一种用于制氢反应器的供热结构、温度协调控制方法及系统与流程

1.本发明属于制氢工艺技术领域，尤其涉及一种用于制氢反应器的供热结构、温度协调控制方法及系统。


背景技术：

2.在氢气制备过程中，需要将反应温度保持在适当的范围内，这就需要对反应器进行及时的温度控制和调节。
3.现有技术中，通常采用pid闭环控制方式进行温度控制。预先设定比例p、积分i、微分d三个控制参数，并给定理想温度值，在温控过程中，采集当前反馈的温度值，根据理想值与反馈值的误差，进行pid闭环控制。
4.但是，氢气制备过程中，往往无法给定明确的理想温度值，理想温度值只是一个大致的温度范围，采用现有的pid闭环控制方式进行温度控制，需要大量实验测试出所需的理想值，导致时间和人力成本较高，且温度稳定性差，容易产生温度大幅度跳动，导致温控效果较差。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种用于制氢反应器的供热结构、温度协调控制方法及系统，以至少部分解决现有技术中存在的制气温控时间和人力成本较高，温控过程中，温度稳定稳定性较差的技术问题。
6.本发明提供一种用于制氢反应器的供热结构，所述供热结构包括：
7.至少两个发热体，各所述发热体将所述制氢反应器分成至少两个可独立控温的供热区；
8.发热体温度传感器，所述发热体温度传感器一一对应地采集各所述发热体的温度；
9.环境温度传感器，所述环境温度传感器一一对应地采集各所述供热区的温度。
10.本发明还提供一种温度协调控制方法，基于如上所述的供热结构，所述方法包括：
11.根据预存的制氢工艺控制过程，确定目标供热区当前所处的温度控制阶段，并基于所述温度控制阶段得到热量需求量；
12.获取所述目标供热区的当前温度和当前温度变化趋势；
13.基于所述热量需求量、所述当前温度和所述当前温度变化趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令；
14.所述协同供热区为所述至少两个供热区中除所述目标供热区以外的至少一个供热区。
15.进一步地，所述温度控制阶段包括：
16.初始升温阶段、启动温度阶段、至少一个工作温度控制阶段、高温阶段或过高温度控制阶段。
17.进一步地，获取所述目标供热区的当前温度变化趋势，具体包括：
18.采集第一时刻所述目标供热区的第一当前温度；
19.采集第二时刻所述目标供热区的第二当前温度，其中，所述第二时刻晚于所述第一时刻；
20.若所述第一当前温度低于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度上升趋势；
21.若所述第一当前温度高于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度下降趋势；
22.若所述第一当前温度等于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度稳定趋势。
23.进一步地，所述基于所述热量需求量、所述当前温度和所述温度控制趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令，具体包括：
24.基于所述热量需求量和所述当前温度，确定所述目标供热区的发热体工作状态；
25.根据所述发热体工作状态和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令。
26.进一步地，根据所述发热体工作状态和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令，具体包括：
27.若所述发热体工作状态为加大供热状态，且所述当前温度变化趋势为温度下降趋势或温度稳定趋势，则向所述目标供热区发送加大供热指令；
28.所述加大供热指令包括开启所述目标供热区的发热体、提高所述目标供热区的发热体的加热温度，或降低所述目标供热区的空占比。
29.进一步地，根据所述发热体工作状态和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令，具体包括：
30.判定所述发热体工作状态为正常供热状态；
31.若所述当前温度变化趋势为温度下降趋势，则向所述目标供热区发送加大供热指令；
32.若所述当前温度变化趋势为温度上升趋势，则向所述目标供热区发送减小供热指令；
33.所述加大供热指令包括开启所述目标供热区的发热体、提高所述目标供热区的发热体的加热温度，或降低所述目标供热区的空占比；
34.所述减小供热指令包括关闭所述目标供热区的发热体、降低所述目标供热区的发热体的加热温度，或提高所述目标供热区的空占比。
35.进一步地，根据所述发热体工作状态和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令，具体包括：
36.若所述发热体工作状态为减小供热状态，且所述当前温度变化趋势为温度上升趋势或温度稳定趋势，则向所述目标供热区发送减小供热指令；
37.所述减小供热指令包括关闭所述目标供热区的发热体、降低所述目标供热区的发热体的加热温度，或提高所述目标供热区的空占比。
38.进一步地，所述基于所述热量需求量、所述当前温度和所述温度控制趋势，向所述
目标供热区和/或协同供热区发送温控指令，具体包括：
39.基于所述热量需求量和所述当前温度，确定所述目标供热区的发热体工作状态；
40.判定所述发热体工作状态为加大供热状态，且所述温度控制趋势为温度下降趋势、并持续时长超过时长阈值，则向所述协同供热区发送温控指令，以使所述协同供热区增加供热量。
41.本发明还提供一种温度协调控制系统，所述系统包括：
42.温控阶段获取单元，用于根据预存的制氢工艺控制过程，确定目标供热区当前所处的温度控制阶段，并基于所述温度控制阶段得到热量需求量；
43.当前温度获取单元，用于获取所述目标供热区的当前温度和当前温度变化趋势；
44.温控指令发送单元，用于基于所述热量需求量、所述当前温度和所述当前温度变化趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令；所述协同供热区为所述至少两个供热区中除所述目标供热区以外的至少一个供热区。
45.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述温度协调控制方法的步骤。
46.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述温度协调控制方法的步骤。
47.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述温度协调控制方法的步骤。
48.在上述一种或几种具体实施方式中，本发明所提供的温度协调控制方法和系统具有以下技术效果：
49.本发明所提供的温度协调控制方法和系统，根据预存的制氢工艺控制过程，确定目标供热区当前所处的温度控制阶段，并基于所述温度控制阶段得到热量需求量；并且获取所述目标供热区的当前温度和当前温度变化趋势；通过基于所述热量需求量、所述当前温度和所述当前温度变化趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令。
50.这样，将整个加热过程按照制氢工艺要求进行精细化控制，使用划分供热区域控制供热，通过分区控温、按趋势供热、动态调控供热能力的动态趋势智能控制温度方法，满足将反应器工作温度控制在制氢工艺所需的温度区间内，解决了现有以pid闭环控制方法导致的反应器工作温度所带来的温度变动幅度过大，甚至于导致反应器短时间停止运行的状况，避免了温度不稳定、并产生大幅度跳动的情况，提高了温控效果和温控稳定性。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本发明所提供的供热结构一种具体实施方式的结构示意图；
53.图2为本发明所提供的温度协调控制方法一种具体实施方式的流程图；
54.图3为本发明所提供的温度协调控制系统一种具体实施方式的结构框图；
55.图4为本发明所提供电子设备一种具体实施方式的结构框图。
具体实施方式
56.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.现有pid闭环控制是采用理想值为基础控制温度区间，为满足制氢工艺区间内热量供给动态平衡的要求，需要对pid闭环控制进行调整，因此，在pid闭环动态控制、考虑控制板芯片计算能力的基础上，本发明以分区形式的供热结构为基础，构建了动态趋势智能控制温度方法，将制氢工作的催化剂工作的环境温度形成多个区间，每个区间采用参数化实现闭环控制，既拥有pid闭环控制的优点，又降低了芯片计算量，从而满足了制氢工艺的催化剂环境温度控制需求。
58.请参考图1，图1为本发明所提供的供热结构一种具体实施方式的结构示意图。
59.在一种具体实施方式中，本发明提供一种用于制氢反应器的供热结构，该供热结构包括至少两个发热体1、至少两个发热体温度传感器2和至少两个环境温度传感器3；其中，各所述发热体将所述制氢反应器分成至少两个可独立控温的供热区4，所述发热体温度传感器一一对应地采集各所述发热体的温度，所述环境温度传感器一一对应地采集各所述供热区的温度。
60.为了描述方便，本实施例以将制氢反应器分为两个供热区为例，每个供热区自成体系，其中，每个供热区内包含一个发热体、至少一个发热体温度传感器、至少两个环境温度传感器。在工作过程中，通过发热体温度传感器采集发热体的升温上限，且多个发热体温度传感器之间互相验证及备份；通过环境温度传感器进行控制供热区供热，且多个发热体温度传感器之间互相验证及备份，同时多个临近的供热区之间可以互相控制协助对方供热。
61.应该理解的是，上述供热区不局限于为两个，也可以根据制氢反应器的规格以及温度控制需求，划分为三个或三个以上的供热区，各供热区之间不存在物理分隔结构，仅仅为区域上的划分。
62.基于上述供热结构，本发明还提供一种温度协调控制方法，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
63.s1：根据预存的制氢工艺控制过程，确定目标供热区当前所处的温度控制阶段，并基于所述温度控制阶段得到热量需求量。考虑到催化剂等的活性需要，在制氢工艺的不同阶段，所需要的热量以及反应温度是不同的，通过获取温度控制阶段，能够为动态控制温度提供工况调节基础。
64.具体地，所述温度控制阶段包括初始升温阶段、启动温度阶段、至少一个工作温度控制阶段、高温阶段或过高温度控制阶段。在实际温控过程中，工作温度控制阶段需要进行温度持续调整，工作温度控制阶段可以进一步细分为n个子调节阶段。
65.s2：获取所述目标供热区的当前温度和当前温度变化趋势。
66.其中，当前温度可通过环境温度传感器实时采集，当前温度变化趋势则通过前后
两个当前温度的对比得到。
67.获取所述目标供热区的当前温度变化趋势，具体包括：
68.采集第一时刻所述目标供热区的第一当前温度；
69.采集第二时刻所述目标供热区的第二当前温度，其中，所述第二时刻晚于所述第一时刻；
70.若所述第一当前温度低于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度上升趋势；
71.若所述第一当前温度高于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度下降趋势；
72.若所述第一当前温度等于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度稳定趋势。
73.在实际使用场景中，第一时刻与第二时刻之间的差值可以根据调整精度确定，例如，第一时刻与第二时刻之间的差值可以为1s、2s、3s或者更长的时长。
74.s3：基于所述热量需求量、所述当前温度和所述当前温度变化趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令；其中，所述协同供热区为所述至少两个供热区中除所述目标供热区以外的至少一个供热区，一般地，为了保证协同供热的效果，协同供热区一般选择与目标供热区相邻的供热区。
75.在步骤s3中，温控指令包括向目标供热区发送指令，或者向协同供热区发送指令，也可以同时向目标供热区和协同供热区发送指令。
76.具体地，所述基于所述热量需求量、所述当前温度和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令包括以下步骤：
77.s31：基于所述热量需求量和所述当前温度，确定所述目标供热区的发热体工作状态；
78.s32：根据所述发热体工作状态和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令。
79.通过确认发热体的工作状态以及温度控制趋势，来确定目标供热区的发热体的工作状态，从而使得温度控制与热量需求量紧密契合，提高温度控制效果。
80.其中，步骤s32中，根据所述发热体工作状态和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令，具体包括：
81.若所述发热体工作状态为加大供热状态，且所述当前温度变化趋势为温度下降趋势或温度稳定趋势，则向所述目标供热区发送加大供热指令；
82.所述加大供热指令包括开启所述目标供热区的发热体、提高所述目标供热区的发热体的加热温度，或降低所述目标供热区的空占比。
83.判定所述发热体工作状态为正常供热状态；
84.若所述当前温度变化趋势为温度下降趋势，则向所述目标供热区发送加大供热指令；
85.若所述当前温度变化趋势为温度上升趋势，则向所述目标供热区发送减小供热指令；
86.所述加大供热指令包括开启所述目标供热区的发热体、提高所述目标供热区的发
热体的加热温度，或降低所述目标供热区的空占比；
87.所述减小供热指令包括关闭所述目标供热区的发热体、降低所述目标供热区的发热体的加热温度，或提高所述目标供热区的空占比。
88.若所述发热体工作状态为减小供热状态，且所述当前温度变化趋势为温度上升趋势或温度稳定趋势，则向所述目标供热区发送减小供热指令；
89.所述减小供热指令包括关闭所述目标供热区的发热体、降低所述目标供热区的发热体的加热温度，或提高所述目标供热区的空占比。
90.基于上述控制策略，在实际的温控过程中，对于每一个供热区是独立控制，将工艺控制过程分为若干个区间，如初始升温区、启动温度区、工作温度控制区1、工作温度控制区2
……
工作温度控制区n、高温区、过高温度控制区等；同时，将每个温度控制区将温度分为温度上升趋势、温度下降趋势和温度稳定趋势；根据每个温度控制趋势对应该状态的工艺控制过程中对热量需求定义发热体工作状态，如加大供热、正常供热和减小供热；还可以同时调整发热体的供热时间，例如，在需要加大供热时可延长供热时间，需要减小供热时可缩短供热时间。
91.在步骤s3中，除了上述对目标控制器发送温控指令，还可以基于所述热量需求量、所述当前温度和所述温度控制趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令，其具体包括以下步骤：
92.基于所述热量需求量和所述当前温度，确定所述目标供热区的发热体工作状态；
93.判定所述发热体工作状态为加大供热状态，且所述温度控制趋势为温度下降趋势、并持续时长超过时长阈值，则向所述协同供热区发送温控指令，以使所述协同供热区增加供热量。
94.也就是说，当目标供热区供热时，可以同时请求其他临近的供热区给予供热支持，也就是说，向协同供热区发送温控指令，以便临近的协同供热区予以支持。如果当前供热区环境符合控制需求，但是临近发出供热协助请求，那么当前供热区可以根据协助请求级别适当调整当前供热控制，满足协助其他供热区需求。
95.在上述具体实施方式中，本发明所提供的温度协调控制方法，根据预存的制氢工艺控制过程，确定目标供热区当前所处的温度控制阶段，并基于所述温度控制阶段得到热量需求量；并且获取所述目标供热区的当前温度和当前温度变化趋势；通过基于所述热量需求量、所述当前温度和所述当前温度变化趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令。
96.该控制方法的核心控制特点是在将制氢反应器分为多个供热区，每一个供热区内热量供给形成动态平衡，其现象是控制催化剂工作的环境温度区间，在甲醇混合液与催化剂接触式发生重整反应时提供热量。而整个反应过程中存在两种情况：因为催化剂堆导热导致催化剂温度差异过大热量分配不均，重整反应需要的热量来自催化剂自身热量，外部热源需要持续为催化剂供热满足重整反应对热量的需求。
97.这样，将整个加热过程按照制氢工艺要求进行精细化控制，使用划分供热区域控制供热，通过分区控温、按趋势供热、动态调控供热能力的动态趋势智能控制温度方法，满足将反应器工作温度控制在制氢工艺所需的温度区间内，解决了现有以pid闭环控制方法导致的反应器工作温度所带来的的温度变动幅度过大，甚至于导致反应器短时间停止运行
的状况，避免了温度不稳定、并产生大幅度跳动的情况，提高了温控效果和温控稳定性。
98.除了上述方法，本发明还提供一种温度协调控制系统，如图3所示，所述系统包括：
99.温控阶段获取单元100，用于根据预存的制氢工艺控制过程，确定目标供热区当前所处的温度控制阶段，并基于所述温度控制阶段得到热量需求量；所述温度控制阶段包括初始升温阶段、启动温度阶段、至少一个工作温度控制阶段、高温阶段或过高温度控制阶段。
100.当前温度获取单元200，用于获取所述目标供热区的当前温度和当前温度变化趋势；
101.温控指令发送单元300，用于基于所述热量需求量、所述当前温度和所述当前温度变化趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令；所述协同供热区为所述至少两个供热区中除所述目标供热区以外的至少一个供热区。
102.当前温度获取单元200具体用于：
103.采集第一时刻所述目标供热区的第一当前温度；
104.采集第二时刻所述目标供热区的第二当前温度，其中，所述第二时刻晚于所述第一时刻；
105.若所述第一当前温度低于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度上升趋势；
106.若所述第一当前温度高于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度下降趋势；
107.若所述第一当前温度等于所述第二当前温度，则判定所述当前温度变化趋势为温度稳定趋势。
108.温控指令发送单元300具体用于：
109.基于所述热量需求量和所述当前温度，确定所述目标供热区的发热体工作状态；
110.根据所述发热体工作状态和所述温度控制趋势，向所述目标供热区发送温控指令。
111.其中，若所述发热体工作状态为加大供热状态，且所述当前温度变化趋势为温度下降趋势或温度稳定趋势，则向所述目标供热区发送加大供热指令；
112.所述加大供热指令包括开启所述目标供热区的发热体、提高所述目标供热区的发热体的加热温度，或降低所述目标供热区的空占比。
113.判定所述发热体工作状态为正常供热状态；
114.若所述当前温度变化趋势为温度下降趋势，则向所述目标供热区发送加大供热指令；
115.若所述当前温度变化趋势为温度上升趋势，则向所述目标供热区发送减小供热指令；
116.所述加大供热指令包括开启所述目标供热区的发热体、提高所述目标供热区的发热体的加热温度，或降低所述目标供热区的空占比；
117.所述减小供热指令包括关闭所述目标供热区的发热体、降低所述目标供热区的发热体的加热温度，或提高所述目标供热区的空占比。
118.若所述发热体工作状态为减小供热状态，且所述当前温度变化趋势为温度上升趋
势或温度稳定趋势，则向所述目标供热区发送减小供热指令；
119.所述减小供热指令包括关闭所述目标供热区的发热体、降低所述目标供热区的发热体的加热温度，或提高所述目标供热区的空占比。
120.温控指令发送单元300还用于：
121.基于所述热量需求量和所述当前温度，确定所述目标供热区的发热体工作状态；
122.判定所述发热体工作状态为加大供热状态，且所述温度控制趋势为温度下降趋势、并持续时长超过时长阈值，则向所述协同供热区发送温控指令，以使所述协同供热区增加供热量。
123.本发明所提供的温度协调控制系统，根据预存的制氢工艺控制过程，确定目标供热区当前所处的温度控制阶段，并基于所述温度控制阶段得到热量需求量；并且获取所述目标供热区的当前温度和当前温度变化趋势；通过基于所述热量需求量、所述当前温度和所述当前温度变化趋势，向所述目标供热区和/或协同供热区发送温控指令。
124.这样，将整个加热过程按照制氢工艺要求进行精细化控制，使用划分供热区域控制供热，通过分区控温、按趋势供热、动态调控供热能力的动态趋势智能控制温度方法，满足将反应器工作温度控制在制氢工艺所需的温度区间内，解决了现有以pid闭环控制方法导致的反应器工作温度所带来的的温度变动幅度过大，甚至于导致反应器短时间停止运行的状况，避免了温度不稳定、并产生大幅度跳动的情况，提高了温控效果和温控稳定性。
125.图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communicationsinterface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行温度协调控制方法。
126.此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
127.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述温度协调控制方法。
128.本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述温度协调控制方法。
129.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
130.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
131.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。