油田大型場站加熱爐的自動控制系統研究

摘? 要：部分站控系統地處偏遠，實現自動控制對于減輕人力、物力消耗至關重要。現針對大型場站，提出了一種符合現場實際的加熱爐自動控制系統，充分考慮現場安全、邏輯、手自動操作需求，能夠實現控制現場及中控室數據正確讀寫，切換安全可靠。

關鍵詞：加熱爐;自動控制;安全;邏輯

0? ? 引言

加熱爐從開始使用到現在形式多種多樣，走過了漫長的發展歷程。從早期的熔爐和烤爐簡單裝配幾套空氣與燃氣開口，到采用預混燃燒器及后來類似的噴嘴混合燃燒器，再到現在為滿足不同需求設計的特種燃燒器，燃燒器在理論及結構上都發生了深刻的變化，很大程度上促進了現代工業的發展。加熱爐在油田生產過程中起到了不可替代的重要作用，承擔著原油加熱、站內熱循環以及大罐保溫等任務，其自動控制可大幅減輕場站人力、物力的消耗。

1? ? 加熱爐控制系統

聯合站共有6臺加熱爐，將6臺加熱爐集中整合到防爆RTU控制柜中，對加熱爐的液位、壓力、溫度等現場儀表采集數據進行處理，同時將燃燒器控制權分享至RTU防爆柜，實現燃燒器手自動切換的比例燃燒。

加熱爐現場儀表分別實時采集加熱爐爐水壓力、爐水液位、排煙溫度、爐水溫度等各項數據，傳輸至控制柜進行數據處理，完成實時聯鎖控制，并通過管線將數據上傳至烏南聯合站中控室，可以實現加熱爐全天自動運行，并通過對各項安全附件的參數聯鎖，提高加熱爐間整個區域的安全性。加熱爐控制系統整體架構如圖1所示。

加熱爐的聯鎖控制：在加熱爐壓力高于設定壓力時，將啟動超壓保護，加熱爐自動切換至停爐狀態;當液位過低時，將啟動液位聯鎖保護，自動停爐。邏輯圖如圖2所示。

2? ? 燃燒器自動控制方案

加熱爐采用遠程控制，可通過中控室實現各項溫度設定及燃燒器啟停等功能。通過設定期望爐火溫度以及啟爐溫度、停爐溫度、增加負荷、減少負荷等，經過下位機程序計算運行，實現整個自動控制功能。

在下位機程序內，根據燃燒器運行原理，通過編寫梯形圖實現燃燒器以下功能：

（1）設置啟爐溫度、停爐溫度、大火溫度、小火溫度，使整個加熱爐在運行時符合：當實際溫度小于啟爐溫度時，啟動加熱爐;當實際溫度大于啟爐溫度、小于大火溫度時，轉成大火;當實際溫度大于大火溫度、小于停爐溫度時，轉成小火;當實際溫度大于停爐溫度時，停運加熱爐。

（2）燃燒器通過自動化改造，實現了遠程和現場的控制，在控制的基礎上強化了可操作的功能性，其中包括對燃燒器手自動切換增加負荷和減少負荷，實現對設備的雙冗余，切實做好設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。

當燃燒器手自動控制（LU_MAN_AUTO）為0（手動控制），燃燒器運行指示（LU_R_S）為1時，使加熱爐啟停（LU_RUN）置1，啟動加熱爐;

當燃燒器手自動控制（LU_

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

Start）時，使加熱爐啟停（LU_RUN）

置1，啟動加熱爐;

當燃燒器手自動控制（LU_

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

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

Stop）時，使加熱爐啟停（LU_RUN）置0，停運加熱爐。

加熱爐大小火控制梯形圖如圖5所示。

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

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

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

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

3? ? CENTUM VP系統

CENTUM VP由于其豐富的控制功能適用于石油精煉、化學、鋼鐵、紙漿、電力和上下水處理等各行各業，為高度且有效的操作提供了支持;通過遠程操作/監視功能、安全測量系統以及PLC子系統的交流功能，實現了工廠以及全體設備操作的整合。CENTUM VP現場控制站的高度有效性使得長時間穩定作業的實現成為了可能。

CENTUM VP由四部分組成，分別為操作監視功能、工程功能、控制功能和網絡通信系統，如圖6所示。

4? ? 結語

站區自動控制系統的實現對減輕人力、物力的消耗至關重要，加熱爐的自動控制是大型場站控制系統穩定運行的重要保障。

本文深入研究了加熱爐運行時序，確定出了一套符合現場加熱爐運行模式的方案，通過對下位機程序的編寫完成邏輯控制，實現燃燒器自動啟停、大小火轉換、手自動切換、增加負荷、減少負荷及期望溫度設定與控制等功能。另外，針對加熱爐的控制，采用超壓、超液位保護，結合現場實際情況，實現加熱爐保護聯鎖控制功能。

[參考文獻]

[1] 胡壽松.自動控制原理[M].6版.北京：科學出版社，2013.

[2] 樂嘉謙.儀表工手冊[M].2版.北京：化學工業出版社，2004.

收稿日期：2020-06-10

作者簡介：田地（1987—），女，河南南陽人，工程師，主要從事油氣田地面建設方面的自動化應用工作。