- 水换热器的工艺目的是将高温丙烯冷却并实现初步的气液分离，然后进入下一工艺。如图 1。技术指标：

　　1) 换热器物料数据采集周期一般不大于 30s，物料热性质和换热器性能计算周期不大于 25s;

　　2)历史数据记录周期为 1min，保留 5 年;

　　3)报表和重要状态变动记录长期保存;

　　4)软件系统本地网络环境下操作响应时间不大于10s;

　　5)数据采集和分析结果可重复性不小于95%;

　　6)支持授权的多用户查询。