長輸原油管道加熱爐自動控制技術論述

劉治寶

摘 要：作為一種原油儲運的主要方式，長距離原油輸送十分重要。管道加熱爐的自動控制技術一直是輸油工藝的重點，也是長距離原油管道輸送系統的重要環節，為原油的輸送提供了保障。管道加熱爐主要是將原油的溫度提高，以此來達到降低原油粘度的效果。本文就長輸原油管道加熱爐的工程背景、運行條件、發展歷程以及加熱爐系統做了闡述，最終得出結論。

關鍵詞：長輸；原油管道；加熱爐；自動控制技術

始于最早提出的使用離心調速機的蒸汽機系統的穩定分析，自1868年至今，自動控制理論有了很大的發展。現代的加熱爐自動控制技術在前人的總結上，不斷發展，發展中又補充了很多，使得自動控制技術更加成熟。當今的自動控制技術已經到了較為智能化的地步，在各種技術的發展下，整個系統的性能都有了較大提升。

一、長輸原油管道加熱爐研究的工程背景

進行長距離的管道輸送原油是我國乃至世界輸送原油的主要方式。在輸送原油的過程中，由于原油本身的特點給輸送帶來了一定的困難。比如說，原油本身蠟的含量高，并且凝固點也比較高，基于原油的這一特點來說，我們可以通過給原油加熱來降低原油的凝固點。輸送過程中，為了保證原油較為順暢地運送到目的地，需要不斷地給原油加熱，這就需要加熱爐來完成。加熱爐廣泛的分布于各條長輸原油管道上，是長輸原油運輸管道不可缺少的設備。

二、加熱爐的一般特征

（一）高耦合的特性

加熱爐本身的構造比較復雜，它輸入和輸出都比較多，這就要求了各個工藝和系統參數耦合性較高，要使得原油出力達到最大化，就必須合理的搭配溫度、流量、壓力。此外，煙道擋煙板的位置也應該適當，否則會降低加熱爐的加熱效率。

（二）純滯后的特性

原油加熱需要由熱傳遞來完成，傳遞的過程就不免有一定的滯后性，原油出爐時的數據也會滯后于其他方面的參數。這是因為，加熱爐本身的工藝和構造情況以及各參數在采集時的位置有所差異，這就致使煙道含氧量的采集數據具有一定的滯后性，與燃油的流量和助燃空氣的流量出現一定的差距。

（三）不確定的特性

輸油管道中的原油成分不盡相同，處于變化的狀態當中。或者說管道中的燃料的熱值變化不定，這就使得最佳的風油比變化不定。除此之外，由于加熱爐本身的構造，在運行過程中，預熱器有結垢的現象，這就改變了加熱爐的溫度場，也給優化燃料油的控制帶來了困難。

（四）慣性大的特性

一般來說，熱量的完全散失需要有一定時間，因此，在熄滅加熱爐后，再加熱爐中依舊有大量的剩余熱量。這一特性造成了原油的汽化，給實際的工作帶來了一定的困難。

三、加熱爐運行的條件和要求

（一）有較高的安全性

我國對輸油工藝方面有相關的規定，其中之一就是不允許管道內的原油汽化，。輸油管道中原油的汽化會帶來嚴重的后果，尤其是在長距離輸送的過程中，比如，火焰偏燒和輸油管道泄漏等事故都是來源于管道內的原油汽化。在上文中也有提到，加熱爐的滯后性給工藝中的這個環節帶來了很大困難。

（二）要有一定的平穩性

根據輸油工藝規程，原油管道在輸送過程中是不允許產生凝管現象的。這就意味著，即使是在部分設備出現問題的情況下，加熱爐依然能夠正常平穩的運行。這就給目前國內的長輸原油管道的加熱爐控制系統提出了較高的要求。

（三）應該有高效性

高效性是人們永遠的追求，更是輸油管道加熱爐要到達的一個目標，高效性也是降低能耗，節約資源的重要體現。目前的煙道含氧量數據采集的滯后性是達到高效性的重要制約問題。

四、長輸管道加熱爐的技術發展

（一）將控制系統網絡化

加熱爐的控制系統應該符合長輸管道的密閉輸送流程的要求，原油的氣化很大一部分是由于控制方式的不當，因此，管道發生泄漏時應當特別注意。加熱爐是一個慣性較大的同時又滯后性較強的系統，在管線原油出現泄漏的情況下輸油泵會智能化的停泵，這樣一來，管道原油會出現暫時性的停止流動。但是如果此時的加熱爐在高負荷高速度的運行下，那么即使是停止加熱爐的運行也會會導致原油的汽化，這是因為爐膛內溫度過高，無法一時釋放。我們所說的控制系統的網絡化就是在長輸管道中的任意一點中有問題，或是有潛在問題的話，就會出現全線聯動。隨著輸油管道檢漏技術的不斷提高下，現今已經有將管道加熱爐納入整個管道系統的做法了。這樣一來，即使在長輸送過程中有原油的泄漏情況也可以及時的對此加以控制，將原油泄漏帶來的危害降到最低。

（二）加強管道加熱爐的故障診斷能力

加熱爐有著十分復雜的結構，因此，它的輔助系統也就較多。加熱爐各個輔助系統之間密切的關聯性給系統的故障診斷帶來了極大的困難。因此，加強管道加熱爐診斷程序的診斷能力很有必要，對于保障加熱爐長期穩定的工作也有著十分重要的作用。

（三）融合多領域的先進技術

目前的管道加熱爐爐膛的火焰監視一般都是采用的火焰監視器。火焰監視器輸入的是開關量，這就意味著，它只能反映出爐膛中是否有火，而不能真實地反映出爐膛內此時此刻火焰的溫度和火焰的形狀。隨著現在技術的不斷發展，監視設備和監視方法也有了較大的進步。比如，有的窯爐和鍋爐就有應用圖像處理的方法來檢測和判斷爐膛內火焰的溫度和形狀。因此，在管道的加熱爐技術上也可以利用這個方法，利用圖像來分析和檢測爐膛火焰的實際情況。目前，煙道含氧量的測量是優化加熱爐燃燒的關鍵。但是，由于目前我國科技的發展有一定的不足，在儀器和設備上還不能更好的解決這個問題。

（四）加強容錯控制能力

一個系統應當有冗余能力，對于長輸原油管道來說就是系統的容錯控制能力。它使得在某些部件出現故障的情況下（只要是在可接受的條件內），系統依舊可以按照原定的步驟程序來完成控制任務。一般來說，目前常用的容錯控制方式是通過控制設備以及控制一些設備。

五、總結

由于每個控制理論都有它本身的適用性和局限性，不能一種控制理論來解決實際工作中出現的任何問題，這些因素使得自動控制技術的多樣化。長輸原油管道加熱爐的自動控制技術對于原油的輸送有著重要的意義，應當引起重視。

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