烟机机组综合状态实时监测方法、系统、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及石油化工大型机组能效监测，特别涉及一种烟机机组综合状态实时监测方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、长期以来，生产装置工艺节能优化已经得到了足够重视，但设备节能则重视程度不够。实际上，设备能耗在装置用能结构中占比较高，以炼油过程耗能最高的催化裂化装置为例，其大型机组和机泵耗能量约占催化装置总耗能量的11％。因此，做好设备节能工作很有必要。

2、烟气轮机-主风机-电动机/发电机烟机机组作为催化裂化装置的主要能量回收设备，是催化裂化装置的核心设备。催化裂化烟气经分离净化后，通过高温烟气蝶阀进入烟气轮机膨胀做功，其产生的能量被烟气轮机回收。在烟气通道中设置的烟气蝶阀和双动滑阀是调节再生器压力或控制反应器、再生器差压及烟气轮机转速的主要装置。主风机一般采用静叶可调式轴流风机，通过对可调静叶的控制，自动调节风机风量，从而有效满足生产需求。通过烟气轮机回收烟气中的能量，将烟气的热能和压力能转化为动能，再通过转轴直接将能量传递给风机做功。当烟气轮机回收的能量小于风机消耗的能量时，电机为电动状态，反之电机为发电状态。

3、烟机机组能效的高低直接影响着装置能耗。烟机机组结构、原理复杂，运行参数众多，参数间相互耦合作用较强。当前，烟机机组缺乏准确的在线实时能效监测技术，既无法及时进行不同装置同一机组能效的横向比对，也不方便了解机组本身能耗的历史变化趋势，机组能效管理缺乏目标性、紧迫感和优化方向指导，制约了机组能效的提升。烟机机组中，烟气轮机和主风机的运行经济性评价显得尤为重要，而在计算烟气轮机轴功率时，还需考虑主电机的相关参数，因此在评价烟机机组综合状态时，需要综合考量烟机机组的参数指标。

4、现有技术中虽然也存在有关烟机机组能效方面的监测技术，例如发表于【山东化工】(2014.07期)的“催化裂化装置烟机效率分析”，提出了催化装置烟机机组(主风机+烟机+电动机/发电机)烟机效率的一种计算方法，并对某炼厂3.0×106t/a催化裂化装置烟机进行了计算与分析。但针对在线获取的工艺参数及烟气组成等运行参数考虑的并不全面，因此很难得出烟机机组运行能效及经济性实时、准确的评估结果；另外，该方案也没有从烟气能量回收率、烟机绝热效率等方面全面评价机组综合状态。

5、因此，亟需一种烟机机组综合状态实时监测方法和系统，通过在线获取烟机机组运行参数(含工艺参数及烟气组成等)并输入相关计算模型，实现烟机机组运行能效及经济性的实时、准确的评估结果。

6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种烟机机组综合状态实时监测方法和系统，通过在线获取烟机机组运行参数(含工艺参数及烟气组成等)并输入相关计算模型，实现烟机机组运行能效及经济性的实时、准确的评估结果。

2、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种烟机机组综合状态实时监测方法，包括如下步骤：a、构建烟气轮机理论功率计算模型，通过进入烟气轮机的烟气在标准状态下的质量流量、混合烟气定压比热容、烟气轮机入口温度、烟气轮机入口压力、烟气轮机出口压力以及烟气绝热指数计算烟气轮机理论功率；在计算烟气在标准状态下的质量流量时，将双动滑阀开度作为输入变量；b、在主电机为电动状态下，构建烟气轮机轴功率计算模型，通过主风机轴功率、齿轮箱功耗数据、联轴器功耗数据以及主电机输出功率计算烟气轮机轴功率；c、通过烟气轮机轴功率与烟气轮机理论功率的比值计算烟气轮机总效率；通过烟气轮机轴功率与主风机轴功率的比值计算烟气能量回收率；通过烟气轮机总效率、烟气能量回收率以及烟气轮机绝热效率对烟机机组综合状态进行实时监测。

3、进一步，上述技术方案中，烟气轮机理论功率计算模型可以具体为：

4、n理＝ge·cp·t1·[1-(p2/p1)(k烟-1)/k烟]；

5、其中，ge为进入烟气轮机的烟气在标准状态下的质量流量，kg/s；cp为混合烟气定压比热容，kj/(kg.k)；t1为烟气轮机入口温度，k；p1为烟气轮机入口压力，mpa(a)；p2为烟气轮机出口压力，mpa(a)；k烟为烟气绝热指数。

6、进一步，上述技术方案中，进入烟气轮机的烟气在标准状态下的质量流量ge可通过如下方式计算获取：

7、

8、其中，ρ烟为标准状态下烟气的密度，kg/nm3；v1为进入烟气轮机的烟气标准状态下的体积流量，nm3/min；v’1为主风机标准状态下体积流量，nm3/min；γa—双动滑阀a开度，％；γb为双动滑阀b开度，％。

9、进一步，上述技术方案中，混合烟气定压比热容cp可通过如下方式计算获取：

10、cp＝∑cpi·yi/100；

11、其中，cpi为第i种组分的定压比热容平均值，kj/(kg.k)；yi为第i种组分的质量含量，(m)％。

12、进一步，上述技术方案中，烟气轮机轴功率计算模型可以具体为：

13、ne＝nc+ng+np-nm；

14、其中，nc为主风机轴功率，kw；ng为齿轮箱功耗，kw；np为联轴器功耗，kw；nm为主电机输出功率，kw。

15、进一步，上述技术方案中，主风机轴功率nc可通过如下方式计算获取：

16、

17、其中，t′1为主风机入口压力，mpa(a)；t′2为主风机出口压力，mpa(a)；v1″为主风机入口修正体积流量，m3/min；m为主风机多变指数；ηpol为主风机多变效率；ηm为主风机机械效率。

18、进一步，上述技术方案中，主风机入口修正体积流量v1″可以为：

19、

20、其中，v1′为主风机标准状态下体积流量，nm3/min；t′1为主风机入口温度，k。

21、进一步，上述技术方案中，主风机多变效率ηpol可以为：

22、

23、其中，p′1为主风机入口压力，mpa(a)；p′2为主风机出口压力，mpa(a)；t′2为主风机出口温度，k；t′1为主风机入口温度，k；k空为空气绝热指数，取值1.4。

24、进一步，上述技术方案中，主电机输出功率nm可以具体为：

25、nm＝n电入-n电损；

26、其中，n电入为主电机输入功率，kw；n电损为主电机损耗功率，kw。

27、进一步，上述技术方案中，步骤c中的烟气轮机总效率为：

28、

29、其中，ne为烟气轮机轴功率；n理为烟气轮机理论功率；

30、步骤c中的烟气轮机绝热效率为：

31、

32、其中，t1为烟气轮机入口温度，k；t2为烟气轮机出口温度，k；p1为烟气轮机入口压力，mpa(a)；p2为烟气轮机出口压力，mpa(a)；k烟为烟气绝热指数；

33、步骤c中的烟气能量回收率为：

34、

35、其中，ne为烟气轮机轴功率，kw；nc为主风机轴功率，kw。

36、根据本发明的第二方面，本发明提供了一种烟机机组综合状态实时监测系统，包括：烟气轮机理论功率计算模块，其用于构建烟气轮机理论功率计算模型，通过进入烟气轮机的烟气在标准状态下的质量流量、混合烟气定压比热容、烟气轮机入口温度、烟气轮机入口压力、烟气轮机出口压力以及烟气绝热指数计算烟气轮机理论功率；在计算烟气在标准状态下的质量流量时，将双动滑阀开度作为输入变量；烟气轮机轴功率计算模块，其用于在主电机为电动状态下，构建烟气轮机轴功率计算模型，通过主风机轴功率、齿轮箱功耗数据、联轴器功耗数据以及主电机输出功率计算烟气轮机轴功率；综合状态评估模块，其用于通过烟气轮机轴功率与烟气轮机理论功率的比值计算烟气轮机的总效率；通过烟气轮机轴功率与主风机轴功率的比值计算烟气能量回收率；通过烟气轮机总效率、烟气能量回收率以及烟气轮机绝热效率对烟机机组综合状态进行实时监测。

37、根据本发明的第三方面，本发明提供了一种电子设备，其包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行如上述技术方案中任意一项的烟机机组综合状态实时监测方法。

38、根据本发明的第四方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上述技术方案中任意一项的烟机机组综合状态实时监测方法。

39、与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：

40、1)本发明通过在线实时获取烟机机组运行参数(含工艺参数及烟气组成等)并输入相关的烟气轮机理论功率计算模型以及烟气轮机轴功率计算模型，可实现烟机机组综合状态进行实时监测，可以获得烟机机组经济性的实时、准确的评估结果；

41、2)发明人经研究发现，双动滑阀的开度对烟气体积流量存在一定的影响，如果不考虑这个参数，会影响烟气质量流量的计算，进而最终影响烟机理论功率计算的精确度。因此，本发明将采集的双动滑阀的开度数据引入烟气质量流量的计算中，可进一步提高烟机理论功率计算的精确度；

42、3)本发明不仅可以利用烟气轮机理论功率和烟气轮机轴功率的计算结果进一步实时计算烟气轮机的总效率、烟气轮机绝热效率以及烟气能量回收率的烟机机组综合状态指标，同时还可以在计算、输出上述三个综合状态指标的过程中，计算输出主风机、烟气轮机的实时功率、效率等其他能效指标，进而可有效评价主风机的运行经济性和烟气轮机的运行经济性；

43、4)本发明利用上述能效指标的数据还可以进行烟机机组综合状态关键指标的横向、纵向比较，例如不同使用主体的烟机机组综合状态指标的瞬时横向比较以及进行同一设备纵向综合状态分析比较等。

44、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。