Способ и система для определения остаточного срока службы технологического устройства, через которое протекает текучая среда
Изобретение относится к способу определения остаточного срока службы технологического устройства (1), через которое протекает текучая среда и которое представляет собой теплообменник, колонну или резервуар для разделения фаз. Вычислительный блок (20) установлен на устройстве (1) и соединен с возможностью передачи данных с удаленным вычислительным блоком. Измеряемые значения температуры определяют с помощью множества расположенных в или на устройстве (1) датчиков (10). Механическое напряжение определяют с помощью вычислительного блока (20), и механическое напряжение и/или измеряемые значения температуры передают в удаленный вычислительный блок (30) и там определяют остаточный срок службы, или измеряемые значения температуры передают в удаленный вычислительный блок (30) и там определяют механическое напряжение и остаточный срок службы. Изобретение позволяет сделать вывод о сроке службы с максимально возможной точностью. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способу и системе для определения остаточного срока службы технологического устройства, через которое протекает текучая среда и которое выполнено в виде теплообменника или в виде колонны или в виде резервуара для разделения фаз, и к установке, содержащей такое технологическое устройство, через которое протекает текучая среда, и такую систему.
Известный уровень техники
Желательно осуществлять контроль систем или по меньшей мере их компонентов, в частности устройств, путем обнаружения и оценки подходящих величин, таких как вибрации (так называемый контроль состояния), чтобы иметь возможность как можно раньше распознавать поломки, неисправности, отказы и т.п. Для этой цели подлежащие контролю компоненты установки оснащаются подходящими датчиками для измерения подходящих величин и подачи их в средства оценки. В частности, возникающие вибрации могут быть связаны с состоянием системы, чтобы определить, например, вероятность отказа или остаточный срок службы компонентов.
Проблема, однако, заключается в контроле компонентов, состояние которых не может быть оценено с помощью измерений звука или вибрации, например, в случае технологических устройств, через которые протекает текучая среда, таких как теплообменники, колонны или емкости для разделения фаз. Их материал (металл) также подвержен усталости материала, но не из-за вибрации, а из-за колебаний механического напряжения.
Хотя можно рассчитать уровни напряжений в материале с использованием метода конечных элементов, из-за сложности и времени, необходимого для расчета, это невозможно сделать в режиме реального времени, а можно выполнять только не в реальном времени. Для регулярного контроля и определения срока службы такие методы малопригодны.
Например, в документе WO 95/16890 А1 описана система контроля для непосредственного обнаружения потерь мощности теплообменника из-за загрязнения, в которой измеряется разница между первым и вторым набором значений температуры и разница между первым и вторым набором скоростей потока хладагента. С помощью системы сбора данных эти разницы оцениваются, и потери мощности теплообменника отображаются на дисплее.
В документе US 2015/0094988 А1 показана архитектура датчиков для технологической установки с датчиками для получения измеряемых значений и логическим блоком для оценки измеряемых значений датчика и для определения величин, которые невозможно, сложно или просто очень дорого измерять напрямую. Для этого логический блок оценивает значения датчика с помощью эмпирической модели на основе данных.
В документе ЕР 2887168 А2 описаны контроль и управление машинами с установками для выработки электроэнергии, такими как газовые, паровые, ветряные турбины или аналогичные установки для выработки электрической энергии. Данные датчика принимаются от датчиков. Кроме того, принимаются внешние данные, касающиеся, например, истории машины. Данные датчика и внешние данные анализируются и, например, определяется срок службы.
Желательно иметь возможность определять характеристические параметры устройств, таких как теплообменники, колонны или контейнеры для разделения фаз, которые позволяют сделать вывод о сроке службы с максимально возможной точностью.
Раскрытие изобретения
На этом фоне настоящее изобретение предлагает способ определения остаточного срока службы технологического устройства, через которое протекает текучая среда и которое выполнено в виде теплообменника или в виде колонны или контейнера для разделения фаз, и систему, состоящую из датчиков и таких вычислительных блоков для выполнения способа, а также установку, которая состоит из такой системы и технологического устройства, согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования являются соответственно предметом зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.
Устройство может быть сконструировано как компонент технологической установки и соединено с другими компонентами установки, например, с дополнительными теплообменниками, колоннами или резервуарами для разделения фаз.
Изобретение использует определение механических напряжений как не поддающегося непосредствен ному измерению характеристического параметра технологического устройства, через которое протекает текучая среда и которое выполнено в виде теплообменника или в виде устройства для разделения фаз (резервуара с внутренними компонентами) или в виде колонны (полой тонкой колонны с внутренними компонентами), на основе измеряемых значений температуры, которые поступают от множества датчиков, расположенных в или на технологическом устройстве, через которое протекает текучая среда. Остаточный срок службы определяется по механическим напряжениям как дополнительный не поддающийся непосредственному измерению характеристический параметр. Под не поддающимся непосредственному измерению характеристическим параметром в данном контексте следует понимать, в частности, величину, которая характеризует устройство, и которая не может быть получена непосредственно с точки зрения технологии измерения с использованием существующих датчиков.
Таким образом, согласно изобретению, преобладающие механические напряжения, в частности в форме уровней напряжения или профилей напряжения, определяются из измеряемых значений температуры, и из этого остаточный срок службы определяется как дополнительный не поддающийся непосредствен ному измерению характеристический параметр. С этой целью на первом этапе механические напряжения, в частности в форме уровней напряжений или профилей напряжений, преобладающих в материале технологического устройства, рассчитывают на основе измеряемых значений температуры, например, с помощью применения эквивалентных моделей (суррогатного моделирования) или машинного обучения.
Фактически стало очевидным, что срок службы технологического устройства, через которое протекает текучая среда, определяется в решающей степени числом изменений напряжения определенной величины. Такие изменения напряжения обычно происходят во время включения питания устройства, при переключении между различными сценариями работы или в результате нарушений процесса, вызванных, например, отказами машины или клапана. В целом, окончательный срок службы очень сильно зависит от того, как осуществляется управление процессом, но обслуживающий персонал обычно не получает четких указаний о влиянии управления на уровни напряжения, которые возникают в материале устройства, и, следовательно, на ожидаемый срок службы.
Изобретение позволяет определять в реальном времени механические напряжения в материале (обычно в металле) технологического устройства, через которое протекает текучая среда, и из этого оценивать остаточный срок службы и, при желании, другие не поддающиеся непосредственному измерению характеристические параметры. Это предпочтительно может использоваться для контроля состояния и/или упреждающего технического обслуживания устройства. Это также может предпочтительно использоваться для управления с упреждением ("усовершенствованного управления") устройством, при котором устройство работает, например, таким образом, что поддерживается желаемый срок службы. Если, например, обнаружено, что остаточный срок службы слишком мал, например, ниже порогового значения, устройство в будущем может работать таким образом, чтобы происходило меньше изменений напряжения, и, таким образом, чтобы остаточный срок службы больше не падал и даже снова увеличивался.
На устройстве установлен вычислительный блок, который связан для передачи данных с удаленным вычислительным блоком (например, сервером или так называемым "облаком"). Согласно изобретению механическое напряжение определяется посредством вычислительного блока; механическое напряжение и/или измеряемые значения температуры передаются в удаленный вычислительный блок, и там определяется остаточный срок службы. Альтернативно, согласно изобретению измеряемые значения температуры передаются в удаленный вычислительный блок, где определяются механическое напряжение и остаточный срок службы.
Таким образом, в рамках настоящего изобретения получаемый характеристический параметр, то есть получаемое механическое напряжение и/или измеряемые значения температуры, передаются в удаленный вычислительный блок, и там определяется остаточный срок службы, в качестве по меньшей мере одного дополнительного не поддающегося непосредственном у измерению характеристического параметра. В результате, в частности, можно получать характеристические параметры на основе данных от множества устройств и/или характеристические параметры, получение которых превышает вычислительную мощность и/или емкость запоминающих устройств локальных вычислительных блоков, которые используются.
В этом контексте под удаленным вычислительным блоком следует понимать, в частности, вычислительный блок, который не установлен в устройстве и может быть расположен на очень большом расстоянии от него и не обязательно должен находиться в том же здании. Вычислительный блок, который установлен в устройстве, предпочтительно имеет коммуникационное соединение с удаленным процессором через сеть, в частности через Интернет. В частности, удаленный вычислительный блок выполняется в виде сервера, предпочтительно как часть удаленной распределенной вычислительной системы, в соответствии с облачными вычислениями. С помощью облачных вычислений, инфраструктуры информационных технологий (Information Technology, IT) такие как, например, хранилища данных, динамически адаптируются к потребностям и доступны по сети. В частности, поэтому вычислительный блок, установленный в устройстве, может быть выполнен небольшим, а более сложные вычислительные операции могут быть переданы удаленному вычислительному блоку, то есть облаку.
В частности, устройство может быть интегрировано в сеть в рамках так называемой Четвертой промышленной революции (Industry 4.0). Это включает в себя создание сетей и подключение к ним машинного оборудования или установок, и, в частности, их подключение к Интернету или к так называемому Интернету вещей (Internet of Things, IoT). Устройства Интернета вещей, которые интегрированы в сеть таким образом, могут представлять собой, например, вычислительные блоки, систему управления, блок управления, датчики, исполнительные механизмы или другие компоненты машины, которые соединены друг с другом через сеть, в частности, Интернет.
Следовательно, устройство уже предпочтительно оснащено датчиками и вычислительным блоком (как часть системы в соответствии с изобретением) и, следовательно, в определенной степени снабжено своим собственным "интеллектом", независимо от блока управления установкой. Полученное механическое напряжение в качестве не поддающегося непосредственному измерению характеристического параметра затем может быть далее использовано или подвергнуто дальнейшей обработке, в частности, на технологической установке и/или вне ее (например, в компании по обслуживанию). Полученное механическое напряжение может использоваться, например, для контроля состояния и/или технического обслуживания (упреждающего технического обслуживания) и/или управления (усовершенствованного управления).
Полученный срок службы и/или другие не поддающиеся непосредственном у измерению характеристические параметры, которые определяются внешним вычислительным блоком, могут передаваться из внешнего вычислительного блока в вычислительный блок. Характеристические параметры или эти характеристические параметры могут храниться в вычислительном блоке устройства и использоваться повторно, например, для контроля состояния или упреждающего технического обслуживания или в других целях, например, для эксплуатации установки или управления установкой.
Предпочтительно механическое напряжение определяется как характеристический параметр (по существу) в режиме реального времени, так что оно доступно для специальных целей, в частности для определения срока службы. В частности, физические или управляемые данными эквивалентные модели или эквивалентные модели, обученные алгоритмами машинного обучения, могут использоваться для этой цели. Таким образом, в некотором смысле изобретение действует как "интеллектуальный датчик", который "измеряет" интересующий характеристический параметр. Удобно, что могут быть определены дополнительные характеристические параметры, например, срок службы, который был израсходован, внутреннее загрязнение и неправильное распределение технологического потока или технологических потоков (например, неравномерное распределение технологического потока по отдельным каналам пластинчатого теплообменника, что приводит к снижению теплообменной способности, или неравномерное распределение потока газа и жидкости по поперечному сечению в колонне, что приводит к снижению массообменной мощности).
Для определения характеристического параметра в реальном времени в идеале должно быть доступно достаточно большое количество измеряемых значений из разных мест. Однако обычно технологические устройства не оснащены или по меньшей мере не оснащены необходимыми датчиками. Следовательно, предпочтительно, чтобы технологическое устройство уже был спланировано соответствующим образом во время проектирования и оборудовано во время производства достаточным количеством датчиков, которые позволят позднее определять характеристические параметры в режиме реального времени. Эти датчики являются неотъемлемой частью предпочтительного варианта осуществления технологического устройства в соответствии с изобретением и расположены на поверхности или в материале технологического устройства.
Помимо наличия соответствующих датчиков, измерение и обработка сигналов являются еще одним важным аспектом при определении характеристических параметров. Для этой цели может использоваться один или несколько подходящих вычислительных блоков, в частности так называемые одноплатные компьютеры (Single-Board Computer, SBC), такие как Raspberry Pi или Arduino. Одноплатный компьютер - это компьютерная система, в которой все электронные компоненты, необходимые для работы, объединены в одну печатную плату. Благодаря вычислительной мощности и существую щей операционной системе, они имеют возможность гибко записывать и обрабатывать данные датчика (возможно, с помощью методов обработки сигналов, таких как определение выбросов, сглаживание и фильтрация). Они прочные, надежные и малогабаритные. Таким образом, они хорошо соответствуют важным требованиям для использования в промышленной сфере. Более того, одноплатные компьютеры обычно очень недороги. Кроме того, они имеют достаточное количество портов, в частности так называемые универсальные порты ввода/вывода общего назначения (General Purpose Input/Output GPIO, в вод/вы вод общего назначения). Благодаря наличию WiFi, локальных сетей (Local Area Network, LAN), Bluetooth и других телекоммуникационных технологий, таких как технология долгосрочной эволюции универсальной мобильной системы связи (Long Term Evolution, LTE), данные могут передаваться на удаленный процессор (сервер или так называемое "облако") особенно легко. Если сетевое соединение недоступно для передачи или если данные должны отправляться только по запросу, целесообразно использовать внутриплатную память для буферизации данных.
Соединение вычислительного блока (блоков) с распределенной системой управления технологическим процессом (Process Control System, PCS) или распределенной системой управления (Distributed Control System, DCS), которая используется для управления технологической установкой, не является абсолютно необходимым, поскольку вычислительный блок или удаленный вычислительный блок используется для определения характеристического параметра или определения остаточного срока службы, который обычно не имеет никакого отношения к самой работе установки. Следовательно, возможное отсоединение от сети способствует аспектам безопасности. Однако может быть предусмотрено, что измеряемые значения (также называемые внешними измеряемыми значениями), не измеряемые датчиками, в частности температуры на входе и выходе и/или измеряемые значения окружающей среды (температура окружающей среды, давление воздуха, влажность воздуха и т.п.), в дополнение к измеряемым значениям включаются в определение характеристических параметров. В частности, измерения окружающей среды могут также проводиться сторонними организациями, такими как метеорологические службы и т.п.
Предпочтительно виртуальные измеряемые значения целевой величины из "измеряемых и/или внешних" результатов измерения также определяются в вычислительном блоке и/или удаленном вычислительном блоке. В частности, в случае, когда измеряемые значения датчиков, специально предусмотренных для этой цели, и упомянутые внешние измеряемые значения недостаточны для качественного определения характеристического параметра, так называемые виртуальные датчики или программные датчики предпочтительно предоставляются вычислительным блоком. Они основаны на зависимости целевой переменной от замещающих измеряемых величин. Таким образом, целевая величина не измеряется напрямую, а рассчитывается на основе корреляции измеряемых величин и модели корреляции или зависимости. Определение зависимости может происходить различными способами, например, с помощью моделей, искусственных нейронных сетей или многомерных методов. Предпочтительно, программные датчики основаны на моделях ab initio, эмпирических моделях или моделях на основе данных устройства и/или смежного оборудования.
В целом, система, содержащая датчики и по меньшей мере один компьютерный блок, установленный в устройстве, и удаленный вычислительный блок, подключенный к нему, могут преимущественно использоваться для сбора данных датчиков, их фильтрации по мере необходимости и вычисления по мере необходимости дополнительных выходных данных, таких как отсутствующие или непосредствен но недоступные измеряемые величины (внутренние температуры, фазовые состояния), а также для определения характеристических параметров. Предпочтительно, результирующие данные сохраняются в удаленном вычислительном блоке и/или передаются из удаленного вычислительного блока в вычислительный блок. В частности, использование одноплатных компьютеров с облачной технологией является очень гибким и экономически эффективным решением для сбора данных датчиков и предоставления данных программных датчиков.
Предпочтительно теплообменник выполнен в виде пластинчатого или спирального или намотанного теплообменника, в частности, в виде двух- или многопоточного теплообменника. Колонна предпочтительно представляет собой тарельчатую колонну или насад очную колонну или колонну с насадкой для ректификации, абсорбции или физической промывки.
Теплообменники известны в многочисленных, вариантах осуществления. В основном теплообменники предназначены для обеспечения теплообмена между текучими средами (газами или жидкостями), протекающими через них. Текучие среды остаются пространственно разделенными, поэтому смешивание между ними не происходит. Таким образом, тепло, которым обмениваются текучие среды, протекает через структуры теплообменника, которые разделяют текучие среды. Пластинчатый теплообменник имеет множество камер или каналов, которые образованы пластинами и через которые могут протекать текучие среды. Канал может иметь теплообменные профили, так называемые ребра, через которые или вдоль которых течет соответствующая текучая среда. В частности, пластинчатые теплообменники, из-за их особой конструкции с большим количеством камер, через которые протекает текучая среда при различных температурах, подвержены сильной усталости материала, вызванной напряжением, поэтому изобретение особенно хорошо подходит для них.
Благодаря гибкости доступных одноплатных компьютеров и операционных систем, благодаря подключению к облаку и доступным портам GPIO, система датчиков и одноплатный компьютер могут использоваться для всех типов компонентов установки, где установлены датчики, и для всех типов измеряемых величин, особенно в средах, где производитель/обслуживающий персонал не имеет прямого доступа к измеряемым величинам оператора, этот процесс можно использовать для генерирования и сбора данных, которые требуются для дальнейшего необходимого анализа.
При таком подходе возможен, например, контроль производительности спирально-змеевиковых теплообменников. Для теплообменников этого типа трехмерное распределение температуры может быть получено с помощью волоконно-оптических измерений. Сбор данных затем может быть выполнен способами, описанными в данном документе, причем анализ данных предпочтительно направлен на температурные градиенты, наблюдаемые в разных сечениях, и потенциально неправильное распределение технологического потока или технологических потоков. В дополнение к датчикам температуры, давления и расхода, акустические датчики также полезны для контроля вибрации в спирально-змеевиковом теплообменнике. Из всей этой информации можно получить показатели целостности линий и их подвесных опор.
Другим преимущественным использованием таких систем является контроль резервуаров, в которых заявка на поставку должна автоматически генерироваться, когда уровень наполнения падает ниже определенного порога. Здесь уровень может непрерывно контролироваться с помощью подходящих датчиков, и, в частности, модели прогнозирования могут использоваться для оценки идеального времени и/или объема дополнительного заказа, насколько это возможно.
Другим преимущественным использованием таких систем является контроль качества разделения газовой и жидкой фазы в устройстве для разделения фаз или в колонне. Предпочтительно, в дополнение к температурам на поверхности и внутри потока, могут быть получены, в качестве измеряемых значений, расходы потока и потери давления. Из этих измеряемых величин, помимо механических напряжений и остаточного срока службы в качестве характеристических параметров, предпочтительно может быть определена степень разделения газовой и жидкой фазы, которая не может быть измерена непосредственно. Посредством измерения оптических свойств тазовой фазы можно также определить остаточное количество жидкости в газовой фазе. Посредством соответствующего управления технологическим процессом на основании определяемой таким образом доли жидкости могут быть защищены от жидкости находящиеся далее по потоку чувствительные к жидкости устройства, например компрессоры.
Другим преимущественным использованием таких систем является упреждающее техническое обслуживание крупномасштабных систем, таких как установки парового крекинга или установки риформинга. Используя большое количество упомянутых систем, можно собирать и оценивать многочисленные данные реальных и виртуальных датчиков в центре обработки данных или в облаке. На основании оценки можно затем оценить требования к техническому обслуживанию (например, удаление наслоений кокса, ремонт, замена). В то же время сбор и анализ данных могут также позволить обнаруживать слабые места и улучшать будущие системы.
В рамках изобретения представлен гибкий способ для реализации датчиков в устройствах для технологических устройств и для доступа к данным датчика для определения характеристического параметра остаточного срока службы в реальном времени (онлайн). Кроме того, в изобретении предлагаются так называемые программные датчики в одноплатных компьютерах, которые генерируют оценочные значения для величин датчиков, которые не являются непосредственно доступными, на основе величин технологического процесса с использованием моделирования ab initio, из первых принципов, или оптимизации.
Кроме того, реализация способа в форме компьютерной программы является выгодной, потому что это влечет очень низкие затраты, особенно если блок управления, который должен быть реализован, также используется для других задач и, следовательно, присутствует в любом случае. Подходящими носителями данных для предоставления компьютерной программы являются, в частности, магнитные, оптические и электрические запоминающие устройства, такие как жесткие диски, флэш-память, электрически-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM), цифровой универсальный диск (Digital Versatile Disk, DVD) и т.п. Также можно загружать программу через компьютерные сети (Интернет, интранет и т.п.).
Дополнительные преимущества и формы осуществления изобретения станут очевидными из описания и прилагаемых чертежей.
Изобретение иллюстрируется схематически посредством форм осуществления на чертежах и будет описано ниже со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично и в перспективе показан пластинчатый теплообменник снаружи, с рядом добавленных компонентов.
На фиг. 2 схематично в виде блок-схемы процесса показан способ в соответствии с формой осуществления изобретения.
На фиг. 3 схематично в виде блок-схемы показан способ в соответствии с формой осуществления изобретения.
Подробное описание
На фиг. 1 показано снаружи технологическое устройство, выполненное здесь как пластинчатый теплообменник 1. Пластинчатый теплообменник имеет прямоугольный центральный корпус 8, длина которого составляет, например, несколько метров, а ширина или высота составляет, например, около одного или нескольких метров. Сверху центрального корпуса 8, на его боковых сторонах и снизу центрального корпуса 8 можно видеть коллекторы 6 и 6а. Коллекторы 6 и 6а, расположенные ниже центрального корпуса 8 и на стороне, обратной от показанной стороны, частично скрыты.
Через штуцеры 7 в пластинчатый теплообменник подают текучую среду или технологический поток, или его снова удаляют. Коллекторы 6 и 6 а служат для распределения жидкости, вводимой через штуцеры 7, или для сбора и концентрирования жидкости, которая выводится из пластинчатого теплообменника. Внутри пластинчатого теплообменника различные потоки жидкости обмениваются тепловой энергией.
Пластинчатый теплообмен ник, показанный на рис. 1, предназначен для того, чтобы более двух потоков жидкости проходили мимо друг друга в отдельных каналах для теплообмена. Часть потоков может проходить в противоположных направлениях друг к другу, другая часть - в поперечном или в том же направлении.
Центральный корпус 8 по существу представляет собой пакет разделительных пластин, теплообменных профилей (называемых ребрами) и распределительных профилей. Существуют чередующиеся разделительные пластины и слои, имеющие профили. Слой, который имеет теплообменный профиль и распределительный профиль, называется каналом.
Следовательно, центральный корпус 8 имеет попеременно каналы 14 и разделительные пластины, лежащие параллельно направлениям потока. Как разделительные пластины, так и каналы обычно изготавливают из алюминия. По бокам каналы закрыты алюминиевыми планками, поэтому боковая стенка образована многослойной структурой с разделительными пластинами. Каналы, лежащие снаружи центрального корпуса, покрыты крышкой, выполненной из алюминия, лежащей параллельно каналам и разделительным пластинам.
Такой центральный корпус 8 может быть изготовлен, например, путем нанесения твердого припоя на поверхности разделительных пластин и затем попеременной укладки разделительных пластин и каналов. Крышки закрывают центральный корпус 8 сверху или снизу. Вслед за этим центральный корпус паяется нагреванием в печи.
По бокам пластинчатого теплообменника распределительные профили имеют каналы доступа к распределительным профилям. Через них текучая среда может вводиться снаружи в соответствующие каналы или также снова удаляться через коллекторы 6 и 6а и соединительные элементы 7. Доступ к профилю распределителя закрыт коллекторами 6 и 6а.
Из документа ЕР 1798508 А1 известно, что распределение напряжений определяют путем моделирования распределения температуры на основе теплового потока в пластинчатом теплообменнике. Риск отказов может быть оценен на основе этих смоделированных распределений напряжений. Чтобы определить распределение напряжений в пластинчатом теплообменнике, сначала определяется пространственное распределение температуры на основе модели слоя, и из этого рассчитывается распределение напряжений.
В рамках одной формы осуществления изобретения теперь предлагается оборудовать пластинчатый теплообменник достаточным количеством датчиков, сконструированных здесь как датчики 10 температуры, и на основе данных датчиков на первом этапе определять распределение напряжений, в качестве не поддающегося непосредственному измерению характеристического параметра, представляющего интерес. Датчики 10 температуры связаны для передачи данных с вычислительным блоком 20, который предпочтительно также расположен на пластинчатом теплообменнике. Хотя на фигуре датчики 10 температуры находятся на относительно больших расстояниях друг от друга, на практике они обычно находятся близко друг к другу, чтобы иметь возможность измерять распределение температуры с достаточным разрешением.
Согласно предпочтительной форме осуществления изобретения, проиллюстрированной здесь, вычислительный блок 20 выполнен в виде одноплатного компьютера и предназначен для реализации способа согласно изобретению, как схематически показано на фиг. 2.
На этапе 201 ряд измеряемых значений температуры получают как измеряемые значения с помощью датчиков 10 температуры и подают в вычислительный блок 20.
На этапе 202 результаты измерения температуры оценивают, в частности, с использованием моделей для определения напряжений, преобладающих в материале (203). Эти напряжения определяются, в частности, с пространственным и хронологическим разрешением, в результате чего могут быть определены, в частности, зависящие от местоположения и времени профили напряжения. Напряжения или профили напряжений представляют собой характеристическую переменную, которую нельзя измерить напрямую.
Они подаются в средство 204 оценки срока службы, в котором оставшийся срок службы определяется как дополнительная характеристическая переменная, которая не может быть измерена напрямую (205). Определение использует, в частности, определение колебаний напряжения и сравнение их с одним или несколькими заранее заданными пороговыми значениями. Чем больше локальное колебание напряжения, тем больше нагрузка на материал и тем короче оставшийся срок службы. Сильные колебания здесь включают в себя как большое абсолютное изменение, так и быстрое относительное изменение, то есть с большим градиентом.
Отдельные этапы выполняются, в частности (квази-) непрерывно, чтобы обеспечить непрерывный контроль устройства 1.
На фиг. 3 схематично показана блок-схема системы 100 в соответствии с предпочтительной формой осуществления изобретения. Система 100 содержит, как объяснено, множество датчиков 10, выполненных, в частности, в виде датчиков температуры; вычислительный блок 20, связанный с ними для передачи данных и предпочтительно выполненный в виде одноплатного компьютера; а также удаленный вычислительный блок 30 ("облако"), связанный для передачи данных с вычислительным блоком 20.
Вычислительному блоку 20 предпочтительно предоставляются дополнительные данные 15, такие как, например, данные из системы управления технологическим и м процессом и/или данные предыстории и/или данные об окружающей среде. Их можно понимать как внешние измеренные значения.
Таким образом, в вычислительном блоке 20 многочисленные (внутренние и внешние) измеряемые значения доступны как из технологического процесса, так и из окружающей среды (21). В дополнение к измеряемым значениям температуры они могут включать, помимо прочего, измеряемые значения расхода, измеряемые значения давления и другие измеряемые значения температуры, такие как температура на входе и выходе, состав и доля жидкости или газа в текучей среде (7) или температура окружающей среды.
В форме осуществления изобретения в вычислительном блоке 20 также могут быть реализованы один или более так называемых программных датчиков 22, которые на основе доступных измеряемых значений 21 вычисляют одно или несколько виртуальных измеряемых значений целевых величин, которые труднодоступны для измерения.
Реальные (внутренние и/или внешние) измеряемые значения 21 и виртуально измеряемые значения 22 подают в средство 23 оценки, которое определяет на первом этапе преобладающие профили температуры, в частности, в контролируемом устройстве 1.
Альтернативно или дополнительно, измеряемые значения температуры и/или профили температуры могут передаваться в удаленный вычислительный блок 30.
В соответствии с предпочтительной формой осуществления изобретения на этапе 24 из профилей температуры в вычислительном блоке 20 определяются профили напряжения, как не поддающиеся непосредственному измерению характеристические параметры, причем вычисление может быть основано, в частности, на моделях, таких как м era модели на основе данных, вместе с алгоритмом оценки (фильтром или наблюдателем). Профили напряжения или значения напряжения передаются на этапе 25 в удаленный блок 30 обработки для хранения и/или дальнейшей обработки.
Альтернативно, профили напряжения также могут быть получены из температурных профилей в удаленном блоке 30 обработки.
В удаленном блоке 30 обработки по профилям напряжения оценивается остаточный срок службы устройства 1, как не поддающийся непосредственному измерению характеристический параметр. Результат может сохраняться и/или дополнительно обрабатываться в удаленном блоке 30 обработки. Альтернативно или дополнительно, результат также может передаваться из удаленного блока 30 обработки в вычислительный блок 20 для хранения и/или дальнейшей обработки.
Также возможно, что остаточный срок службы устройства 1 оценивается, как не поддающийся непосредствен ному измерению характеристический параметр, в вычислительном блоке 20 из значений напряжения или профилей напряжения.
Остаточный срок службы и/или любой другой не поддающийся непосредственному измерению характеристический параметр можно повторно использовать или дополнительно обрабатывать, в частности, на технологической установке и/или вне ее (например, сервисной компанией, занимающейся техническим обслуживанием оборудования). Остаточный срок службы и/или любой другой характеристический параметр, который нельзя измерить напрямую, может использоваться, например, для контроля состояния и/или технического обслуживания (упреждающего обслуживания) и/или управления (усовершенствованного управления) в устройстве или всей системе, соответственно.
1. Способ определения остаточного срока службы технологического устройства (1), через которое протекает текучая среда и которое представляет собой теплообменник, колонну или резервуар для разделения фаз, при этом
устанавливают на этом устройстве (1) вычислительный блок (20) и соединяют его для передачи данных с удаленным вычислительным блоком (30),
определяют измеряемые значения температуры с помощью расположенных в устройстве (1) или на устройстве (1) датчиков (10), и определяют механическое напряжение из измеряемых значений температуры, как характеристический параметр, который не может быть измерен напрямую, а из механического напряжения определяют остаточный срок службы устройства, как еще один характеристический параметр, который не может быть измерен напрямую,
a) при этом механическое напряжение определяют с помощью упомянутого вычислительного блока (20), а механическое напряжение и/или измеряемые значения температуры передают в удаленный вычислительный блок (30) и там определяют остаточный срок службы с помощью упомянутого удаленного вычислительного блока (30), или
b) измеряемые значения температуры передают в удаленный вычислительный блок (30) и там определяют механическое напряжение и остаточный срок службы с помощью упомянутого удаленного вычислительного блока (30).
2. Способ по п. 1, в котором вычислительный блок (20) представляет собой одноплатный компьютер и/или удаленный вычислительный блок (30) представляет собой сервер или облако.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором, в дополнение к измеряемым значениям температуры, определяют, посредством датчиков (10), расположенных в устройстве (1) или на устройстве (1), измеряемые значения по меньшей мере одной величины, выбранной из давления, расхода протекающего потока, состава протекающего потока, степени расширения, интенсивности вибрации; степени изменения или степени рассеяния, преломления или поглощения электромагнитных волн.
4. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором, в дополнение к остаточному сроку службы, определяют по меньшей мере один дополнительный не поддающийся прямому измерению характеристический параметр посредством установленного на устройстве (1) вычислительного блока (20) и/или посредством удаленного вычислительного блока (30), причем по меньшей мере один дополнительный не поддающийся непосредственному измерению характеристический параметр выбирают из группы, включающей в себя срок службы, который был израсходован, внутреннее загрязнение, некорректное распределение технологического потока, локальное распределение температуры и концентрации, локальный градиент температуры и жидкостную часть или газовую часть технологического потока.
5. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один дополнительный характеристический параметр, поддающийся непосредственному измерению, используют для контроля состояния и/или упреждающего технического обслуживания и/или управления технологическим устройством (1), через которое протекает текучая среда.
6. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один дополнительный параметр, не поддающийся непосредственному измерению, передают из удаленного вычислительного блока (30) в вычислительный блок (20).
7. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором механическое напряжение определяют, как не поддающийся непосредственному измерению характеристический параметр, путем применения физических или управляемых данными эквивалентных моделей или путем применения эквивалентных моделей, которые обучены алгоритмами машинного обучения.
8. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором определение механического напряжения, как не поддающегося прямому измерению характеристического параметра, дополнительно выполняют на основании по меньшей мере одной измеряемой величины, которую не получают с помощью датчиков (10), расположенных на устройстве (1) или в устройстве (1).
9. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором из измеряемых значений определяют по меньшей мере одно виртуально измеренное значение целевой величины.
10. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором преобладающие механические напряжения в виде уровней напряжения или профилей напряжения определяют из измеряемых значений температуры, и из них определяют остаточный срок службы.
11. Способ по п. 10, в котором количество изменений механического напряжения определяют заранее заданной величиной.
12. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором технологическое устройство (1), через которое протекает текучая среда, представляет собой пластинчатый, спиральный или змеевиковый теплообменник.
13. Система (100) для определения остаточного срока службы технологического устройства (1), содержащая датчики (10), расположенные в технологическом устройстве (1), или на технологическом устройстве (1), через которое протекает текучая среда и которое представляет собой теплообменник, колонну или резервуар для разделения фаз; вычислительный блок (20), который соединен, с возможностью передачи данных, с упомянутыми датчиками и установлен на упомянутом устройстве (1); и удаленный вычислительный блок (30), который соединен, с возможностью передачи данных, с упомянутыми датчиками (10); причем упомянутая система (100) имеет средства для осуществления способа по одному из предыдущих пунктов.
14. Установка, содержащая технологическое устройство (1), через которое протекает текучая среда и которое представляет собой теплообменник, колонну или резервуар для разделения фаз, и систему по п. 13.
