[发明专利]一种供热系统换热器运行中故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种供热系统换热器运行中故障诊断方法，包括以下步骤：利用换热器在运行过程中的一次侧流量和供回水温差以及二次侧流量和供回水温差，开发梯度提升回归树(GBRT)模型，计算换热器的固定传热系数；利用换热器传热原理开反映换热器性能的白箱模型，计算换热器总传热系数；利用换热器固定传热系数和总传热系数计算换热器的广义污垢热阻，通过广义污垢热阻判断换热器是否存在故障需要清洗或维修。本发明可针对性地反映换热器的性能，在不影响正常工作的同时诊断换热器运行状态，保证供热系统运行稳定性。

技术领域

本发明属于故障诊断领域，具体涉及一种供热系统换热器运行中故障诊断方法。

背景技术

换热器是供热系统中的主要设备，为了将城市供热管网中的热能分配到各个供热末端，通常需要利用换热器将一次管网中的热量传递到二次管网中。但是由于换热器在长时间使用后会产生板间泄露、导热管内累积结垢等故障，进而导致其换热效率变低，影响正常换热甚至会导致不正常的系统报警停车。由于换热器的内部是封闭结构，内部产生故障不能通过直接在线检测的方式进行诊断，只能通过系统运行参数间接判断其运行状态。

目前有很多针对供热系统中换热器故障判断的方法，然而大多数的方法都是在已经存在结垢或其他故障的情况下进行数据的收集，建立反映换热器故障的模型，利用运行数据判断换热器是否出现了响应的故障。而这种方法通常不能覆盖全部的故障情况，另外用其他换热器故障开发得到的模型不一定能反映所有换热器的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种供热系统换热器运行中故障诊断的方法，以解决不同类型换热器运行中的故障诊断问题，保证供热系统的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出了一种供热系统换热器运行中故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤1：首先建立换热器正常状态下反映固定传热系数的梯度提升回归树(GBRT)模型，模型的输入变量为换热器的一次侧流量G₁′和二次侧流量G₂′，模型的输出变量为换热器固定传热系数k′。

该传热系数如下式所示：

式中，h₁和h₂分别为一次侧和二次侧对流传热系数(W/(m²·K)),为导热传热系数(W/(m²·K))。

步骤2：利用换热器正常状态下的传热系数k′与一次侧流量G₁′和二次侧流量G₂′对GBRT模型进行训练和测试，使训练得到的黑箱模型能够反映正常状态下换热器流量与固定传热系数的关系。

步骤3：基于换热器的换热原理开发计算换热器换热系数的白箱模型，模型的输入变量为待检状态换热器的一次侧温差Δt₁、一次侧流量G₁和二次侧温差Δt₂，模型的输出变量为换热器的总传热系数k，该传热系数如下式所示：

式中，R为污垢热阻((m²K)/W)。

用于计算待检换热器传热系数的白箱模型为：

Q＝CG₁Δt₁ (7)