風油調(diào)節(jié)系統(tǒng)和燃油加熱系統(tǒng)的設計

印 濤YIN Tao

（遼河油田總機械廠 自動控制研究所，盤錦 124209）

0 引言

目前，我國油田使用的產(chǎn)生濕飽和蒸汽的設備是直流式蒸汽發(fā)生器，即：注汽鍋爐。通過注汽鍋爐產(chǎn)生高壓、高溫的濕飽和蒸汽，注入到生產(chǎn)油井的油層區(qū)域內(nèi)，將油層溫度提高到200℃以上，這樣可以降低原油的粘度，提高原油的流動性，增加油氣的驅(qū)動力，從而提高生產(chǎn)油井的稠油產(chǎn)收率，增加原油的產(chǎn)量[3]。由此可見注汽鍋爐是稠油熱采工藝中的重要設備。目前注汽鍋爐發(fā)展趨勢正朝著安全、節(jié)能、大注氣量方向發(fā)展，本文針對遼河油田總機械廠生產(chǎn)的50t/h注汽鍋爐，設計出一套鍋爐的風油比例自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和燃油加熱系統(tǒng)，來保證鍋爐在滿足油田生產(chǎn)工藝要求的情況下，安全運行，始終處于最佳燃燒狀態(tài)，提高鍋爐熱效率。

1 風油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計方法及原理

1.1 風油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計思想

傳統(tǒng)的經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論設計出的控制系統(tǒng)都是事先知道被控對象（或過程）精確的數(shù)學模型，然后根據(jù)數(shù)學模型以及給定的性能指標，選擇適當?shù)目刂埔?guī)律，進行控制系統(tǒng)設計。在許多情況下，被控對象很難建立精確的數(shù)學模型，對這類對象和過程就很難進行自動控制，而對于這些較難控制的一些生產(chǎn)過程中，有經(jīng)驗的操作人員進行手動控制，憑借其豐富的經(jīng)驗，卻可以收到令人滿意的效果。這就是人腦的重要特點之一就是有能力對模糊事物進行識別與判決，看起來不確切的模糊手段常?？梢赃_到精確的目的[7]。

依據(jù)上訴思想設計了總機械廠風油調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們?nèi)∪加土髁繛橄到y(tǒng)的輸入值，將燃油流量所能達到的允許取值范圍分成十段，在每一段內(nèi)分別對應一個風門開度值，這個值是通過有經(jīng)驗的操作人員人工設定的。系統(tǒng)運行時首先判定燃油流量輸入值屬于哪一段，然后向風門控制器輸出這一段所對應的風門開度值，這就是我們對風油自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計的基礎。為了達到更好的控制效果，我們又增加了帶有PID控制器的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，對風門的開度進行修正使其達到最優(yōu)的風油比。在工程中我們?nèi)″仩t排放煙氣中的含氧量作為反饋量，與我們所設定的值求差輸入到PID控制器中，得出風門開度的調(diào)節(jié)值。最后我們將這個調(diào)節(jié)值和之前確定的風門開度值相加后得出風門的最終開度值。如圖1所示。

圖1 風油調(diào)節(jié)原理框圖

1.2 程序的實現(xiàn)

根據(jù)上訴控制原理我們完成了相應的程序編制，這里我們給出某一段風門開度程序控制圖具體如圖2所示。

圖2 風油調(diào)節(jié)程序圖

1.3 本風油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)點

1）系統(tǒng)響應快速。本系統(tǒng)采用人工經(jīng)驗控制為基礎，當然后有燃油輸入量后，輸出風門值直接達到了最優(yōu)控制點處，上下誤差很小，直接達到了較好的控制效果。對比傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)，減少了尋找最優(yōu)點，和調(diào)節(jié)震蕩的過程，所以說響應速度快。

2）穩(wěn)定性好。本系統(tǒng)以人工經(jīng)驗數(shù)據(jù)為基礎，傳統(tǒng)的PID控制量只起調(diào)節(jié)作用，減少了傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)用氧化鋯測量含氧量不準，和氧化鋯使用壽命短從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。即使系統(tǒng)不啟用PID調(diào)節(jié)，依靠人工數(shù)據(jù)也可以達到較好的控制效果。

3）精度高，實現(xiàn)無靜差控制。風油調(diào)節(jié)本身就是一個純滯后、大慣性和時不確定性的復雜控制對象，本系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)量中我們特意將比例環(huán)節(jié)作用調(diào)低，將積分環(huán)節(jié)作用調(diào)大，減少系統(tǒng)擾動對PID控制器的影響，是系統(tǒng)輸出始終處于最佳狀態(tài)。

4）程序簡化，簡化硬件。本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所以所需硬件及編程語句也都簡化，減少了開發(fā)人員的勞動強度。簡化硬件，簡化程序的同時，也減少了成本，減少了系統(tǒng)因硬件損壞而失效的概率，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 燃油加熱控制系統(tǒng)

注汽鍋爐燃油一般是渣油或重油，這些油的粘度高，流動性差。使用前要經(jīng)過預熱，才能降低燃料油的粘度，以便達到易于泵送、易于控制、易于霧化的目的。在鍋爐處于點火啟爐階段時我們采用電加熱器的方式加熱燃油，當燃油溫度小于70℃時啟動電加熱器，把燃油加熱到85℃后電加熱器停止工作。電加熱器由PLC控制啟停，具體梯形圖見圖3。圖3為電加熱器動作梯形圖。

圖3 電加熱器動作梯形圖

當注汽鍋爐鍋爐正常運行后，鍋爐可以產(chǎn)生高溫、高壓的蒸汽，為節(jié)約電能，我們引出小部分蒸汽對燃油加熱，即：采用蒸汽伴熱的方式對燃油進行加熱。通過控制燃油蒸汽伴熱電動閥門的開度來控制加熱燃油的蒸汽量，當燃油溫度過低時，我們增加燃油蒸汽伴熱電動閥的開度增加加熱燃油的蒸汽量，使燃油溫度慢慢升高；當燃油溫度過高時，減少燃油蒸汽電動閥門開度即可?？傊覀兺ㄟ^調(diào)節(jié)加熱燃油的蒸汽量，能夠很好的保證燃油溫度在我們需要的范圍內(nèi)[1]。燃油溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用采用閉環(huán)控制方式，將燃油溫度經(jīng)溫度傳感器檢測出來，與我們設定好的值求差，把此值經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運算后得出電動閥的開度輸出值，從而達到了我們控制燃油溫度的目的。具體見圖4燃油溫度控制結(jié)構(gòu)框圖。

圖4 燃油溫度控制結(jié)構(gòu)框圖

3 結(jié)束語

這兩套控制系統(tǒng)在遼河油田生產(chǎn)的50t/h燃油注汽鍋爐上得到應用，控制效果良好，完全可以保障注汽鍋爐安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的運行，滿足油田生產(chǎn)的需要。

[1]卓娜,李素華,魏永捷,等.油田燃油注汽鍋爐自動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化,2009,7：124-127.

[2]Parts,M.Effect of steam injection into two nearby layers.Journal Of Petroleum Science and Engineering,2003：117-124.

[3]劉繼和,孫素鳳.注汽鍋爐[M].北京：石油工業(yè)出版社,2007：113-122.

[4]宋伯生.PLC編程理論、算法與技巧[M].北京：機械工業(yè)出版社,2006：311-325.

[5]楊公源.可編程控制器(PLC)原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.

[6]陳在平.可編程控制器技術(PLC)系統(tǒng)設計[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007.

[7]紀春萌.模糊控制在燃煤注汽鍋爐控制系統(tǒng)中的應用[D].大連：大連海事大學,2008.