本發(fā)明涉及甲醇制氫領(lǐng)域，具體涉及一種具有管道清理結(jié)構(gòu)的甲醇制氫提純裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源和清潔能源技術(shù)的發(fā)展，甲醇制氫作為一種高效、清潔的氫氣生產(chǎn)方法受到了廣泛關(guān)注。然而，甲醇制氫提純過程中，吸附劑的使用會導(dǎo)致雜質(zhì)積累，影響提純效率和產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的管道清洗方法往往依賴于人工操作或簡單的機(jī)械清洗，這些方法不僅效率低下，而且難以徹底清除管道內(nèi)的沉積物，可能導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)成本增加和系統(tǒng)停機(jī)時間延長。因此，開發(fā)一種自動化、高效的管道清理技術(shù)對于提高甲醇制氫提純裝置的整體性能和可靠性至關(guān)重要。

2、cn216988997u提供了一種甲醇制氫提純用管道清理裝置，包括：升降小車，設(shè)置在所述升降小車上的驅(qū)動部，設(shè)置在所述驅(qū)動部上的拋丸筒部以及設(shè)置在所述拋丸筒部內(nèi)的若干拋丸珠；所述拋丸筒部能夠設(shè)置在氫氣管道外部，其中；驅(qū)動所述驅(qū)動部，所述拋丸筒部能夠旋轉(zhuǎn)，以使所述拋丸筒部帶動若干所述若干拋丸珠敲擊清理氫氣管道，通過升降小車將能夠拆裝的拋丸筒部移動至不同高度和位置的氫氣管道外壁，驅(qū)動部工作而帶動拋丸筒部旋轉(zhuǎn)，使拋丸筒部帶動若干拋丸珠對氫氣管道外壁進(jìn)行全面的旋轉(zhuǎn)拋丸清潔處理。該方案還需要人工清理，未實(shí)現(xiàn)自動控制，且清理時無法獲知清潔進(jìn)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有管道清理結(jié)構(gòu)的甲醇制氫提純裝置，包括psa裝置、解吸/再生系統(tǒng)、排氣、產(chǎn)品氫氣緩沖罐、氫氣壓縮機(jī)、氫氣輸送管道和管道清理模塊；

2、psa裝置連接解吸/再生系統(tǒng)和產(chǎn)品氫氣緩沖罐，解吸/再生系統(tǒng)連接排氣，產(chǎn)品氫氣緩沖罐連接氫氣壓縮機(jī)，氫氣壓縮機(jī)連接氫氣輸送管道；

3、psa裝置用于通過吸附和解吸過程提純氫氣，內(nèi)部設(shè)置有活性炭或psa專用吸附劑，采用雙塔或四塔配置；

4、解吸/再生系統(tǒng)用于通過引入解吸氣體來解吸吸附劑上的雜質(zhì)，解吸的氣體通過排氣排出；

5、產(chǎn)品氫氣緩沖罐用于儲存提純后的氫氣，穩(wěn)定壓力波動，之后通過氫氣壓縮機(jī)和氫氣輸送管道將氫氣輸出；

6、管道清理模塊設(shè)置于psa裝置連接解吸/再生系統(tǒng)和解吸/再生系統(tǒng)連接排氣的管路上，用于對從psa裝置到排氣的解吸管路進(jìn)行清理。

7、管道清理模塊包括主控制器、聲發(fā)射檢測模塊和清洗模塊；清洗模塊包括高壓水模塊和干燥模塊；高壓水模塊包括磨料沖洗模塊和純水沖洗模塊；

8、聲發(fā)射檢測模塊用于檢測清洗過程中管路中發(fā)出的聲發(fā)射信號，并根據(jù)聲發(fā)射信號確定管路是否清洗完成；

9、高壓水模塊用于生成高壓水對解吸管路進(jìn)行清理；

10、主控制器連接聲發(fā)射檢測模塊和清洗模塊，用于根據(jù)聲發(fā)射檢測模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)控制清洗模塊的清洗過程。

11、磨料沖洗模塊包括磨料混合腔和脈沖控制器，磨料混合腔用于將水和磨料進(jìn)行混合并攪拌，脈沖控制器控制混合后的液體脈沖噴射的噴射壓力和噴射頻率；

12、純水沖洗模塊包括儲水箱和壓力控制器，壓力控制器控制純水沖洗時的沖洗壓力。

13、磨料沖洗模塊的脈沖控制器包括壓力調(diào)節(jié)閥、頻率調(diào)節(jié)器和控制邏輯單元；壓力調(diào)節(jié)閥用于調(diào)整磨料混合液體的壓力，以控制噴射壓力；頻率調(diào)節(jié)器用于調(diào)整脈沖噴射的頻率；控制邏輯單元用于根據(jù)預(yù)設(shè)的清洗程序和管路的反饋信號，協(xié)調(diào)壓力調(diào)節(jié)閥和頻率調(diào)節(jié)器的工作，以實(shí)現(xiàn)對磨料混合液體噴射壓力和噴射頻率的精確控制；

14、壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)控制邏輯單元的指令，調(diào)整磨料混合液體的壓力，從而控制噴射壓力的大??；

15、頻率調(diào)節(jié)器控制脈沖噴射頻率的電子或機(jī)械裝置，根據(jù)控制邏輯單元的設(shè)定，改變噴射的頻率，以適應(yīng)不同的清洗需求。

16、純水沖洗模塊還包括過濾系統(tǒng)；純水沖洗模塊用于在磨料沖洗模塊之后對管道進(jìn)行沖洗，以清除管道內(nèi)殘留的磨料和雜質(zhì)；

17、過濾系統(tǒng)用于過濾儲水箱中的純水，確保噴射出的水質(zhì)純凈無雜質(zhì)；

18、儲水箱用于儲存用于沖洗的純水，其容量根據(jù)管道長度和清洗需求確定。

19、聲發(fā)射檢測模塊包括多個聲發(fā)射傳感器、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和分析處理模塊；聲發(fā)射檢測模塊用于在管道清理過程中檢測和分析由管道內(nèi)壁發(fā)出的聲發(fā)射信號，分析清洗效果和確定清洗過程是否完成；

20、聲發(fā)射傳感器分布于管道外壁的不同位置，用于捕捉管道內(nèi)壁在清洗過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號；

21、信號調(diào)理單元與聲發(fā)射傳感器相連接，用于放大、濾波和調(diào)理聲發(fā)射信號，以便于數(shù)據(jù)采集單元采集；

22、數(shù)據(jù)采集單元，用于從信號調(diào)理單元接收調(diào)理后的信號，并進(jìn)行數(shù)字化處理和存儲；

23、分析處理模塊接收數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)字信號，進(jìn)行信號處理和分析。

24、分析處理模塊接收數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)字信號，進(jìn)行信號處理和分析具體如下：

25、對采集到的聲發(fā)射信號進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪、信號增強(qiáng)和趨勢去除，以提高信號質(zhì)量；

26、從預(yù)處理后的聲發(fā)射信號中提取特征參數(shù)，特征參數(shù)包括信號幅度、能量、頻率成分、信號持續(xù)時間、上升時間和計(jì)數(shù)率；

27、利用深度學(xué)習(xí)模型對聲發(fā)射信號進(jìn)行分類，區(qū)分出由清洗過程中沉積物脫落引起的信號、管道振動信號與環(huán)境噪聲引起的信號；

28、當(dāng)聲發(fā)射信號中沉積物脫落引起的信號達(dá)到或低于預(yù)設(shè)閾值，且在一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定，表明管道內(nèi)壁的沉積物已基本脫落，清洗過程完成。

29、數(shù)據(jù)預(yù)處理：

30、使用小波變換或傅里葉變換去除信號中的噪聲，通過放大信號的有用成分來提高信噪比，使用高斯平滑或其他方法去除信號中的線性或非線性趨勢；

31、特征提取時提取以下特征：

32、信號幅度：計(jì)算信號的最大值和最小值；

33、能量：計(jì)算信號的總能量，具體為信號平方的積分；

34、頻率成分：使用傅里葉變換提取信號的頻譜，并分析主要頻率成分；

35、信號持續(xù)時間：測量信號的持續(xù)周期；

36、上升時間：從信號開始到達(dá)到最大值的時間間隔；

37、計(jì)數(shù)率：信號在檢測時間段內(nèi)的事件計(jì)數(shù)；

38、深度學(xué)習(xí)模型結(jié)構(gòu)具體如下：

39、輸入層：接受預(yù)處理和特征提取后的數(shù)據(jù)，根據(jù)聲發(fā)射信號的特征維度確定輸入層的神經(jīng)元數(shù)量，每個特征需要一個或多個神經(jīng)元；使用歸一化方法z-score標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行歸一化；

40、隱藏層：多個隱藏層，使用激活函數(shù)relu或sigmoid進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換；

41、每層的神經(jīng)元數(shù)量根據(jù)數(shù)據(jù)的維度來確定，隱藏層的神經(jīng)元數(shù)量多于輸入層；

42、第一個隱藏層：256個神經(jīng)元，relu激活函數(shù)；第二個隱藏層：128個神經(jīng)元，relu激活函數(shù)，dropout層：在每個隱藏層后應(yīng)用dropout，丟棄率為0.5，以減少過擬合；

43、分類層：輸出層，使用softmax或其他激活函數(shù)進(jìn)行分類，將最后一個隱藏層的輸出映射到類別數(shù)量c，應(yīng)用softmax激活函數(shù)，將輸出轉(zhuǎn)換為概率分布；

44、輸出層：

45、輸出最終的分類結(jié)果，每個類別一個神經(jīng)元對應(yīng)于聲發(fā)射信號的一種類型。

46、深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練過程參數(shù)如下：

47、優(yōu)化算法：使用adam優(yōu)化器，自適應(yīng)地調(diào)整學(xué)習(xí)率，處理不同規(guī)模的問題；

48、學(xué)習(xí)率：初始學(xué)習(xí)率設(shè)置為0.001，根據(jù)驗(yàn)證集的性能進(jìn)行調(diào)整；

49、批處理：采用小批量梯度下降法進(jìn)行訓(xùn)練，批大小設(shè)置為32或64；

50、迭代次數(shù)：根據(jù)驗(yàn)證集上的性能確定，范圍為100至5000次迭代之間。

51、一種甲醇制氫提純方法，采用所述的具有管道清理結(jié)構(gòu)的甲醇制氫提純裝置，具體包括如下步驟：

52、a.準(zhǔn)備工作：

53、檢查甲醇制氫提純裝置的所有組件，包括psa裝置、解吸/再生系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、產(chǎn)品氫氣緩沖罐、氫氣壓縮機(jī)和氫氣輸送管道，確保它們處于良好的工作狀態(tài)；

54、啟動管道清理模塊的聲發(fā)射檢測模塊，進(jìn)行初始化設(shè)置，包括聲發(fā)射傳感器的安裝和校準(zhǔn)；

55、b.psa提純過程：

56、將原料氫氣引入psa裝置，通過吸附和解吸過程提純氫氣；

57、psa裝置內(nèi)部的活性炭或?qū)Ｓ梦絼╅_始吸附原料氫氣中的雜質(zhì)；

58、通過雙塔或四塔配置的psa裝置，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的吸附和解吸循環(huán)；

59、c.解吸/再生過程：

60、解吸/再生系統(tǒng)引入解吸氣體，解吸吸附劑上的雜質(zhì)；

61、解吸的氣體通過排氣系統(tǒng)排出，同時監(jiān)測排氣中的成分，確保雜質(zhì)得到有效去除；

62、d.氫氣緩沖與壓縮：

63、提純后的氫氣儲存在產(chǎn)品氫氣緩沖罐中，穩(wěn)定壓力波動；

64、氫氣壓縮機(jī)將緩沖罐中的氫氣壓縮至所需的壓力；

65、壓縮后的氫氣通過氫氣輸送管道輸出，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的使用或儲存；

66、e.啟動管道清理：

67、管道清理模塊開始工作，首先進(jìn)行磨料沖洗，使用脈沖控制器調(diào)整噴射壓力和頻率，以去除管道內(nèi)的沉積物；

68、f.聲發(fā)射檢測與分析：

69、在清洗過程中，聲發(fā)射檢測模塊實(shí)時捕捉管道內(nèi)壁發(fā)出的聲發(fā)射信號，數(shù)據(jù)采集單元將調(diào)理后的信號傳輸至分析處理模塊，分析處理模塊對信號進(jìn)行預(yù)處理和特征提取，然后使用深度學(xué)習(xí)模型對信號進(jìn)行分類；

70、g.清洗效果評估：

71、分析處理模塊根據(jù)聲發(fā)射信號的特征參數(shù)，評估清洗效果，當(dāng)聲發(fā)射信號中沉積物脫落引起的信號達(dá)到或低于預(yù)設(shè)閾值，且在一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定，分析處理模塊判斷清洗過程完成；

72、h.清洗完成與后續(xù)處理：

73、主控制器接收到清洗完成的信號后，停止清洗模塊，并啟動純水沖洗模塊進(jìn)行最后的沖洗，清洗結(jié)束后，對管道進(jìn)行干燥處理，以去除殘留水分，干燥完成后，甲醇制氫提純裝置重新啟動，繼續(xù)進(jìn)行氫氣提純過程。

74、本發(fā)明的有益效果為：

75、通過使用高壓水模塊和磨料沖洗模塊，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械沖擊力，有效去除管道內(nèi)壁的頑固沉積物，相比于傳統(tǒng)的化學(xué)清洗或手動清洗方法，大大提高了清洗效率。集成的聲發(fā)射檢測模塊能夠?qū)崟r監(jiān)測管道內(nèi)的清洗過程，提供準(zhǔn)確的清洗反饋。主控制器根據(jù)這些反饋信號，智能調(diào)整清洗參數(shù)，確保清洗過程既高效又節(jié)能。定期進(jìn)行高效的管道清洗可以減少管道堵塞和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，從而延長psa裝置、解吸/再生系統(tǒng)和其他關(guān)鍵部件的使用壽命。

76、本方案通過集成先進(jìn)的聲發(fā)射檢測技術(shù)和智能控制算法，實(shí)現(xiàn)了對甲醇制氫提純裝置管道的自動清洗。采用高壓水射流和磨料沖洗技術(shù)，結(jié)合精確的脈沖控制，能夠有效去除管道內(nèi)的沉積物。此外，通過聲發(fā)射信號的實(shí)時監(jiān)測和深度學(xué)習(xí)模型的智能分析，本方案能夠準(zhǔn)確評估清洗效果，確保管道內(nèi)壁的徹底清潔。這種自動化的清洗方法不僅提高了清洗效率，降低了人工成本，還減少了系統(tǒng)的維護(hù)時間和停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了甲醇制氫提純裝置的整體運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。