油田大型場(chǎng)站加熱爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

摘? 要：部分站控系統(tǒng)地處偏遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制對(duì)于減輕人力、物力消耗至關(guān)重要。現(xiàn)針對(duì)大型場(chǎng)站，提出了一種符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)安全、邏輯、手自動(dòng)操作需求，能夠?qū)崿F(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)及中控室數(shù)據(jù)正確讀寫(xiě)，切換安全可靠。

關(guān)鍵詞：加熱爐;自動(dòng)控制;安全;邏輯

0? ? 引言

加熱爐從開(kāi)始使用到現(xiàn)在形式多種多樣，走過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。從早期的熔爐和烤爐簡(jiǎn)單裝配幾套空氣與燃?xì)忾_(kāi)口，到采用預(yù)混燃燒器及后來(lái)類似的噴嘴混合燃燒器，再到現(xiàn)在為滿足不同需求設(shè)計(jì)的特種燃燒器，燃燒器在理論及結(jié)構(gòu)上都發(fā)生了深刻的變化，很大程度上促進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。加熱爐在油田生產(chǎn)過(guò)程中起到了不可替代的重要作用，承擔(dān)著原油加熱、站內(nèi)熱循環(huán)以及大罐保溫等任務(wù)，其自動(dòng)控制可大幅減輕場(chǎng)站人力、物力的消耗。

1? ? 加熱爐控制系統(tǒng)

聯(lián)合站共有6臺(tái)加熱爐，將6臺(tái)加熱爐集中整合到防爆RTU控制柜中，對(duì)加熱爐的液位、壓力、溫度等現(xiàn)場(chǎng)儀表采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)將燃燒器控制權(quán)分享至RTU防爆柜，實(shí)現(xiàn)燃燒器手自動(dòng)切換的比例燃燒。

加熱爐現(xiàn)場(chǎng)儀表分別實(shí)時(shí)采集加熱爐爐水壓力、爐水液位、排煙溫度、爐水溫度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，傳輸至控制柜進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成實(shí)時(shí)聯(lián)鎖控制，并通過(guò)管線將數(shù)據(jù)上傳至烏南聯(lián)合站中控室，可以實(shí)現(xiàn)加熱爐全天自動(dòng)運(yùn)行，并通過(guò)對(duì)各項(xiàng)安全附件的參數(shù)聯(lián)鎖，提高加熱爐間整個(gè)區(qū)域的安全性。加熱爐控制系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

加熱爐的聯(lián)鎖控制：在加熱爐壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，將啟動(dòng)超壓保護(hù)，加熱爐自動(dòng)切換至停爐狀態(tài);當(dāng)液位過(guò)低時(shí)，將啟動(dòng)液位聯(lián)鎖保護(hù)，自動(dòng)停爐。邏輯圖如圖2所示。

2? ? 燃燒器自動(dòng)控制方案

加熱爐采用遠(yuǎn)程控制，可通過(guò)中控室實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)溫度設(shè)定及燃燒器啟停等功能。通過(guò)設(shè)定期望爐火溫度以及啟爐溫度、停爐溫度、增加負(fù)荷、減少負(fù)荷等，經(jīng)過(guò)下位機(jī)程序計(jì)算運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)控制功能。

在下位機(jī)程序內(nèi)，根據(jù)燃燒器運(yùn)行原理，通過(guò)編寫(xiě)梯形圖實(shí)現(xiàn)燃燒器以下功能：

（1）設(shè)置啟爐溫度、停爐溫度、大火溫度、小火溫度，使整個(gè)加熱爐在運(yùn)行時(shí)符合：當(dāng)實(shí)際溫度小于啟爐溫度時(shí)，啟動(dòng)加熱爐;當(dāng)實(shí)際溫度大于啟爐溫度、小于大火溫度時(shí)，轉(zhuǎn)成大火;當(dāng)實(shí)際溫度大于大火溫度、小于停爐溫度時(shí)，轉(zhuǎn)成小火;當(dāng)實(shí)際溫度大于停爐溫度時(shí)，停運(yùn)加熱爐。

（2）燃燒器通過(guò)自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)的控制，在控制的基礎(chǔ)上強(qiáng)化了可操作的功能性，其中包括對(duì)燃燒器手自動(dòng)切換增加負(fù)荷和減少負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的雙冗余，切實(shí)做好設(shè)備在控制方面的一備一用，如圖3所示。

加熱爐啟停控制梯形圖如圖4所示。

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_MAN_AUTO）為0（手動(dòng)控制），燃燒器運(yùn)行指示（LU_R_S）為1時(shí)，使加熱爐啟停（LU_RUN）置1，啟動(dòng)加熱爐;

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_

MAN_AUTO）為1（自動(dòng)控制），加熱爐水浴溫度（TT_501_E）小于或等于自動(dòng)啟爐溫度（LU_Temp_

Start）時(shí)，使加熱爐啟停（LU_RUN）

置1，啟動(dòng)加熱爐;

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_

MAN_AUTO）為0（手動(dòng)控制），燃燒器運(yùn)行指示（LU_R_S）為2時(shí)，使加熱爐啟停（LU_RUN）置0，停運(yùn)加熱爐;

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_MAN_AUTO）為1（自動(dòng)控制），加熱爐水浴溫度（TT_501_E）大于自動(dòng)停爐溫度（LU_Temp_

Stop）時(shí)，使加熱爐啟停（LU_RUN）置0，停運(yùn)加熱爐。

加熱爐大小火控制梯形圖如圖5所示。

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_MAN_AUTO）為0（手動(dòng)控制），燃燒器大小火控制（LU_1_2）為2時(shí)，使燃燒器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置1，使加熱爐為大火狀態(tài);

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_MAN_AUTO）為1（自動(dòng)控制），加熱爐水浴溫度（TT_501_E）小于或等于大小火區(qū)間溫度（LU_Temp_set）時(shí)，使燃燒器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置1，使加熱爐為大火狀態(tài);

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_MAN_AUTO）為0（手動(dòng)控制），燃燒器大小火控制（LU_1_2）為1時(shí)，使燃燒器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置0，使加熱爐為小火狀態(tài);

當(dāng)燃燒器手自動(dòng)控制（LU_MAN_AUTO）為1（自動(dòng)控制），加熱爐水浴溫度（TT_501_E）處于大火、停爐區(qū)間溫度（LU_Temp_DB）時(shí)，使燃燒器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置0，使加熱爐為小火狀態(tài)。

3? ? CENTUM VP系統(tǒng)

CENTUM VP由于其豐富的控制功能適用于石油精煉、化學(xué)、鋼鐵、紙漿、電力和上下水處理等各行各業(yè)，為高度且有效的操作提供了支持;通過(guò)遠(yuǎn)程操作/監(jiān)視功能、安全測(cè)量系統(tǒng)以及PLC子系統(tǒng)的交流功能，實(shí)現(xiàn)了工廠以及全體設(shè)備操作的整合。CENTUM VP現(xiàn)場(chǎng)控制站的高度有效性使得長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定作業(yè)的實(shí)現(xiàn)成為了可能。

CENTUM VP由四部分組成，分別為操作監(jiān)視功能、工程功能、控制功能和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，如圖6所示。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

站區(qū)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)減輕人力、物力的消耗至關(guān)重要，加熱爐的自動(dòng)控制是大型場(chǎng)站控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

本文深入研究了加熱爐運(yùn)行時(shí)序，確定出了一套符合現(xiàn)場(chǎng)加熱爐運(yùn)行模式的方案，通過(guò)對(duì)下位機(jī)程序的編寫(xiě)完成邏輯控制，實(shí)現(xiàn)燃燒器自動(dòng)啟停、大小火轉(zhuǎn)換、手自動(dòng)切換、增加負(fù)荷、減少負(fù)荷及期望溫度設(shè)定與控制等功能。另外，針對(duì)加熱爐的控制，采用超壓、超液位保護(hù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)加熱爐保護(hù)聯(lián)鎖控制功能。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].6版.北京：科學(xué)出版社，2013.

[2] 樂(lè)嘉謙.儀表工手冊(cè)[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

收稿日期：2020-06-10

作者簡(jiǎn)介：田地（1987—），女，河南南陽(yáng)人，工程師，主要從事油氣田地面建設(shè)方面的自動(dòng)化應(yīng)用工作。