SMARTLINK?MRV燃燒精確控制系統(tǒng)的應(yīng)用

韓文斌

（中油遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010）

SMARTLINK?MRV燃燒精確控制系統(tǒng)的應(yīng)用

韓文斌

（中油遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010）

油田注汽鍋爐是稠油開采的重要設(shè)備，它的安全運(yùn)行至關(guān)重要。注汽鍋爐的燃燒分為余氧控制法、CO控制法。在實(shí)際鍋爐的調(diào)試及運(yùn)行中，燃燒的調(diào)整一般都采用過(guò)氧及根據(jù)火焰形狀來(lái)調(diào)整，此調(diào)整方法既不精確也不能很好控制鍋爐的各項(xiàng)指標(biāo)，勢(shì)必造成鍋爐熱效率的降低和燃料的浪費(fèi)。SMARTLINK? MRV精確燃燒控制系統(tǒng)可以按0.1°的精度控制閥門開度，克服機(jī)械聯(lián)桿裝置的磨損和漂移。該方法克服了動(dòng)態(tài)控制錯(cuò)誤，智能化、自檢和補(bǔ)償功能克服了人為操作的缺點(diǎn)，同時(shí)也提高了安全性。

燃燒控制；注汽鍋爐；智能控制；電動(dòng)控制；可編程控制器；參數(shù)監(jiān)控

遼河油田是以生產(chǎn)稠油和超稠油為主的大型油田，稠油開采技術(shù)在世界上居于領(lǐng)先位置，隨著開采工藝的不斷發(fā)展，產(chǎn)量也逐年遞增。以蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、分層注汽、SAGD等為代表的主流開采技術(shù)都離不開注汽鍋爐的使用。由于地層發(fā)育狀況復(fù)雜，導(dǎo)致不同油井、同井不同油層的注汽參數(shù)均不相同，甚至不同生產(chǎn)階段的參數(shù)也不相同，因此，注汽鍋爐的運(yùn)行控制顯得十分重要。

注汽鍋爐的燃燒分為余氧控制法和CO控制法，而在實(shí)際鍋爐的調(diào)試及運(yùn)行中，燃燒的調(diào)整一般都采用過(guò)氧及根據(jù)火焰形狀來(lái)調(diào)整，這種調(diào)整方法既不精確也不能很好地控制鍋爐的各項(xiàng)指標(biāo)，造成了鍋爐熱效率的降低和燃料的浪費(fèi)，有必要采用精確控制燃燒技術(shù)。

1 注汽鍋爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 余氧控制法

依據(jù)助燃空氣必須和燃料消耗量相匹配的原理，通過(guò)監(jiān)測(cè)煙氣中O2的實(shí)測(cè)含量（余氧含量），將過(guò)剩空氣系數(shù)控制在某一數(shù)值上下。當(dāng)運(yùn)行于較高的氧氣設(shè)定點(diǎn)時(shí)，雖然燃料浪費(fèi)非常嚴(yán)重，但是鍋爐運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)比較平穩(wěn)，安全性較高；當(dāng)鍋爐運(yùn)行于最佳氧氣設(shè)定點(diǎn)時(shí)，不但在測(cè)量與控制方面要求更為嚴(yán)格，而且一旦控制出現(xiàn)偏差，尤其是氧氣設(shè)定點(diǎn)偏低時(shí)，將會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致熄火。由于管理體制、技術(shù)水平等多方面的原因，幾乎所有鍋爐都更傾向于采用前者。

1.2 CO控制法

根據(jù)煙氣中的CO含量始終保持在某一范圍內(nèi)的原理，通過(guò)測(cè)量煙氣中的一氧化碳（CO）含量，并將其控制在最佳范圍內(nèi)，就可以保證系統(tǒng)始終處于最佳燃燒狀態(tài)。相對(duì)于余氧法，CO控制法可以大幅簡(jiǎn)化操作流程、提高控制精度，從而顯著改善燃燒狀態(tài)，提高燃料的利用率，為企業(yè)帶來(lái)極高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

1.3 現(xiàn)有控制系統(tǒng)弊端

燃燒控制多以燃料找風(fēng)或風(fēng)找燃料2種方式為主，同時(shí)配合觀測(cè)火焰形狀和含氧量。野外班站鍋爐受煙氣分析儀的限制，操作工人現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整燃燒時(shí)，基本以觀測(cè)火焰形狀來(lái)調(diào)整鍋爐燃燒狀況，勢(shì)必造成鍋爐燃燒工況的不穩(wěn)定。

2 SMARTLINK?MRV精確燃燒控制系統(tǒng)

2.1 控制原理

通過(guò)對(duì)燃燒理論以及注汽鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況的研究，可以得出以下結(jié)論；①對(duì)于特定的一臺(tái)鍋爐，其工作運(yùn)行參數(shù)是固定的；②供給的燃料（現(xiàn)在是天然氣），經(jīng)過(guò)減壓閥后壓力是恒定的，熱值也是恒定的，因此，在確定的閥門開度下的燃料供應(yīng)量是恒定的；③在恒定的燃料供給下的最佳助燃空氣配比是恒定的。

即對(duì)于具體某一臺(tái)注汽鍋爐，其燃料閥的不同開度，對(duì)應(yīng)的燃料供給量是確定的，而且是可重復(fù)性的。因此，拋開反饋控制理論，只要對(duì)不同的燃料供給量，即不同燃料閥門開度（極限是0～90°），標(biāo)定空氣閥的開度，使之達(dá)到最佳配比，形成燃料閥和空氣閥2條相對(duì)應(yīng)的開度曲線，兩閥同步運(yùn)行，就可完成精確控制燃燒。

2.2 控制方法

當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)改變送風(fēng)量，使送風(fēng)量與燃料量相適應(yīng)。燃燒過(guò)程經(jīng)濟(jì)性可以用過(guò)剩空氣系數(shù)來(lái)衡量，過(guò)剩空氣系數(shù)通常用煙氣含氧量來(lái)間接表示。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒最基本方法是使風(fēng)量與燃料量成一定比例。送風(fēng)閥任務(wù)就是使鍋爐送風(fēng)量與燃料量相協(xié)調(diào)，以達(dá)到鍋爐燃燒最高熱效率，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性，但鍋爐熱效率不能直接測(cè)量，故通常采用間接方法來(lái)達(dá)到目。

2.3 控制裝置的組成

完整的SMARTLINK?MRV系統(tǒng)可以最多驅(qū)動(dòng)4個(gè)閥，每個(gè)閥都可連續(xù)運(yùn)行和進(jìn)行0.1°精度的調(diào)整。系統(tǒng)由工業(yè)電源、輸入模塊、輸出模塊、CI中央控制單元、手操器及執(zhí)行器組成。工業(yè)電源接收110～220V交流電輸入，提供高可靠性的工業(yè)級(jí)24V直流電輸出。輸入模塊為高隔離的，用于接收鍋爐控制信號(hào)，例如吹掃、點(diǎn)火、調(diào)火等。輸出模塊提供4～20mA標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號(hào)及數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，用于控制執(zhí)行器。CI中央控制單元為核心部件，可以儲(chǔ)存控制曲線、協(xié)調(diào)點(diǎn)火程序控制器、接受調(diào)火指令和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。手操器提供友好的操作和顯示界面，無(wú)需電腦參與即可完成全部配置設(shè)定。執(zhí)行器用于驅(qū)動(dòng)蝶閥，控制精度達(dá)0.1°。

3 SMARTLINK?MRV控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 實(shí)施效果

該系統(tǒng)于2011年3月26日安裝于遼河油田特油公司熱注二區(qū)大五站，安裝調(diào)試后運(yùn)行平穩(wěn)，鍋爐技術(shù)指標(biāo)控制在要求范圍內(nèi)（表1）。調(diào)試過(guò)程中，技術(shù)人員根據(jù)煙氣分析儀對(duì)鍋爐各點(diǎn)煙氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析，并通過(guò)系統(tǒng)調(diào)整鍋爐燃燒工況，使鍋爐一直保持在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，熱效率得到了有效提高，彌補(bǔ)了配風(fēng)及燃料配合的不足，這套系統(tǒng)應(yīng)用在北美注汽鍋爐上也較為合適。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，單臺(tái)注汽鍋爐平均耗氣量為1 300m3/h，天然氣價(jià)格為2.11元/m3計(jì)算，按全年300d，每天24h運(yùn)行，使用精確燃燒控制后節(jié)能5％進(jìn)行計(jì)算，全年可節(jié)約98.7×104元

[1]劉繼和，孫素鳳.注汽鍋爐（第三版）[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：243-244.

[2]李霞.孫麗.鍋爐智能控制系統(tǒng)及抗干擾措施[J].自動(dòng)化儀表，2003，24（06）：46-48.

SMARTLINK?MRV Combustion Precise Control System Application

Han Wen-bin

Oil-field steam injection boiler is an important equipment for heavy oil exploitation，and its safe operation is very important.Injection boiler combustion is divided into oxygen control method，CO control method.In the actual commissioning and operation of the boiler，the combustion adjustment are generally used in accordance with the flame and the shape of the flame to adjust，this adjustment method is not accurate and can not be well controlled boiler indicators，will inevitably lead to reduced boiler thermal efficiency and fuel waste.The SMARTLINK? MRV Accurate Combustion Control System controls valve opening in 0.1 ° increments to overcome wear and drift in mechanical linkages.The method overcomes the shortcomings of the man-made operation and improves the safety while overcoming the errors of the dynamic control，the intelligence，the self-test and the compensation function.

combustion control；steam injection boiler；intelligent control；electric control；programmable controller；parameter monitoring

TP273.5

A

1003-6490（2016）08-0021-02

2016-08-15

韓文斌（1969—），男，遼寧錦州人，助理工程師，主要從事熱注技術(shù)管理工作。