用于水/流体的数据收集系统和方法技术方案

本申请提供了一种用于控制流体处理系统，特别是水处理系统的控制系统和方法，该流体处理系统具有多个多模块处理现场，所述多模块处理现场利用低延迟本地控制和更高延迟的全局操作控制。所述多模块处理现场包括一个或多个多脉冲效应蒸馏(Pulse Effect Distillation

Data collection system and method for water / fluid

This application provides a method for controlling fluid handling system, especially the control system and method of water treatment system, the fluid processing system having a plurality of multi module processing site, the multi module site with low delay and high local control delay global operation control. The scene processing module includes one or more multi pulse effect distillation (Pulse Effect Distillation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于水/流体的数据收集系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求提交于2013年1月3日的在审美国专利申请13/733,842“用于水净化的方法和设备”的优先权作为其部分延续案，还要求提交于2014年8月30日的美国临时专利申请62/044,192“用于水/流体的数据收集系统和方法”的优先权，前述申请的公开以其整体作为参考并入此处。
根据美国专利申请公开文献US2013/0175155的PED(脉冲效应蒸馏，PulseEffectDistillationTM)是一种基于逆流两相至两相热交换过程的热蒸馏技术，其中，蒸发室和冷凝室处在公共热交换壁的相对面。本地操作控制包括现场控制面板、数据通信装置和用于每个所述PED模块的基于嵌入式控制器的微处理器。所述嵌入式控制器检测与相同PED模块的所选PED参数相对应的传感器信号，并基于所测量和估算的PED参数采取动作。所采取的动作可以例如包括：打开或关闭用于输入水、产出水和盐水的流量控制阀；启动压缩机RPM和转矩控制；打开/关闭加热器以启动/稳定加热器；处理和选择性地转发经处理的信号和对所述现场控制面板采取的动作；以及从所述现场控制面板接收控制信号，以重新调整所述嵌入式PED控制器的参考/设定点参数，或执行如PED反冲洗以及PED关闭、重新启动和盒更换的动作。现场控制面板接收来自单个PED模块的关于输入、盐水和产品流速等的周期性更新，并将它们与现场平均值和历史数据进行比较，以确定每个单个PED模块的健康状态和生产效率，同时现场操作员相应地输入并采取行动。现场控制面板还选择性地将经处理的现场数据转发到全局操作控制中心，并从其接收特定指令。全局操作控制中心处理单个现场数据，并在图形用户界面中呈现经处理的数据，以允许对所有现场的水处理过程进行透明和全面的监测和控制，以实现所述水处理系统的自动和人工辅助操作控制，达到优化运营和能源效率、优化资源管理并减少维护需求的目的。本专利技术涉及水处理系统的控制以及管理，尤其涉及利用用于每个现场的多个模块化PED单元来优化管理多现场水处理以及净化的先进操作控制系统和方法。
技术介绍
水处理是大规模过程，其将通常具有高的总溶解固体(TDS)和/或重金属浓度的高度污染的源水转化为产品水，产品水是工业、农业以及家庭使用可接受的。为了生产适合于饮用或医疗使用的水，水需要被净化以降低或移除过多不期望的化学、生物和放射性致污物、悬浮固体以及恶臭溶解的挥发性有机化学物(VOC)，达到这样的程度：最终的产品水适合于人饮用以及需要极高纯度水的其他应用。根据美国专利申请公开文献US2013/0175155，PED(PulseEffectDistillationTM)是基于逆流两相至两相热交换过程的热蒸馏技术，其中，蒸发室和冷凝室位于公共热交换壁的相对面。用于PED处理的主要能量输入是机械的气体压缩。虽然这种热交换维持温度梯度(这是逆流热交换器的固有特性)，但是具体PED蒸馏过程模拟理想热动态可逆过程，并当横壁以及导流热阻分别是零以及无限大时确实接近该理想限值。这样，基于PED的水净化处理的能量效率整体上取决于PED处理能够多么接近地模拟理想热力学可逆过程，这又取决于最小化输入流体(在一个实施例中可以为源水)和输出流体(产品水以及盐水)之间熵流的具体比率的增加。这种熵率增加的原因主要是直接热量输入(这引入熵流；应该注意的是，机械能量输入不会引起熵流的增加)以及内部熵生产率。内部熵生产主要来自横壁以及并行热传递，以及来自对水和气体(空气和水蒸汽)的流体流的粘滞阻力和湍流阻力。对于不适当绝缘的PED壳体，向外部环境不可避免的散热还会引入额外的熵产，随之损失能量效率。虽然PED主要设计成生产不含除VOC外几乎所有致污物的蒸馏水，但是能够修改PED，以通过用透气性疏水微孔聚合物膜替换实心公共热交换壁基板来生产低纯度产品水，透气性疏水微孔聚合物膜允许通过从高压冷凝室扩散至低压蒸发室产生的扩散所导致的压差进行空气-蒸汽混合物的直接交换。直接气体交换引入额外热通量，其容易通过热传导以及局部加热对流超过间接热交换通量，从而极大地增加水生产效率和能量效率，这是由于其降低了引发熵生产率的热交换。尽管类似于同样采用疏水透气聚合膜的膜蒸馏技术，但是改进型PED处理整体上不同之处在于，其仍是基于具有机械气体压缩的良好限定的热力学可逆过程，因此其本质上更加节能。这些增强是以低的产品水精确质量为代价的，由于气体扩散引发的压力通过多孔热交换壁，这也允许溶解固体以及其他微致污物扩散通过热交换壁，不同于传统膜蒸馏，在传统膜蒸馏中，气压典型地在蒸发器侧稍微高于在冷凝器侧，气体流量实际上精确地沿着与此处描述的用于改进型PED处理相反的方向行驶。通过压缩和膨胀周期的交替(脉冲效应；应该注意的是，压缩机实际上进行压缩以及膨胀)，蒸发室内的空气(气体)交替地变得饱和以及欠饱和。在欠饱和相位期间，当输入流体超过用于这些化合物的溶解度极限时，溶解固体的一部分、尤其具有钙和重金属化合物的这部分沉淀至膜表面上。一旦固体沉淀至多孔膜表面上，这些固体将难以溶解而返回输入流体，这是由于在沉积固体附近溶解固体的浓度较大。尽管这种沉淀进一步增强蒸馏效率，但是其还允许沉淀的沉积物的快速积聚，沉淀的沉积物必须周期性地反冲洗以去除这种沉积。反冲洗过程需要关闭输入水阀，将反冲洗水分流至盐水出口，同时伴随地打开盐水阀以允许反冲洗流体流入盐水存储器，用于进一步污泥处理。盐水阀还应该周期性被启动以确保蒸发室内的盐水浓度不超过预设极限。压缩/膨胀交替或者“脉冲效应”压缩/膨胀方法将尤其有益于源水，例如压裂水，其包含高浓度重金属盐以及氧化钙或者碳酸氢钙，它们公知为较弱可溶性并且它们的溶解性具有负温度依赖性。这样，脉冲效应方法将引起这种溶解的化合物容易沉淀至半透膜的蒸发器侧，其中，通过蒸发室的反冲洗，重金属固体能够与常规盐(氯化钠)分开被收集。实际上，能够利用溶解性不同的优势进一步将它们分离，通过不同地定时反冲洗、生成雾以及膨胀循环，优先沉淀和收集具有不同溶解性的重金属。与常规盐分开地冷凝重金属的能力将允许经脉冲效应处理的水去除几乎所有重金属含量。而且，由于重金属化合物远比大多数其它盐类更有毒，并且压裂水深挖进地幔，这种水还包含超高放射性元素(如镭)以及其放射性副产物(如氡气)，所以在早期将它们从输入水蒸汽移除的能力是一个大的优势。因为处理压裂水的主要目的是移除重金属含量以及放射性元素，所以不同于海水(典型地TDS大约35,000ppm)，具有较大气孔尺寸的膜将足以，因为改进型的PED将仍能够移除大多数生物制剂以及细泥沙/胶状体。为了降低用于基于单PED的水处理模块的能量以及维护要求，应该通过在整个PED模块中布置多个相关传感器来重新构建用于PED的详细湿球/干球温度、压力、流量以及TDS浓度分配。重新构建的分配能够用以执行熵生产分析，能够利用熵分析的结果来确定需要实时采取的具体动作，以使PED朝向更优化的热动态过程发展。还能够采用PED预测分析，以通过将预测PED状态与现场及历史状态数据相比较来确定所述PED模块是否处于需要重启、反冲洗或者脱机的故障状态。将采取的一些可行动作是：打开以及关闭输入以及产品水阀、输入分流阀、盐水分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体处理系统，包括：在现场内的多个用于流体处理的流体处理模块，其中，每个所述处理模块包括列表中的至少一个：传感器和/或换能器、电子控制装置和/或数据通信装置；其中，每个所述处理模块能够从每个所述传感器接收传感器信号，以使所述处理模块的电子控制装置形成和/或执行模型预测决策过程，从而为了最大化每个所述处理模块内的操作效率，确定由每个所述换能器中的一个或多个将采取的动作，并且当需要使用时，所述数据通信装置将经处理的模块状态数据传送到一个或多个现场控制面板；一个或多个现场控制面板，其监管在现场内的一个或多个处理模块，其中，每个所述现场控制面板与一个或多个所述流体处理模块通信，以便向/从一个或多个所述处理模块传递状态信息，收集、处理、分析和/或更新所述一个或多个现场控制面板的信息，与一个或多个操作控制中心双向通信，以及通过所述通信装置更新单个处理模块的参考参数；一个或多个操作控制中心，其与所述一个或多个现场控制面板通信，以便向/从所述一个或多个现场控制面板传递现场特定参考参数和/或状态更新，其中，所述一个或多个操作控制中心利用现场控制策略装置，基于多个处理模块共同的现场参数来分析、生成和周期性地更新单个处理模块特定参数，使得基于期望的最佳单个模块响应，将用于一个或多个所述处理模块控制的单个参数，通过一个或多个所述控制面板分配给每个所述处理模块。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.31 US 14/841,6971.一种流体处理系统，包括：在现场内的多个用于流体处理的流体处理模块，其中，每个所述处理模块包括列表中的至少一个：传感器和/或换能器、电子控制装置和/或数据通信装置；其中，每个所述处理模块能够从每个所述传感器接收传感器信号，以使所述处理模块的电子控制装置形成和/或执行模型预测决策过程，从而为了最大化每个所述处理模块内的操作效率，确定由每个所述换能器中的一个或多个将采取的动作，并且当需要使用时，所述数据通信装置将经处理的模块状态数据传送到一个或多个现场控制面板；一个或多个现场控制面板，其监管在现场内的一个或多个处理模块，其中，每个所述现场控制面板与一个或多个所述流体处理模块通信，以便向/从一个或多个所述处理模块传递状态信息，收集、处理、分析和/或更新所述一个或多个现场控制面板的信息，与一个或多个操作控制中心双向通信，以及通过所述通信装置更新单个处理模块的参考参数；一个或多个操作控制中心，其与所述一个或多个现场控制面板通信，以便向/从所述一个或多个现场控制面板传递现场特定参考参数和/或状态更新，其中，所述一个或多个操作控制中心利用现场控制策略装置，基于多个处理模块共同的现场参数来分析、生成和周期性地更新单个处理模块特定参数，使得基于期望的最佳单个模块响应，将用于一个或多个所述处理模块控制的单个参数，通过一个或多个所述控制面板分配给每个所述处理模块。2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述现场控制策略装置包括现场/单个模块数据/状态属性，其包括下列至少一个：现场流体需求、现场安全参数、现场源流体状态、现场对数平均温差、模块流速、模块状态、模块计划维护和/或相对于正常参数的模块偏差；和所述数据通信装置能够包括下列至少一个：有线或无线链路、加密无线电链路、安全专用网络连接、Wi-Fi(包括但不限于IEEE802.11n、802.11ac和类似变型)、ZigBee、蓝牙、蜂窝无线电(包括但不限于3G、4G、LTE和类似变型)。3.根据权利要求2所述的系统，其中：来自一个或多个现场的一个或多个所述过程模块的所选过程信息通过用户界面呈现给操作员，使得其能够通过人工辅助动作来调整。4.根据权利要求3所述的系统，其中：呈现给所述操作员的所述过程信息包括下列至少一个：一般帐户信息、现场范围操作状态、维护记录、报警历史、服务合同状态、财务资产负债表和/或合规记录。5.根据权利要求4所述的系统，其中：所述流体控制模块是脉冲效应蒸馏模块，即PED模块。6.根据权利要求5所述的系统，其中：所述一个或多个操作控制中心和所述一个或多个现场控制面板位于专用安全云中。7.根据权利要求5所述的系统，其中：所述一个或多个操作控制中心和所述一个或多个现场控制面板位于连接到基于云的网络的虚拟专用网络隧道中。8.根据权利要求2所述的系统，其中：所述流体控制模块是脉冲效应蒸馏模块，即PED模块。9.根据权利要求8所述的系统，其中：所述一个或多个操作控制中心和所述一个或多个现场控制面板位于专用安全云中。10.根据权利要求8所述的系统，其中：所述一个或多个操作控制中心和所述一个或多个现场控制面板位于连接到基于云的网络的虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张惠明，李一群，纳拉扬·D·拉朱，
申请(专利权)人：张惠明，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG