УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНДЕНСАТООТВОДЧИКА С ДИАГНОСТИКОЙ И СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ КОНДЕНСАТООВОДЧИКА
DEVICE FOR CONTROLLING CONDENSATE TRAP WITH DIAGNOSTICS AND METHOD OF CONTROLLING OPERATION OF CONDENSATE TRAP

[0001] Настоящее изобретение относится к контролю конденсатоотводчиков, используемых в производственных процессах. Конкретнее, настоящее изобретение относится к системе и способу обнаружения протечки или износа конденсатоотводчика.
[0002] Конденсатоотводчики обычно используются во многих производствах для удаления нежелательной воды или конденсата из паропроводов. На обычной промышленной установке могут быть размещены тысячи таких устройств. Обычно конденсатоотводчик является низкотехнологичным устройством, которое рассчитано на то, чтобы иметь невысокую стоимость. Часто конденсатоотводчики являются полностью механическими.
[0003] Обычно конденсатоотводчик выполнен с предоставлением возможности конденсату вытекать из трубы с целью поддержания КПД и уменьшения «гидравлического удара» в трубе. Типичный конденсатоотводчик может иметь одну или более камер и элементов, находящихся в физическом контакте с конденсатом. Когда уровень конденсата поднимается выше некоторого порога, активируется подвижный элемент внутри конденсатоотводчика, или в другом случае задействуется один или более клапанов для предоставления возможности конденсату вытекать. После того как конденсат вытек, уровень конденсата внутри конденсатоотводчика уменьшается до такой степени, что клапан закрывается и в сборнике повторно создается давление.
[0004] Конденсатоотводчики подвержены очень распространенным проблемам; они часто протекают или залипают в закрытом положении. Протечки конденсатоотводчиков часто возникают из-за изнашивания подвижного элемента внутри конденсатоотводчика; при этом износ или засорение клапана(ов) может вызвать залипание в закрытом положении. Независимо от причины протечка или залипание конденсатоотводчика являются нежелательными по ряду причин. Во-первых, требуется относительно большое количество энергии для нагревания воды до парообразного состояния. Таким образом, протекающий конденсатоотводчик будет бесполезно терять энергию, позволяя пару выходить до того, как его энергозапас может быть полностью использован. Дополнительно, многие системы для отвода конденсата не предназначены для непрерывного поддержания давления, например, вызванного протечкой пара. Соответственно, компонент(ы) ниже по потоку от конденсатоотводчика могут быть повреждены или выйти из строя иным образом в результате непрерывной утечки пара. Дополнительно, при большой утечке паровая труба может оказаться не в состоянии подавать достаточное давление пара и потока для достижения требуемой цели. Залипшие конденсатоотводчики, кроме того, препятствуют удалению из паровой системы воды, которая может вызвать коррозионное повреждение или гидравлические удары.
[0005] Соответственно, существует постоянная потребность контролировать и диагностировать работу конденсатоотводчиков.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Устройство для контроля конденсатоотводчика включает в себя датчик параметра процесса, выполненный с возможностью измерять параметр процесса, относящийся к работе конденсатоотводчика. Память содержит информацию, относящуюся к базовой величине параметра процесса. Диагностическая схема рассчитывает текущую величину параметра процесса, измеренного датчиком параметра процесса, и сравнивает текущую величину с базовой величиной. На основании сравнения диагностическая схема ответно обеспечивает диагностический выходной сигнал, основанный на сравнении. Базовую и текущую величины рассчитывают по периоду времени, в течение которого конденсатоотводчик открыт или закрыт.
В первом аспекте настоящего изобретения устройство для контроля конденсатоотводчика, содержащее: датчик параметра процесса, выполненный с возможностью измерять параметр процесса, относящийся к работе конденсатоотводчика; память, содержащую информацию, относящуюся к базовой величине параметра процесса; и диагностическую схему, выполненную с возможностью рассчитывать текущую величину параметра процесса, измеренного с помощью датчика параметра процесса, сравнивать текущую величину параметра процесса с базовой величиной и ответно обеспечивать диагностический выходной сигнал, основанный на сравнении, причем диагностический выходной сигнал является показателем потери энергии в результате износа конденсатоотводчика, причем базовая величина и текущая величина основаны на периодах времени, в течение которых конденсатоотводчик открыт и/или закрыт.
В некоторых вариантах осуществления датчик параметра процесса является акустическим датчиком. В некоторых вариантах осуществления диагностический выходной сигнал является показателем остаточного ресурса конденсатоотводчика. В некоторых дополнительных вариантах осуществления остаточный ресурс основан на числе циклов выпуска, испытанных конденсатоотводчиком. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к длительности времени, в течение которого конденсатоотводчик открыт. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к длительности времени, в течение которого конденсатоотводчик закрыт. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к периоду времени между открытиями конденсатоотводчика. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к периоду времени между закрытиями конденсатоотводчика.
Во втором аспекте настоящего изобретения способ контроля работы конденсатоотводчика, содержащий: измерение параметра процесса с использованием датчика параметра процесса, при этом параметр процесса относится к работе конденсатоотводчика; извлечение из памяти информации, относящейся к базовой величине параметра процесса; расчет текущей величины параметра процесса; сравнение базовой величины параметра процесса с текущей величиной параметра процесса; диагностирование работы конденсатоотводчика, основанное на этапе сравнения, причем диагностирование работы включает в себя определение потери энергии в результате износа конденсатоотводчика; и при этом базовая величина и текущая величина основаны на периодах времени, в течение которых конденсатоотводчик открыт и/или закрыт.
В некоторых вариантах осуществления датчик параметра процесса является акустическим датчиком. В некоторых вариантах осуществления диагностирование работы включает в себя прогнозирование остаточного ресурса конденсатоотводчика. В некоторых дополнительных вариантах осуществления остаточный ресурс прогнозируют на основании числа циклов выпуска, испытанных конденсатоотводчиком. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к длительности времени, в течение которого конденсатоотводчик открыт. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к длительности времени, в течение которого конденсатоотводчик закрыт. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к периоду времени между открытиями конденсатоотводчика. В некоторых вариантах осуществления текущая величина относится к периоду времени между закрытиями конденсатоотводчика.
В третьем аспекте настоящего изобретения устройство для контроля конденсатоотводчика, содержащее: средство для измерения параметра процесса, относящегося к работе конденсатоотводчика; средство для извлечения из памяти информации, относящейся к базовой величине параметра процесса; средство для расчета текущей величины параметра процесса; средство для сравнения базовой величины параметра процесса с текущей величиной; средство для диагностирования работы конденсатоотводчика, основанного на этапе сравнения, причем диагностирование работы включает в себя определение потери энергии в результате износа конденсатоотводчика; и при этом базовая величина и текущая величина основаны на периодах времени, в течение которых конденсатоотводчик открыт и/или закрыт.
В некоторых вариантах осуществления средство для диагностирования работы включает в себя средство прогнозирования остаточного ресурса конденсатоотводчика.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение конденсатоотводчика, с которым применимы варианты осуществления настоящего изобретения.
[0008] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение другого конденсатоотводчика, с которым применимы варианты осуществления настоящего изобретения.
[0009] Фиг. 3 представляет собой упрощенную блок-схему системы контроля конденсатоотводчика.
[0010] Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий открытие и закрытие конденсатоотводчика в зависимости от времени.
[0011] Фиг. 5 представляет собой другой график, иллюстрирующий открытие и закрытие конденсатоотводчика в зависимости от времени.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0012] В настоящем изобретении обеспечено устройство для контроля конденсатоотводчика, которое включает в себя датчик параметра процесса для использования при выполнении диагностики конденсатоотводчика. Датчик параметра процесса измеряет параметр процесса, относящийся к работе конденсатоотводчика. Например, измеренный параметр процесса может быть отнесен к открытию и/или закрытию конденсатоотводчика. Диагностическая схема в устройстве для контроля конденсатоотводчика рассчитывает текущую величину параметра процесса, измеренного датчиком параметра процесса. Эта величина сравнивается с базовой величиной, хранящейся в памяти, и используется для ответного обеспечения диагностики.
[0013] Некоторые устройства для контроля конденсатоотводчика, относящиеся к предшествующему уровню техники, всего лишь обеспечивают индикацию того, что сборник полностью перестал действовать, например он залип в открытом или закрытом состоянии. Однако было бы желательным также заранее выявлять сборник, который находится в процессе потери работоспособности, до утраты им работоспособности. Это позволяет производить замену конденсатоотводчика в нужное время без необходимости останавливать производственный процесс. В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает прогнозный показатель того, что конденсатоотводчик находится в процессе потери работоспособности или что он скоро может полностью перестать действовать. Прогноз в некоторых случаях включает в себя прогноз остаточного ресурса конденсатоотводчика до наступления окончательного отказа.
[0014] Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть применены по отношению к любому конденсатоотводчику, который имеет впускное отверстие, которое присоединено или выполнено с возможностью присоединения к источнику пара, например паропроводу, и выпускное отверстие, которое периодически выпускает конденсат и/или воздух, но в остальных случаях ожидается, что он поддерживает повышенное давление по отношению к внешней среде. Настоящее изобретение не ограничено конфигурациями конденсатоотводчиков, которые показаны или описаны в данном документе.
[0015] На фиг. 1 приведено схематическое изображение конденсатоотводчика, с которым применимы варианты осуществления настоящего изобретения. Конденсатоотводчик 100 гидравлически соединен с паропроводом 102 и водосборником/обратной линией 104. Паропровод 102 содержит в себе пар. Пар может быть статическим или текущим и может быть насыщенным паром или перегретым паром. Конденсат, который течет, или иным образом присутствует в паровой трубе 102, будет втекать во впускное отверстие 106 и накапливаться в камере 108. Камера 108 включает в свой состав выпускное отверстие 110, которое закрыто или перекрыто подвижным элементом 112. Подвижный элемент 112 может содержать перегородку или любую другую подходящую физическую конструкцию. По мере того как конденсат 114 накапливается внутри камеры 108, уровень 116 конденсата 114 возрастает. По мере того как уровень повышается, количество конденсата, вытесненное подвижным элементом 112, возрастает, увеличивая, таким образом, уровень, до которого подъемная сила элемента 112 принуждает элемент 112 подниматься вверх. В какой-то момент уровень конденсата 114 достигнет порога, где подвижный элемент 112 поднимется в положение, указанное пунктирной линией на ссылочной позиции 118. После того как элемент 112 поднимется, конденсат 114 отводится через выпускное отверстие 110 в течение короткого периода времени. После того как отведено достаточное количество конденсата 114, под действием силы тяжести элемент 112 опускается и входит в контакт с выпускным отверстием 110, уплотняя тем самым выпускное отверстие 110. Таким образом, конденсатоотводчик 100 будет периодически выпускать из себя некоторое количество конденсата 114, воздуха и пара.
[0016] На фиг. 2 приведено схематическое изображение другого конденсатоотводчика, с которым применимы варианты осуществления настоящего изобретения. Конденсатоотводчик 200 соединен с паропроводом 102 и обратной линей 104. Сборник 200 включает в свой состав корпус 202 сборника, который соединен с или включает в себя впускное отверстие 204, которое гидравлически соединено с паропроводом 102 через трубопровод 206. Соответственно, конденсат или другие жидкости, протекающие или иным образом присутствующие в паропроводе 102, опускаются через трубопровод 206 и поступают в корпус 202 сборника через впускное отверстие 204. Текучая среда 208, таким образом, накапливается в корпусе 202 сборника. Поплавок 210 расположен в корпусе 202 сборника и выполнен с возможностью держаться на поверхности выбранного количества текучей среды 208. В связи с тем что поплавок 210 поднимается, он в результате входит в контакт с подвижным элементом 212 клапана 214. Когда поплавок 210 перемещает элемент 212 в достаточной степени, клапан 214 открывается, таким образом, соединяя участок 216, находящийся выше по течению, с участком 218 ниже по течению. Участок 216 выше по течению гидравлически соединен с положением 220 вблизи дна тела 202 сборника. Соответственно, текучая среда 208 вблизи положения 220 потечет в трубопровод 222; через клапан 214; через трубопровод 224 и в обратную линию 104. Потоку текучей среды 208 содействует относительно высокое давление в паропроводе 102, чье давление надавливает на поверхность 226 текучей среды 208.
[0017] Чтобы сделать возможной реализацию вариантов осуществления настоящего изобретения с существующими или механическими конденсатоотводчиками старого образца, предпочтительно, чтобы для таких устройств не требовалось производить никаких модификаций. Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения, как правило, направлены на обеспечение контроля любого конденсатоотводчика, который имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, периодически выпускающее конденсат, без необходимости какой-либо модификации самого конденсатоотводчика или без потребности в обеспечении какой-либо проводки, которая должна быть подведена к конденсатоотводчику. Однако настоящее изобретение не ограничивается данной конфигурацией.
[0018] Фиг. 1 и 2 также показывают устройство 230 для контроля конденсатоотводчика, присоединенное к конденсатоотводчику 100/200 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Для простоты показанное устройство 230 для контроля конденсатоотводчика может быть использовано с любым конденсатоотводчиком. Устройство 230 для контроля конденсатоотводчика подробно описано ниже и может быть присоединено к корпусу конденсатоотводчика в одной линии с трубопроводом, так чтобы текучая среда фактически протекала через устройство 230 для контроля и т.д. Альтернативно, устройство 230 для контроля конденсатоотводчика может быть просто расположено вблизи конденсатоотводчика 200, например прикреплено к трубопроводу 224 или к корпусу 202 сборника.
[0019] На фиг. 3 приведена упрощенная блок-схема устройства 230 для контроля конденсатоотводчика. Устройство 230 для контроля конденсатоотводчика включает в свой состав датчик 232 параметра процесса. Датчик 232 выполнен с возможностью его расположения вблизи конденсатоотводчика 200, например клапана 214, показанного на фиг. 2, или подвижного элемента 112, показанного на фиг. 1. Датчик 232 может быть любым типом датчика параметра процесса, который обеспечивает выходной сигнал, являющийся показателем открытия и/или закрытия конденсатоотводчика. Например, температурный датчик может быть использован для измерения изменений температуры в результате открытия и закрытия конденсатоотводчика. Дополнительно, может быть использован акустический датчик, способный обнаруживать шум, возникающий при открытии или закрытии конденсатоотводчика и/или шум от того, что пар или жидкость возвращается в обратную линию 104. Другим примером датчика является аналитический датчик, который может быть использован для обнаружения различий между паром и водой.
[0020] Выходной сигнал с датчика 232 параметра процесса передается схеме 234 датчика. Схема 234 датчика может включать в себя усилители, фильтры, аналогово-цифровой преобразователь или другую схему для обеспечения цифрового представления измеренного параметра процесса в микропроцессоре 236. Микропроцессор 236 работает согласно инструкциям, хранящимся в памяти 238, и с тактовой частотой, определяемой системными часами 240. Микропроцессор 236 является одним примером варианта осуществления диагностической схемы согласно настоящему изобретению и используется для выполнения диагностики конденсатоотводчика, например конденсатоотводчика 200, показанного на фиг. 2. Схема 242 связи выполнена с возможностью обеспечивать выходной сигнал 246, относящийся к диагностике, выполняемой микропроцессором 236. Выходной сигнал 246 может содержать, например, проводной или беспроводной выходной сигнал, локальный индикатор, например визуальную индикацию, аудио выходной сигнал, и т.д. В некоторых конфигурациях, если используется проводной выходной сигнал 246, то же подключение может быть использовано для обеспечения электропитания устройству 230 для контроля конденсатоотводчика. Одним примером проводного выходного сигнала является двухпроводной контур управления технологическим процессом, в котором уровень тока используется для представления информации. Цифровая информация, кроме того, может быть смоделирована на таком двухпроводном контуре управления технологическим процессом. Конкретным примером является контур управления технологическим процессом в соответствии с НАКТ-протоколом передачи данных. Один пример беспроводного выходного сигнала включает в себя WirelessHART -протокол передачи данных IEC 62591 Standard. В некоторых конфигурациях устройство 230 для контроля конденсатоотводчика включает в себя внутренний источник питания, например батарейку или подобное. Энергия для обеспечения работы устройства 230 для контроля конденсатоотводчика, кроме того, может быть извлечена непосредственно из выполнения производственного процесса. Например, для выработки электроэнергии могут быть использованы температурные перепады, также как и вибрации или другие механизмы действия. Солнечные элементы или подобное могут быть использованы для преобразования световой энергии в электричество.
[0021] Микропроцессор 236 контролирует параметр процесса, измеренный с помощью датчика 232 параметра процесса, и рассчитывает текущую величину параметра процесса, используя схему 244 расчета величины. Данная схема может содержать алгоритм или подобное на базе программных инструкций, хранящихся в памяти 238. В одном варианте осуществления рассчитанная величина относится к открытию и/или закрытию клапана или к уплотнению контролируемого конденсатоотводчика. Затем рассчитанная величина сравнивается микропроцессором 236 с базовой величиной, хранящейся в памяти 238. На основе этого сравнения схема 242 связи обеспечивает диагностический выходной сигнал. В одном варианте осуществления диагностический выходной сигнал представляет собой прогнозный выходной сигнал, который обеспечивает индикацию, относящуюся к неминуемому отказу конденсатоотводчика 200.
[0022] В одной конфигурации измеренный параметр относится ко времени, и конкретно, к периоду времени (или длительности времени), в течение которого конденсатоотводчик открыт и/или закрыт.Например, на фиг. 4 приведен график выходного сигнала с датчика 232 параметра процесса в зависимости от времени. Во время нормальной работы конденсатоотводчик открыт в течение времени t. Следовательно, время t является базовой величиной, которая хранится в памяти 238. По мере того как конденсатоотводчик используется, длительность времени, в течение которого сборник открыт, может измениться. Например, на фиг. 4 период времени открытия конденсатоотводчика меняется на t+Δt. Это является текущей величиной, которая рассчитана микропроцессором 236. Микропроцессор 236 выполняет диагностику путем сравнения базовой величины t с текущей величиной t+Δt. Сравнение может быть простым сравнением с пороговым значением или может быть более сложным сравнением, например, путем наблюдения трендов в течение отрезка времени, когда конденсатоотводчик открыт или закрыт. Сравнение, кроме того, может включать в себя регулируемый предел, например, в процентах. Например, если текущая величина более чем на Х% отличается от базовой величины, может быть инициирован диагностический выходной сигнал. Хотя на фиг. 4 показана увеличенная длительность времени, в течение которой открыт сборник, такая же методика может быть использована для обнаружения уменьшения длительности времени. Диагностический выходной сигнал указывает на то, что в конденсатоотводчике или в процессе произошло какое-то изменение. Например, возможно начал разрушаться уплотнитель сборника, или одна из труб стала засоряться, и прочее. Таким образом, диагностика является прогнозной диагностикой, обеспечивающей диагностический выходной сигнал до окончательного отказа конденсатоотводчика. Прогнозный выходной сигнал, кроме того, может включать в себя информацию о трендах или иным образом обеспечивать информацию, которая относится к ожидаемому оставшемуся сроку полезного использования конденсатоотводчика до его окончательного отказа. Это может быть определено, например, экспериментально наблюдая отказы реальных конденсатоотводчиков. Выходной сигнал может быть основан более чем на одном периоде времени. Например, многократные периоды времени могут быть усреднены вместе, отсортированы для представления информации в виде гистограмм и т.д.
[0023] На фиг. 5 показан другой пример варианта осуществления настоящего изобретения, в котором частота, с которой открывается и/или закрывается конденсатоотводчик, используется для выполнения диагностики. На фиг. 5 показан выходной сигнал от датчика параметра процесса в зависимости от времени. На фиг. 5 показано изменение частоты открытия конденсатоотводчика 200. Например, на фиг. 5 во время нормальной работы конденсатоотводчик открывается с периодом f. В такой конфигурации f представляет собой базовую величину, хранящуюся в памяти 238. Фиг. 5, кроме того, показывает вторую длительность времени, во время которого конденсатоотводчик открыт, f-Δf.
Если, например, конденсатоотводчик начинает открываться чаще, чем он открывался раньше, это может быть показателем того, что в течение каждого открытия выпускается недостаточное количество конденсата, вызывая посредством этого более частое открытие конденсатоотводчика. Как в случае конфигурации, показанной на фиг. 4, частота открытия может быть сравниваемой с базовой величиной, хранящейся в памяти 238, может быть наблюдаемой на основе трендов, или могут быть применены другие диагностические методики. Диагностика является прогнозной диагностикой, указывающей на то, что конденсатоотводчик находится в процессе потери работоспособности, но пока еще полностью не перестал действовать. Для обеспечения оценки остаточного ресурса конденсатоотводчика до наступления его окончательного отказа, могут быть применены анализ трендов или другие методики. В дополнение к прогнозированию времени до полного отказа сборника, прогнозная диагностика может обеспечить выходной сигнал, связанный с экономией энергии, которая была бы получена при замене теряющего работоспособность или неисправного конденсатоотводчика до его окончательного отказа. Это даже может коррелировать с количеством уменьшенных углеродосодержащих выбросов, которое было бы получено в случае замены конденсатоотводчика. Диагностика может быть основана более чем на одной диагностической методике на основе времени. Например, диагностические методики, показанные на фиг. 4 и 5, могут быть использованы одновременно для обеспечения более точной диагностики. В некоторых конфигурациях диагностика дополнительно основана на другой информации, например температуре выпуска пара или температуре пара в сборнике, давлении пара в сборнике, давлении во время выпуска пара и т.д. Изобретение не ограничено двумя параметрами на основе времени, приведенными на фиг. 4 и 5, и могут быть применены другие параметры на основе времени, имеющие отношение к открытию и/или закрытию конденсатоотводчика.
[0024] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что изменения могут быть сделаны в форме и деталях без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Другим примером диагностической методики является контроль числа конденсатоотводчиков и подсчет числа циклов выпуска, которые они испытывают. Эта информация затем может быть статистически обработана с целью определения среднего числа циклов, которое будет испытывать конденсатоотводчик до отказа. Эта информация может быть использована в качестве прогноза остаточного ресурса. Например, когда конденсатоотводчик достигает среднего значения, может быть предусмотрен выходной сигнал, указывающий на то, что конденсатоотводчик приближается к исчерпанию ресурса.