Система и способ мониторинга качества теплоносителя Российский патент 2023 года по МПК F24D19/10 

Изобретение «Система и способ мониторинга качества теплоносителя» предназначен для мониторинга параметров качества теплоносителя, используемого на объектах нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и др., отраслей промышленности в режиме реального времени. Система используются как на наземных сооружения нефтяных месторождений, так и на морских нефтяных платформах. Система может применяться как в составе централизованных систем управления, так и в качестве автономного средства контроля.

Уровень техники

Известен Способ мониторинга коммунальных систем теплоснабжения (патентный документ RU 2314458 C1). Изобретение относится к системам теплоснабжения, а более конкретно, к способам централизованного контроля коммунальных сетей теплоснабжения. Технический результат: получение и централизованная обработка информации об эффективности функционирования теплогенерирующих установок и тепловых сетей, а также о процессах солеотложений и коррозии в системах теплоснабжения. Способ мониторинга коммунальных систем теплоснабжения включает периодическое измерение температуры наружного воздуха, температуры теплоносителя в подающем трубопроводе, температуры теплоносителя в обратном трубопроводе и температуры в отапливаемых зданиях. Дополнительно измеряют температуру отходящих газов из котла, жесткость теплоносителя, щелочность теплоносителя, содержание ингибитора солеотложений и коррозии в теплоносителе. Передают результаты измерений в центр мониторинга. Об эффективности функционирования систем теплоснабжения судят по соответствию результатов измерений нормативным показателям режима работы систем теплоснабжения, а из центра мониторинга передают информацию о необходимой коррекции режима функционирования систем теплоснабжения.

Недостатком является использование данного способа только для коммунальных систем теплоснабжения.

Известен Способ и система непрерывного контроля наличия и локализации участка взаимопроникновения сетевого теплоносителя и нагреваемой воды в теплообменном оборудовании системы централизованного теплоснабжения (патентный документ RU 2484381 C1). Предлагаемое изобретение относится к области тепло- и водоснабжения жилищно-коммунального хозяйства. Способ непрерывного контроля наличия и локализации участка взаимопроникновения сетевого теплоносителя и нагреваемой воды в теплообменном оборудовании системы централизованного теплоснабжения включает: измерение диэлектрической проницаемости, удельной электропроводности, температуры и давления теплоносителя и нагреваемой водной среды; приведение измеренных значений к установленному фиксированному значению температуры и давления, анализ динамики изменения измеренных значений, определение наличия и степени взаимопроникновения теплоносителя и нагреваемой водной среды на конкретном участке теплоснабжения. Также в заявленном изобретении раскрыта система непрерывного контроля наличия и локализации участка взаимопроникновения сетевого теплоносителя и нагреваемой воды в теплообменном оборудовании системы централизованного теплоснабжения для осуществления способа непрерывного контроля наличия и локализации участка взаимопроникновения сетевого теплоносителя и нагреваемой воды в теплообменном оборудовании системы централизованного теплоснабжения. Предложенные способ и система обеспечивают достоверный и бесперебойный контроль утечек в энергетическом оборудовании систем теплоснабжения.

Недостатком является то, что данный способ и система контроля теплоносителя используется только в системах централизованного теплоснабжения.

Известно изобретение Автоматизированная система для измерения и учета расхода теплоносителя и тепла в системах теплоснабжения (патентный документ RU 2144162 C1). Изобретение относится к области теплоснабжения городов и промышленных объектов и может быть использовано для измерения и учета расхода теплоносителя и тепла с целью регулирования системами теплоснабжения. Система содержит по меньшей мере один источник тепла, трубопроводы тепловой сети с датчиками температуры, давления, размещенные на приеме и выходе насосной установки источника тепла, статические преобразователи мощности или датчики тока и напряжения, установленные в электросети, питающей электродвигатели насосных установок. Система снабжена системой передачи данных, объединяющей выходы всех датчиков и сообщенной с информационным центром с ЭВМ, содержащим банк данных расходных характеристик насосных установок и характеристик электродвигателей насосных установок, который по первичным параметрам и данным, находящимся в банке данных, вычисляет текущее и суммарное значения расхода теплоносителя и тепла по каждой насосной установке и по тепловой сети в целом по формулам, определяющим расходные коэффициенты по каждой насосной установке.

Недостатком является то, что автоматизированная система менее функциональна, чем система и способ представленные в настоящем изобретении.

Задачей настоящего изобретения является снижение эксплуатационных затрат для повышения эксплуатационной надежности систем.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом группы изобретений является полная автоматизация процесса определения параметров анализируемой среды и управление исполнительными устройствами мониторинга параметров теплоносителя.

Технический результат достигается с помощью системы мониторинга качества теплоносителя, состоящей из датчика рН, совмещенного датчика электропроводности и температуры, датчика коррозии, плотномера-массомера, первичных преобразователей датчиков, защитного корпуса первичных датчиков и преобразователей, шкафа автоматизированной системы управления технологическим процессом с программным обеспечением и способа мониторинга качества теплоносителя состоящего из этапов,

где на первом этапе происходит получение измеряемых параметров раствора и их обработка с помощью модуля полученных данных с датчиков и запись их в базу данных (БД), далее обращение к модулю математической обработки измеренных данных с запросом на вычисления показаний количества соли в растворе, модуль математической обработки измеренных данных извлекает только что полученные данные с датчиков из базы данных, производит расчет и обновляет информацию,

на втором этапе происходит отображение информации и отслеживание состояния системы, с помощью параллельно работающего модуля мониторинга и модуля отображения информации на панели управления. Модуль отображения информации получает новые обработанные данные и выводит показания в отформатированном виде на панель управления, предоставляя всю нужную оператору информацию, и, позволяя в ручном режиме, реагировать на состояния и принимать нужные меры,

на третьем этапе происходит реагирование на определенные состояния системы по запросу, либо в автоматическом режиме с помощью модуля мониторинга системы происходит слежение за соблюдением критериев, которые влияют на развитие сценария работы комплекса, в автоматическом режиме. При достижении определенного порога насыщения раствора солями, модуль мониторинга состояния системы автоматически передает запрос модулю управления очисткой. Так же, инициировать работу модуля управления очистки может оператор. При достижении, по мнению оператора, достаточного предела концентрации соли, в ручном режиме запускается работа очистных установок.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлена технологическая схема системы мониторинга качества теплоносителя

На фиг. 2 представлен общий вид системы мониторинга качества теплоносителя

На фиг. 3 представлена схема способа мониторинга качества теплоносителя

Цифрами на фигурах обозначены: 1 - Датчик рН; 2 - Совмещенный датчик электропроводности и температуры; 3 - Датчик коррозии; 4 - Плотномер-массомер; 5 - Первичные преобразователи датчиков; 6 - Защитный корпус первичных датчиков и преобразователей; 7 - Шкаф автоматизированной системы управления технологическим процессом с программным обеспечением.

Осуществление изобретения

Изобретение «Система и способ мониторинга качества теплоносителя» предназначен для мониторинга параметров качества теплоносителя, используемого на объектах нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и др., отраслей промышленности в режиме реального времени. Система используются как на наземных сооружения нефтяных месторождений, так и на морских нефтяных платформах. Система может применяться как в составе централизованных систем управления, так и в качестве автономного средства контроля.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы системы мониторинга качества теплоносителя состоящей из датчика рН (1), совмещенного датчика электропроводности и температуры (2), датчика коррозии (3), плотномера-массомера (4), защитного корпуса первичных датчиков и преобразователей (6), в котором расположены первичные преобразователи датчиков (5), шкафа автоматизированной системы управления технологическим процессом с программным обеспечением (7), в котором расположены элементы заявленной системы.

В процессе эксплуатации контуров теплоснабжения теплоноситель загрязняется различными веществами, которые снижают ресурс как самого теплоносителя, так и теплообменного оборудования. Данное явление носит систематический характер. Опыт эксплуатации показывает, что наиболее распространенными загрязнениями теплоносителя являются: продукты коррозии, неорганические соли, органические примеси, продукты разложения теплоносителя.

Наличие и концентрация данных загрязнений являются признаком аварийных ситуаций, влияют на эксплуатационные свойства теплоносителя и эффективность системы теплоснабжения.

В настоящее время для определения качества теплоносителя используется лабораторный метод анализа, который заключается в отборе представительной пробы и как правило занимает продолжительный период времени, обусловленный особенностью используемых методов анализа. При этом задействовано достаточно большое количество подготовленного персонала, выполняющего другие немаловажные функции, а также требуют содержания специальной лаборатории и оборудования. Принимая во внимание приведенные доводы, внедрение системы мониторинга качества теплоносителя значительно снизит эксплуатационные затраты, позволит оперативно принимать оптимальные решения для повышения эксплуатационной надежности систем, а также снизит нагрузку на обслуживающий персонал.

Система мониторинга качества предназначена для определения числового значения - грамм на литр общей засоленности водно-гликолевой смеси посредством измерения электропроводности и температуры кондуктивным способом с использованием автоматического алгоритма пересчета, определение степени коррозионной активности водно-гликолевой смеси посредством измерения водородного показателя рН, определение наличия органических примесей и воды в процентном соотношении посредством измерения плотности и температуры плотномером-массомером с использованием автоматического алгоритма пересчета.

Система имеет автоматическое и ручное управление установками по деминерализации и обезвоживанию водно-гликолевой смеси и другими исполнительными механизмами.

Визуализация процессов измерения в системе происходит в режиме реального времени, при этом отображается состояния связи с модулями системы. Также отображение происходит на экране предупредительного сообщения при достижении теплоносителем критичных значений физико-химических параметров.

Измерение параметров раствора производится с помощью датчика температуры и кондуктометра. Первичные датчики подключаются к преобразователю предназначенному для измерения рН и окислительно-восстановительного потенциала, который выдает сигнал 4-20 мА на контроллер преобразования аналоговых сигналов постоянного тока и напряжения в цифровой код, передающий результаты измерения в сеть, контроллер в режиме реального времени передает информацию о состоянии подключенных первичных датчиков. Данный контроллер подключен к комплексу по открытому коммуникационному протоколу, основанному на архитектуре ведущий - ведомый. Статусы измерения датчиков отображаются в интерфейсе программного обеспечения в режиме реального времени.

На фиг. 3 показана схема мониторинга качества теплоносителя, состоящего из 3 этапов, где

Первый этап - это получение измеряемых параметров раствора и их обработка.

После того, как модуль полученных данных с датчиков принимает показания, он записывает их в базу данных. Далее он обращается к модулю математической обработки измеренных данных с запросом на вычисления показаний количества соли в растворе.

Модуль математической обработки измеренных данных извлекает только что полученные данные с датчиков из базы данных, производит расчет и обновляет информацию в базе.

Для нахождения количества соли в растворе служит функция, принимающая два значения: текущее показание температуры раствора и текущее показание электропроводности раствора. Возвращаемым значением функции является текущее количество соли в растворе. Функция вычисляет корни уравнения 4 степени с помощью метода Декарта-Эйлера.

Второй этап - отображение информации и отслеживание состояния системы.

Параллельно свою работу выполняют модули мониторинга и отображения информации на панель управления. Модуль отображения информации получает новые обработанные данные и выводит показания в отформатированном виде на панель управления, предоставляя всю нужную оператору информацию, и, позволяя в ручном режиме, реагировать на состояния и принимать нужные меры. Модуль мониторинга системы следит за соблюдением критериев, которые влияют на развитие сценария работы комплекса, в автоматическом режиме.

Третий этап - реагирование на определенные состояния системы по запросу, либо в автоматическом режиме.

При достижении определенного порога насыщения раствора солями, модуль мониторинга состояния системы автоматически передает запрос модулю управления очисткой. Для того, чтобы включить очистную установку необходимо набрать подряд 10 значений засоленности выше порогового. Данный алгоритм исключает включение очистной установки при кратковременном прохождении «куска» соли. Для отключения очистной установки также необходимо набрать 10 «нормальных» значений засоленности.

Если данные были сохранены позднее, чем 2,5 минут назад, есть предположение, что они не актуальны вследствие потери связи с контроллером. В этом случае данные не обрабатываются, и записывается соответствующее сообщение в журнал событий. Иначе данные переходят на следующий этап проверки - проверка статуса датчиков.

В случае, когда статусы датчиков равны 0 (измерение успешно), считанные данные обрабатываются с целью расчета засоленности. В противном случае, считанные данные не подлежат обработке.

Так же, инициировать работу модуля управления очистки может оператор. При достижении, по мнению оператора, достаточного предела концентрации соли, в ручном режиме запускается работа очистных установок.

Группа изобретений предназначена для мониторинга параметров качества теплоносителя, используемого на объектах нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и др. отраслей промышленности в режиме реального времени. Сущность: система мониторинга качества теплоносителя состоит из датчика рН, совмещенного датчика электропроводности и температуры, датчика коррозии, плотномера-массомера, первичных преобразователей датчиков, защитного корпуса первичных датчиков и преобразователей, шкафа автоматизированной системы управления технологическим процессом с программным обеспечением и способа мониторинга качества теплоносителя, где на первом этапе происходит получение измеряемых параметров раствора и их обработка с помощью модуля полученных данных с датчиков и запись их в базу данных, далее обращение к модулю математической обработки измеренных данных с запросом на вычисления показаний количества соли в растворе, модуль математической обработки измеренных данных извлекает только что полученные данные с датчиков из базы данных, производит расчет и обновляет информацию, на втором этапе происходит отображение информации и отслеживание состояния системы, с помощью параллельно работающего модуля мониторинга и модуля отображения информации на панели управления. Модуль отображения информации получает новые обработанные данные и выводит показания в отформатированном виде на панель управления, чтобы затем среагировать на состояния и принять нужные меры, на третьем этапе происходит реагирование состояния системы, либо в автоматическом режиме происходит слежение за соблюдением критериев, которые влияют на развитие сценария работы комплекса. При достижении определенного порога насыщения раствора солями модуль мониторинга состояния системы автоматически передает запрос модулю управления очисткой. Техническим результатом является полная автоматизация процесса определения параметров анализируемой среды и управление исполнительными устройствами мониторинга параметров теплоносителя.

2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система мониторинга качества теплоносителя, состоящая из шкафа автоматизированной системы управления технологическим процессом с программным обеспечением, внутри которого расположен защитный корпус первичных датчиков и преобразователей, а в нем - датчик pH, совмещенный датчик электропроводности и температуры, датчик коррозии, плотномер-массомер; датчики подключаются к первичному преобразователю датчиков, при этом система имеет автоматическое и ручное управление установками по деминерализации и обезвоживанию водно-гликолевой смеси, контроллер преобразования аналоговых сигналов постоянного тока и напряжения в цифровой код, подключенный к системе по открытому коммуникационному протоколу, основанному на архитектуре ведущий – ведомый.

2. Способ мониторинга качества теплоносителя с использованием системы мониторинга качества теплоносителя по п. 1, состоящий из следующих этапов:

- на первом этапе происходит получение измеряемых параметров раствора и их обработка с помощью модуля полученных данных с датчиков и запись их в базу данных, далее происходит обращение к модулю математической обработки измеренных данных с запросом на вычисления показаний количества соли в растворе, модуль математической обработки измеренных данных извлекает только что полученные данные с датчиков из базы данных, производит расчет и обновляет информацию;

- на втором этапе происходит отображение информации и отслеживание состояния системы, с помощью параллельно работающих модуля мониторинга и модуля отображения информации на панели управления, где модуль отображения информации получает новые обработанные данные и выводит показания в отформатированном виде на панель управления, предоставляя всю информацию оператору, и позволяя в ручном режиме реагировать на состояние системы и принимать меры по устранению выявленных нарушений;

- на третьем этапе происходит реагирование на состояния системы по запросу, либо в автоматическом режиме с помощью модуля мониторинга системы происходит слежение за соблюдением критериев, которые влияют на развитие сценария работы комплекса, в автоматическом режиме, где при достижении порога насыщения раствора солями, модуль мониторинга состояния системы автоматически передает запрос модулю управления очисткой, кроме того, инициировать работу модуля управления очистки может оператор, когда при достижении предела концентрации соли в ручном режиме запускает работу очистных установок.