一种近场声全息填料塔液泛监测方法技术

一种近场声全息填料塔液泛监测方法，属于填料塔液泛点的检测方法技术领域。其采用麦克风阵列对填料塔的填料层上部空间和填料层的声波进行全面测量，测量时采集填料塔声波数据组，然后通过近场声全息方法对上述采集的数据进行综合对比计算，重建并绘制声源面声压变化的全息图，该图用于判断液泛的依据。本发明专利技术的有益效果在于：在背景噪音较大，无法用墒值判断液泛状态时，可用本发明专利技术进行监测；并非使用单支麦克风，频谱分析等数值对比方法，采用麦克风阵列，近场声全息方法全面可视化重现液泛时，塔内声压面的详细变化，以此作为判断依据；重现范围大，可用于局部区域的液泛判断；采用声波方法，非接触式测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于填料塔液泛点的检测方法
，具体涉及。
技术介绍
液泛点被认为是填料塔操作工况的极限。填料塔的最大通量等于开始液泛时的负荷。填料塔发生液泛后，会导致压力降和持液量的快速增加和工作效率的急剧减小，这将会使得装置变得无法操作。因此理想的状态是使填料塔工作在近可能靠近液泛点的位置，但又不会达到液泛，以避免不稳定情况的发生。长期以来，研究人员使用了一些在线监测的方法来监测液泛的发生，使填料塔能在较佳的传质条件下工作。常用的监测方法包括传统的液泛实时监测方法和基于声波的液泛实时监测方法。1.传统的液泛实时监测方法目前常用的液泛实时监测方法，主要有视觉监测、测量持液量变化和监测压力变化等。 传统监测方法及其缺点如下1)视觉监测，当被测的填料塔是透明的时候，可目测观察填料床上表面的液体堆积，及液泛的发生。目测的缺点是反应会延迟，当观测到液泛的时候，已经发生了可观的破坏和损失。另外，滞后现象会导致填料塔的恢复延迟。因为滞后现象， 会使得液泛持续发生直到流速远低于临界流速，使得恢复填料塔的正常操作更加困难。视觉检测的前提是填料塔是透明的，这在实验室条件尚可实行，但是在工业现场，所用填料塔基本为不透明金属容器，即使有观测窗也无法做到全面正确的实时观测。所以视觉观测不适合工业现场。2)观测持液量的变化，通过观测持液量的持续增加，来作为判断液泛的发生的依据。为了测量液体持液量，必须同时停止气液两相流，且留在填料塔中的液体必须排空。因此，观测持液量变化不适合工业在线监测。3)观测压力降变化，根据液泛发生前会有一个可观的压力增加的特点，通过传感器监测填料塔中的压力降的变化来预测液泛。 Parthasarathy等设计了一个基于压力变化的神经网络模型作为液泛指示器。它可以提前 3分钟预测到液泛，所以可在液泛发生前进行操作的调整。但是这些测量压力变化的压力传感器必须插入设备并正确安装，而对工厂现有的正在正常运行的填料塔进行任何改动和添加设备，都是很难得到用户认同的。4)观测差压信号的频谱变化，Emerson公司的Pihlaja 等采用Rosemoimt 3051S差压变送器来实时监测液泛的发生。他使用了 3051S的调试模式， 以22Hz的速度对差压信号进行测量，通过分析信号，找到了液泛发生时的差压变化的频谱特征，形成了预警指标。这种方法对差压变送器的型号有特殊要求，3051S差压变送器因为价格高，在工厂的应用远远低于3051以及EJA等型号，对于其他公司、其他型号的差压变送器是否也能进行这样的分析，未见其他文献介绍。对于现有装置，如果尚未在合适位置安装有3051S的差压变送器，这就需要改动原有设计，在填料塔上钻孔引线，加装设备，这些改动很难得到用户的允许和认同。以上不难看出，传统监测方法因为液泛问题的复杂性以及难以直接测量，传统的方法难于广泛应用在工业实时监测上。2.基于声波的液泛实时监测方法声学测量是一类很有潜力的监测方式。它具有以下特点可实时、在线监测过程变化， 同时很少或者根本不介入反应过程。声学测量装置适用于各种过程条件，具有低成本，可靠和非插入式等特点。根据填料塔的结构和运行方式，显然与其他过程反应一样，其塔内的气液两相对流也会发射出声波，在工业现场，有经验的操作工人甚至能够通过听塔内发出的声音变化来判断填料塔是否工作正常。当填料塔正常工作时，液体向下流动经过填料与向上流的气体形成对流。气体沿着一个弯曲的道路向上，填料中的空隙最终被气体明显的填满。这时，气体是连续相。上升的气体对以空气动力学阻力方式影响下降的液体。这个阻力和重力作用起相反作用，减慢了液体下降流速。不断增大气体流速，当阻力大于或者等于重力时，液体就停止在塔内下降，这就会引起液泛。在液泛的时候流体状态改变了。液体成为有气泡通过的连续相。往上的气泡拉动很多液体往上，造成了塔内不期望的轴向混合。气泡大小不一，有的成核，有的膨胀，有的聚集，有的随机的破裂，导致气泡流成为一个随机无序的过程。通过对比可以发现当液泛发生时，在填料层的上部，形成了一片特征明显的雾沫混合区。该区域剧烈的随机气泡流过程，会引起该位置的声波改变，通过记录分析这种声波的改变，将是一种好的实时检测液泛的手段。Eris Hansuld等在2008年介绍了一种使用传声器作为低成本，非插入式的在线监测液泛发生的方法。该文将压电式麦克风安装在填料塔的表面用于监测塔内流体流动。 在填料塔表面安置麦克风是简单而且非破坏性的。两相流体流动中因为压力不平衡所形成的声波，使得压电材料变形、产生相应的电压。该文随后运用多种统计分析手段对采集到的电压信号方法进行了研究。该文采用的方法是在正常状态和液泛状态各取60秒的声波数据，对这些数据采用标准方差和信息熵的方法分别加以计算分析，该文得出的结论是在液泛发生前，声波电压的信息熵数值就已经发生了明显的变化，所以声波墒值的变化可以作为预报液泛发生的报警信号。Hansuld将液泛的发展分为三个阶段，即正常阶段、过渡阶段和液泛阶段。正常状态下声波的熵值为8左右，液泛状态，熵值升高到11左右，提高了 37. 5%，这显然是极大的改变。所以Hansuld将熵值9. 1作为液泛预警信号。该文在国际上率先给出了一种采用声波探测的方法来监听塔内气液两相流状态，预测液泛的方法。目前在国内尚未见到采用声波方法预测液泛的报道。但是，该文所述的方法，尚存在一些问题1)该文没有提供实验所采集的声音信号的原始数据及曲线，所以无法验证该方法的具体步骤及结论。2)任意取样 60秒，是否每次取得的熵值都能一致。熵值的相同变化量是否能直接作为区分液泛状态的标志，这有待于进一步做实验验证。3) Hansuld的结论是建立在液泛状态与正常状态的熵值有巨大的改变的基础上。如果熵值变化不大，比如小于10%，那就很难做出判断，因为声波电压的测量本身就很容易受外界干扰的影响，10%的熵值变化很有可能会被淹没在测量误差范围内。4)该文实验在每个测量点上都只使用了单支麦克风。单支麦克风仅仅测量到麦克风正前方的局部情况，相对于体量大很多倍的填料塔，单只麦克风所测得的声波信号是否能真实还原塔内的整体情况，存在疑问。5)液泛的发生，不一定是整塔液泛，也有可能是局部液泛，如果能通过声波测量，首先找到局部液泛点，比判断整体液泛发生更具有实用性。出于安全考虑，在流程工业上是不允许发生整塔液泛的情况。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于设计提供的技术方案。所述的，其特征在于采用麦克风阵列对填料塔的填料层上部空间和填料层的声波进行全面测量，测量时采集填料塔声波数据组，然后通过近场声全息方法对上述采集的数据进行综合对比计算，重建并绘制声源面声压变化的全息图，该图用于判断液泛的依据。所述的，其特征在于包括以下步骤1)将麦克风阵列固定设置在填料塔外；2)采集填料塔内实时的声波数据组；3)根据上述测得的声波数据组得到全息面4各点声压，经过运算，得到全息面的复声压，对复声压进行二维傅里叶变换，得到波数域，对波数域作二维傅里叶逆变化，完成对声源面h声压的重建，得到声源面声压变化的全息4)上述的声源面声压变化的全息图用于判断该塔液泛的依据，当全息图最高声压部分的面积比正常状态下全息图最高声压部分的面积减小30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高增梁，杨捷，刘毅，陈冰冰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：