一种高温反应器壁厚的动态实时监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高温反应器壁厚的动态实时监测方法及装置，所述方法包括：基于反应器外壁温度监测模块，构建反应器外壁温度数据库；基于数值仿真模块，得到反应器内部温度场分布，建立各工况下反应器仿真数据库；基于机器学习预测模块，利用建立的反应器仿真数据库训练预测模型，实现反应器内部温度场的实时预测，构建反应器内壁温度数据库；基于壁厚计算模块，计算得到反应器内部壁厚分布的实时信息，实现壁厚实时监测；基于壁厚三维可视化模块，实现反应器壁厚变化的实时动态显示

【技术实现步骤摘要】
一种高温反应器壁厚的动态实时监测方法及装置


[0001]本专利技术涉及高温反应器监测
，尤其涉及一种高温反应器壁厚的动态实时监测方法及装置
。

技术介绍

[0002]冶金
、
化工等领域因其特殊的制造需求，常涉及高温反应器的使用
。
高温反应
(
大多位于
1000℃
以上
)
对反应器的结构有特殊要求：除反应器的主体钢结构外，还需在其内部铺设一定厚度的耐火材料，达到保护炉体的目的
。
由于反应过程中反应器内部的化学反应和炉料冲刷，会造成反应器内壁的增厚
(
结瘤
)
或减薄
(
耐材磨损
)
，对生产的稳定性和安全性造成不利影响
。
但由于反应器多在高温高压的密闭环境中工作，其壁厚的变化难以通过直接测量手段获得，不利于生产的调控
。
[0003]为了保证生产的稳定性和安全性，需要实时监测高温反应器壁厚的变化情况
。
但由于反应器内部常存在密闭
、
高温
、
高压
、
能见度低等情况，传统测量方法如内窥镜等，可测量的参数非常有限
。
根据文献调研，近年来，“基于高温反应器表面温度监测，通过建立传热模型进行热传导反问题计算”的方法已被应用于高温反应器壁厚的测算中，文献
(
刘曙
,
赵宏博
,/>周晓军等
.
一种回转窑的红窑预警方法
[P].
湖北省：
CN115289836A,2022
‑
11
‑
04.)
提出了一种回转窑的红窑预警方法，根据回转窑的初期生产阶段的窑体表面温度和耐火材料的初始厚度，以及耐火材料厚度变化与窑体表面温度变化的函数关系式，构建耐火材料实时厚度与窑体表面实时温度的函数关系式，实现了回转窑耐材侵蚀的预警
。
文献
(
任伟
,
张立国
,
李金莲等
.
一种球团回转窑结圈料厚度的在线检测方法
[P].
辽宁省：
CN113155072B,2023
‑
01
‑
17.)
提出了一种球团回转窑结圈料厚度的在线检测方法，通过连续记录回转窑初期投产和生产周期末端的表面温度，并将各温度值导入热流强度计算公式，在不停窑的条件下实现了窑内结圈状况的监测
。
文献
(
陈绪亨
,
王炜
,
陈令坤等
.
高炉炉缸炭砖残厚的计算方法
[P].
湖北省：
CN115687844A,2023
‑
02
‑
03.)
提出了一种高炉炉缸炭砖残厚的计算方法，通过在高炉炉缸布置热电偶，并利用炉缸各区域层的导热系数进行炭砖残厚计算，实现炉缸炭砖残厚的计算
。
文献
(
林巍
,
尹腾
,
张正东等
.
高炉炉缸侧壁碳砖厚度估算方法
[P].
湖北省：
CN113237447B,2023
‑
05
‑
26.)
提出了一种高炉炉缸侧壁碳砖厚度估算方法，该方法无需在炉缸布置热电偶，通过记录冷却水进出冷却壁的温差，估算炭砖厚度
。
[0004]以上这些研究为高温反应器壁厚的实时监测提供了良好的研究思路，但是其壁厚的相关计算均对反应器内部环境做出了较大简化，如假定反应器内壁温度不随生产变化
、
用冷却水温差等较为粗略的方法估算反应器内壁厚度等，而实际生产中反应器内壁温度会随工况参数的调节不断变化，上述假设势必造成壁厚监测的误差
。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对冶金
、
化工领域普遍存在的高温反应器内壁结瘤
、
耐材磨损问题，为满足实时监测反应器壁厚变化情况的需求，提出了一种高温反应器壁厚的动态实时监测方法
及装置，以实现高温反应器壁厚的精准预测
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一方面，提供了一种高温反应器壁厚的动态实时监测方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一
、
基于反应器外壁温度监测模块，构建反应器外壁温度数据库；
[0009]步骤二
、
基于数值仿真模块，得到反应器内部温度场分布，建立各工况下反应器仿真数据库；
[0010]步骤三
、
基于机器学习预测模块，利用建立的反应器仿真数据库训练预测模型，实现反应器内部温度场的实时预测，构建反应器内壁温度数据库；
[0011]步骤四
、
基于壁厚计算模块，计算得到反应器内部壁厚分布的实时信息，实现壁厚实时监测；
[0012]步骤五
、
基于壁厚三维可视化模块，实现反应器壁厚变化的实时动态显示
。
[0013]优选地，所述步骤一具体包括以下步骤：
[0014]1a、
使用红外测温设备，按照第一预定时间间隔，测量反应器外壁温度；
[0015]1b、
构建反应器外壁的位点坐标数据库，得到反应器外壁实时温度和实时位点坐标的对应关系，得到反应器外壁实时温度数据矩阵；
[0016]1c、
构建反应器外壁温度数据库，将反应器外壁实时温度数据矩阵存储于反应器外壁温度数据库中
。
[0017]优选地，所述步骤二具体包括以下步骤：
[0018]2a、
根据反应器运行工艺，确定反应器内部的物质组成
、
化学反应及相关化学反应动力学参数；
[0019]2b、
根据反应器的结构及尺寸，建立反应器计算域等比例仿真模型；
[0020]2c、
采用网格划分软件对反应器计算域进行网格划分；在反应器反应集中的区域进行网格加密处理，以捕捉反应区域的数值波动；
[0021]2d、
根据反应器运行工艺，确定仿真模型计算域的边界条件，设置以下参数：反应器出口
/
入口及反应器壁面的边界条件类型，壁面的对流换热及辐射换热系数，壁面所处环境温度，出口
/
入口的物质种类
、
流量
、
温度
、
压力；
[0022]2e、
利用计算机和
CFD
数值仿真平台，基于步骤
2a
中确定的物质组成和化学反应，选择合适的机理模型，包括：湍流流动
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高温反应器壁厚的动态实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一
、
基于反应器外壁温度监测模块，构建反应器外壁温度数据库；步骤二
、
基于数值仿真模块，得到反应器内部温度场分布，建立各工况下反应器仿真数据库；步骤三
、
基于机器学习预测模块，利用建立的反应器仿真数据库训练预测模型，实现反应器内部温度场的实时预测，构建反应器内壁温度数据库；步骤四
、
基于壁厚计算模块，计算得到反应器内部壁厚分布的实时信息，实现壁厚实时监测；步骤五
、
基于壁厚三维可视化模块，实现反应器壁厚变化的实时动态显示
。2.
根据权利要求1所述的高温反应器壁厚的动态实时监测方法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下步骤：
1a、
使用红外测温设备，按照第一预定时间间隔，测量反应器外壁温度；
1b、
构建反应器外壁的位点坐标数据库，得到反应器外壁实时温度和实时位点坐标的对应关系，得到反应器外壁实时温度数据矩阵；
1c、
构建反应器外壁温度数据库，将反应器外壁实时温度数据矩阵存储于反应器外壁温度数据库中
。3.
根据权利要求1所述的高温反应器壁厚的动态实时监测方法，其特征在于，所述步骤二具体包括以下步骤：
2a、
根据反应器运行工艺，确定反应器内部的物质组成
、
化学反应及相关化学反应动力学参数；
2b、
根据反应器的结构及尺寸，建立反应器计算域等比例仿真模型；
2c、
采用网格划分软件对反应器计算域进行网格划分；在反应器反应集中的区域进行网格加密处理，以捕捉反应区域的数值波动；
2d、
根据反应器运行工艺，确定仿真模型计算域的边界条件，设置以下参数：反应器出口
/
入口及反应器壁面的边界条件类型，壁面的对流换热及辐射换热系数，壁面所处环境温度，出口
/
入口的物质种类
、
流量
、
温度
、
压力；
2e、
利用计算机和
CFD
数值仿真平台，基于步骤
2a
中确定的物质组成和化学反应，选择合适的机理模型，包括：湍流流动
、
多相流传输
、
辐射传热；基于步骤
2c
中划分的计算域网格进行反应器内部传热
、
传质
、
传动仿真计算，模拟得到反应器内部的温度场
、
流场分布；
2f、
使用生产现场测量数据对获得的温度场结果进行验证与模型优化，直至仿真计算结果误差小于5％；
2g、
根据反应器现场生产情况，确定影响反应器内部温度分布的工况参数，确定其在仿真模型中对应的边界条件，并确定各边界条件的波动范围，以涵盖现场生产所有工况；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘征建，张建良，王耀祖，宋晓然，孙庆科，马黎明，卢绍锋，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：