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怎样防止循环冷却水系统腐蚀

发布时间:2020-01-19 浏览次数:0

随着国民经济的发展,工业化程度的加速,工业用水量逐渐上升。在工业企业中,冷却用水的比例很大,冷却水基本占总用水量的90%~95%.几十年前,我国工业冷却水多采用直流冷却水,水资源浪费很大〔1〕。近年来,循环冷却水系统在各行各业中被广泛使用,其带来的节水效果明显,一般补充水率可降至循环水量的5%以下。与此同时,循环冷却水系统换热器中的腐蚀现象成为一个重要的水质故障。

腐蚀现象是循环冷却水系统中经常出现的水质故障,可严重影响生产装置的正常运行,造成严重的经济损失以及水资源的浪费。冷却水的水质、溶解氧、温度、流动状态、浊度等对腐蚀均有影响。由于多种影响因素与腐蚀速率之间属多元高次的非线性关系,利用常规的方法难以建立的数学模型。

人工神经网络具有自学习、非线性模式识别、联想存储以及高速寻找优化解的特点,在很多领域得到了应用,并取得了良好的效果。NARX(nonlinear autoregressive models with exogenous inputs,非线性自回归模型)是由静态神经元和网络输出反馈构成的动态网络,具备良好的动态特性和较高的抗干扰能力,使得NARX模型能够用来逼近任意的非线性动态系统〔2, 3, 4, 5〕。

本研究采用NARX带外部输入的非线性自回归神经网络建立了腐蚀速率的预测模型,实验结果表明,该方法在预测腐蚀速率上是可行的。

1 非线性自回归神经网络(NARX)

一个典型的NARX神经网络主要由输入层、隐含层、输出层以及输入和输出构成〔6, 7〕。NARX神经网络的模型表达式: y(t)=f〔y(t-1),y(t-2),…,y(t-ny),x(t-1),(t-2),…,x(t-nu)〕可以看出,下一个y(t)值大小取决于上一个y(t)和上一个x(t).NARX神经网络详细结构如图 1 所示。

 图 1 NARX神经网络详细结构

图 1中,TDL表示时延;IW1,1表示网络输入向量连接隐含层的权值;b1表示网络隐含层的阈值;b2表示网络输出层的阈值;LW1,3表示网络输出层连接隐含层的权值;f1表示神经网络隐含层激活函数;LW2,1表示网络隐含层连接输出层的权值;f2表示神经网络输出层激活函数。

2 腐蚀速率预测模型的建立

2.1 模型建立的研究思路与方法

选取影响腐蚀的水质因素,通过构造选择相应的NARX神经网络模型,建立NARX腐蚀速率预测模型,预测腐蚀速率的变化〔8, 9, 10〕。建模设计思路如图 2所示。

 图 2 模型流程

2.2 NARX神经网络结构的选取

Parallel模式(闭环模式)如图 3所示。

由图 3可知,NARX神经网络的输出被反馈到输入端。由于所建立模型中腐蚀速率的输出是已知的,所以采用如图 4所示的NARX神经网络结构,即Series-Parallel神经网络模式(开环模式),将腐蚀速率的期望输出反馈到输入端〔10, 11〕。

  图 3 闭环模式

 图 4 开环模式

采用Series-Parallel神经网络模式(开环模式)能使NARX神经网络预测效果加准确,同时将NARX神经网络变为单纯的前向神经网络,可直接使用静态神经网络的建模函数。

2.3 网络输入、输出的确定

以某石化公司水质监测数据为依据〔8, 9〕,选取 Cl-、电导率、温度、pH、碱度、钙硬6种主要因素作为输入,腐蚀速率作为输出。为了地预测数据,需对数据进行预处理,即数据的归一化处理。输入数据的频率为每天1次,输出数据的频率为每月1次。对采取的数据进行均值化处理,处理后的数据如表 1所示。

2.4 模型的建立

创建NARX神经网络,将表 1中的数据分为训练样本、验证样本和测试样本3个部分。输入层节点为6,输出层节点为1,训练函数选用“trainlm”,经过反复调试和修改神经网络参数,终确定网络隐藏节点为24,延迟阶数为1∶2时,训练结果较好。网络模型如图 5所示。

 图 5 网络模型

2.5 预测数据分析

通过神经网络仿真,得到的NARX神经网络训练效果如图 6所示。由图 6可知,NARX神经网络在训练步长为1时,验证集误差上升,证明训练可以结束,整个数据集的误差此时为0.000 117 72.数据的相关性达到87.915%,如图 7所示。NARX神经网络预测效果通过图 8、图 9进行了可视化论证,图 8中误差线越少,表示NARX神经网络预测效果越好;图 9中误差在0时大,其他情况下均不过误差区间,由此证明此模型可行。

 图 6 网络训练图


图 7 数据相关性
 
图 8 预测效果误差图
 
图 9 误差自相关图

3 结论

基于NARX神经网络建立的腐蚀速率模型,对某石化公司水质数据进行了腐蚀速率预测。首先,动态NARX神经网络良好的非线性映射能力可以准确地反映出循环冷却水水质与腐蚀速率的关系,通过NARX神经网络建模仿真预测证明此方法可行〔12, 13〕。其次,虽然NARX神经网络以误差自相关程度,使其有着较好的预测能力,但是导致NARX模型不稳定性存在的泛化误差依然是下一步继续对NARX模型进行优化的一个重点.


     在布袋除尘器仪器中,风量是一个很重要的单位,除尘效率和它有关,如果风量下降的话就会影响它,所以我们要清楚影响不带储存器风量下降的原因有哪些?  下面来说说。  脉冲布袋除尘器过滤风速过大一般会出现情况如下:除尘器投入使用后一周左右会出现滤袋的初始阻力快速上升,系统吸风效果明显减弱,除尘效果变差,而系统电耗却增加.增加清灰频率,会直接减少滤袋及脉冲阀的使用寿命,增加压缩空气耗量等,严重会直接造成系统失效。  如果盲目地降低过滤风速,并不能提高除尘效率,也不能够降低过滤阻力,还可能造成经济损失;只有在充分了解粉尘性质及系统特性的基础上,优化除尘器本体结构设计,正确进行经济技术分析,才能合理地确定过滤风速。  脉冲布袋除尘器在设计时即使理论过滤风速和其他风速取得都很合理,但如果气流均布措施不到位,每个袋室的实际处理风量会有高有低;即便在一个袋室内,如果气流均布措施不到位,每条布袋的实际过滤风速也会不同。所以,在除尘器的进风口处需要有气体导流板和均风板,需要调节进风支阀的开度以平衡各个袋室的风量,在灰斗内需要设置均风板来分布单个袋室的风量。  除尘布袋表面粉尘层对除尘器的运行阻力有很大影响,因而清灰效果尤其重要。影响低压型袋式除尘器清灰效果的因素有很多,如喷吹压力、清灰周期、布袋长度、除尘布袋与布袋的间距等。没有足够的喷吹压力和能量,不能去除除尘布袋表面的粉尘层。但喷吹压力也不要过大,否则除尘布袋的使用寿命会大大缩短。喷吹压力需要控制在一个合理的范围,需要根据粉尘的黏稠性程度灵活调整,喷吹压力应控制在0.2MPa~0.4MPa之间。从降低除尘器运行阻力角度讲,除尘布袋表面始终处于清洁状态时的阻力小,这需要频繁对除尘布袋进行喷吹清灰,但这样是以牺牲滤袋的使用寿命为代价的。所以在实际操作过程中,我们需要根据烟气中粉尘的浓度大小、粉尘的黏稠性灵活调整清灰周期。  1除尘布袋的质量及选型  作为布袋除尘器为关键性的配件,布袋性能与质量的好坏在很大程度上决定着布袋除尘器的工作效率以及使用寿命的长短,通常来说,布袋质量越好,除尘的工作效率越高、使用寿命越长。而布袋的选型同样制约着除尘效果的好坏,如出现“以大带小”的状况,即会出现龙骨(支撑布袋的结构件通常称为龙骨)与布袋结合不严,烟尘会通过缝隙漏出,后自烟囱冒出,并产生一系列不良反应;如出现“以小带大”虽然也可以使用,但在吸附比重较大的粉尘后,使用一段时间便会出现掉袋现象,烟囱经常出现冒黑烟状况。  2反吹系统的问题  布袋除尘器的反吹系统是整个除尘器长期运行的。当前应用较为普遍和广泛的反吹系统多为脉冲式反吹,此种清灰方式主要是根据反吹空气压力原理来进行的,具有十分良好的清灰效果和较高的自动化程度。而脉冲式反吹法同样存在较多的缺点。  ⑴反吹过程产生较大振动,导致反吹管频繁出现掉落及仓室进出、口翻版松动关闭等情况,除尘系统压差随之不断上升除尘效果随之下降。  ⑵脉冲式反吹法需要有持续的压缩空气来支撑脉冲喷吹工作,一旦压缩空气突然停止,除尘器系统压差将会出现较大幅度的涨幅,如不及时恢复,将对除尘布袋产生严重破坏。另外,如压缩空气中含水量较大,长期运行,一是会使布袋潮湿,细小的焦粉与布袋粘结导致布袋透风率急剧下降,除尘系统压差也随之逐渐升高,将会严重降低除尘效果的同时,加剧布袋的损坏速度。二是电磁阀进水无法正常工作,它所控制的脉冲阀、离线阀也无法动作,使得反吹效果大幅度降低,除尘效果也随之降低,此现象冬季为明显。  ⑶脉冲式反吹法的反吹程序(即相关反吹命令的间隔时间)通过生产节奏及产灰量的大小进行调整,否则无法发挥出布袋除尘的佳效果。比如脉冲阀开闭时间一般设定为0.2~0.3s为佳,少则脉冲阀无动作,多则浪费压缩风资源,且反吹效果不佳。  3除尘器本体和除尘点的密封情况  除尘器本体和除尘点的密封情况直接影响除尘效果。布袋除尘一般都是负压运行,如漏风易形成小回路短路,除尘系统的风量造成浪费而导致正压扬尘。  4其他因素  刨除原设计缺陷、机械故障外,由于管理及操作不善导致的除尘管道内部积灰、灰仓蓬料、冷却仓堵塞等,均会造成除尘器整体阻力不断上升,近而影响除尘效果。  脉冲布袋除尘器过滤风速过大一般会出现情况如下:除尘器投入使用后一周左右会出现滤袋的初始阻力快速上升,系统吸风效果明显减弱,除尘效果变差,而系统电耗却增加.增加清灰频率,会直接减少滤袋及脉冲阀的使用寿命,增加压缩空气耗量等,严重会直接造成系统失效。  如果盲目地降低过滤风速,并不能提高除尘效率,也不能够降低过滤阻力,还可能造成经济损失;只有在充分了解粉尘性质及系统特性的基础上,优化除尘器本体结构设计,正确进行经济技术分析,才能合理地确定过滤风速。  脉冲布袋除尘器在设计时即使理论过滤风速和其他风速取得都很合理,但如果气流均布措施不到位,每个袋室的实际处理风量会有高有低;即便在一个袋室内,如果气流均布措施不到位,每条布袋的实际过滤风速也会不同。所以,在除尘器的进风口处需要有气体导流板和均风板,需要调节进风支阀的开度以平衡各个袋室的风量,在灰斗内需要设置均风板来分布单个袋室的风量。  除尘布袋表面粉尘层对除尘器的运行阻力有很大影响,因而清灰效果尤其重要。影响低压型袋式除尘器清灰效果的因素有很多,如喷吹压力、清灰周期、布袋长度、除尘布袋与布袋的间距等。没有足够的喷吹压力和能量,不能去除除尘布袋表面的粉尘层。但喷吹压力也不要过大,否则除尘布袋的使用寿命会大大缩短。喷吹压力需要控制在一个合理的范围,需要根据粉尘的黏稠性程度灵活调整,喷吹压力应控制在0.2MPa~0.4MPa之间。从降低除尘器运行阻力角度讲,除尘布袋表面始终处于清洁状态时的阻力小,这需要频繁对除尘布袋进行喷吹清灰,但这样是以牺牲滤袋的使用寿命为代价的。所以在实际操作过程中,我们需要根据烟气中粉尘的浓度大小、粉尘的黏稠性灵活调整清灰周期。  过滤风速:布袋除尘器的性能取决于实际的过滤风速,因此,在选择除尘器时,过滤风速的大小取决于风机除尘效率的高低。使用温度:除尘器使用的温度要注意,一般情况下,高温气体多含有大量的水分,在计算风量的时候,要按照湿空气的密度来表示。处理风量:过滤速度会因为除尘器型号、种类不同而产生不同的风速,当处理风量确定时,可以根据过滤风速来来决定所使用的过滤面积。  关于上面所说的,有关影响布袋除尘器风量下降的原因的相关知识就介绍到这里,如果还有其他疑问,可以到本公司的网站进行有关询问。 锅炉除尘 锅炉除尘 脱硝设备 车间除尘 电流表(A)电压表(V) 窑面测温箱 脱硫设备 锅炉除尘 脱硫设备 车间除尘