全自動(dòng)燃燒器在安塞油田無人值守站的應(yīng)用

郭亮 王歡 余輝 張海峰 盧敏

（中國石油長慶油田分公司第一采油廠 陜西延安 716000）

引言

安塞油田地處黃土高原，橫跨陜晉2省7區(qū)34市縣，生產(chǎn)區(qū)域點(diǎn)多、線長、面廣，大多在山間、溝壑地區(qū)，工作環(huán)境艱苦，生活設(shè)施不全。近年來，安塞油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)帶來地面設(shè)施的剛性增長與勞動(dòng)用工緊張的矛盾日益突出，2018年，《新安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護(hù)法》實(shí)施后對安全環(huán)保要求也更加嚴(yán)格，為緩解油田發(fā)展矛盾、提升油田發(fā)展質(zhì)量、降低安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，通過設(shè)備改良等措施，達(dá)到站點(diǎn)無人值守或者減少人員值守就顯得十分必要，而對站內(nèi)加熱爐燃燒器進(jìn)行自動(dòng)化控制的改造是可以達(dá)到這一目的的有效措施。

1 燃燒器的現(xiàn)狀及存在問題

在原油集輸過程中，由于原油在溫度較低的情況下黏度高、流動(dòng)性差，集輸站點(diǎn)需要對原油進(jìn)行加熱處理。王南采油作業(yè)區(qū)站內(nèi)原有加熱爐采用的大都是簡易火嘴燃燒器，每站日常需配備4名操作管理人員，使用時(shí)需人工點(diǎn)火。該設(shè)備在使用過程中不能對其主要運(yùn)行參數(shù)（如燃料與空氣質(zhì)量的配比、加熱爐溫度、進(jìn)氣壓力和燃燒負(fù)荷等）進(jìn)行控制，易產(chǎn)生結(jié)焦、積碳、爆燃、冒黑煙等現(xiàn)象，人工點(diǎn)火安全性能較差，傷人事故時(shí)有發(fā)生；其次由于沒有溫度監(jiān)控系統(tǒng)，不能根據(jù)被加熱介質(zhì)溫度高低自動(dòng)調(diào)節(jié)氣量，耗氣量極大。同時(shí)燃燒器工作時(shí)產(chǎn)生多種氮氧化物，易對環(huán)境造成污染。

2 全自動(dòng)燃燒器的基本情況

隨著近年來加熱爐燃燒器及控制系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，以及油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的升級完善，為加熱爐全自動(dòng)燃燒器的應(yīng)用和推廣提供了有利條件。

2.1 全自動(dòng)燃燒器的結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)燃燒器主要由送風(fēng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、電控系統(tǒng)五部分組成。

（1）送風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)系統(tǒng)的功能在于向燃燒室里送入一定風(fēng)速和風(fēng)量的空氣，其主要部件有殼體、風(fēng)機(jī)馬達(dá)、風(fēng)機(jī)葉輪、風(fēng)槍火管、風(fēng)門控制器、風(fēng)門擋板、凸輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、擴(kuò)散盤等。

（2）點(diǎn)火系統(tǒng)：點(diǎn)火系統(tǒng)的功能在于點(diǎn)燃空氣與燃料的混合物，其主要部件有點(diǎn)火變壓器、點(diǎn)火電極、電火高壓電纜等。

（3）監(jiān)測系統(tǒng)：監(jiān)測系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，其主要部件有火焰監(jiān)測器、壓力監(jiān)測器、溫度監(jiān)測器等。

（4）燃料系統(tǒng)：燃料系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器燃燒所需的燃料。主要部件有過濾器、調(diào)壓器、電磁閥組、點(diǎn)火電磁閥組然、燃料蝶閥等。

（5）電控系統(tǒng)：電控系統(tǒng)是以上各系統(tǒng)的指揮中心和聯(lián)絡(luò)中心，主要控制元件為程控器。

圖1 燃燒器結(jié)構(gòu)圖

2.2 全自動(dòng)燃燒器的工作原理

全自動(dòng)燃燒器電控系統(tǒng)按程序控制可燃?xì)怏w進(jìn)入燃燒器的燃燒頭內(nèi)，由一次風(fēng)與可燃?xì)怏w混合，點(diǎn)火燃燒，二次風(fēng)助燃，實(shí)現(xiàn)充分燃燒。燃燒狀況由火焰自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)檢測控制燃燒，當(dāng)燃燒出現(xiàn)故障（燃燒室缺氧、可燃?xì)怏w欠壓、可燃燒氣體斷流、氣量不足等），控制系統(tǒng)發(fā)出指令，供氣系統(tǒng)的電磁閥迅速關(guān)閉，切斷氣電源，燃燒器自動(dòng)吹掃后停機(jī)，指示故障。

3 全自動(dòng)燃燒器的主要特點(diǎn)

3.1 自控程度高

全自動(dòng)燃燒器采用電控系統(tǒng)進(jìn)行程序控制，既可自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)監(jiān)測運(yùn)行過程，又可自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門并根據(jù)出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器負(fù)荷。同時(shí)設(shè)置了手動(dòng)運(yùn)行方式，可以人工控制點(diǎn)火時(shí)間和大小火的自由轉(zhuǎn)換，運(yùn)行操作簡單。

3.2 燃燒性能好

全自動(dòng)燃燒器的燃?xì)饬颗c空氣配給比例合理，使得燃料能夠穩(wěn)定、充分地燃燒，當(dāng)火焰燃燒質(zhì)量檢測不合格時(shí)報(bào)警提示并自動(dòng)切斷氣源，減少了廢氣污染物的排放。

3.3 運(yùn)行安全可靠

全自動(dòng)燃燒器啟動(dòng)平穩(wěn)，點(diǎn)火前先對爐膛進(jìn)行吹掃，使?fàn)t膛內(nèi)置新鮮空氣然后點(diǎn)火，避免了爆燃現(xiàn)象。當(dāng)熄火或停電時(shí)自動(dòng)切斷氣源，避免向爐膛內(nèi)繼續(xù)進(jìn)氣。并且采用紫外線對燃燒全過程的火焰狀態(tài)進(jìn)行安全監(jiān)測，具備非?？煽康陌踩Ｗo(hù)性能。

4 全自動(dòng)燃燒器的現(xiàn)場應(yīng)用

針對王南采油作業(yè)加熱爐簡易火嘴運(yùn)行中存在的問題，現(xiàn)場實(shí)施了全自動(dòng)燃燒器改造和配套監(jiān)控功能完善，改造后的燃燒器自動(dòng)化控制由就地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控兩部分構(gòu)成。

4.1 就地監(jiān)控

通過全自動(dòng)燃燒器電控系統(tǒng)對加熱爐溫度、液位、壓力等運(yùn)行參數(shù)及相關(guān)控制部件進(jìn)行本地監(jiān)控，就地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火、負(fù)荷調(diào)節(jié)和熄火保護(hù)等功能。

按下啟動(dòng)按鈕后，若加熱爐溫度低于啟爐溫度則燃燒器直接啟動(dòng)，啟動(dòng)成功后進(jìn)入大火升溫；當(dāng)加熱爐溫度達(dá)到轉(zhuǎn)火溫度時(shí)，燃燒器轉(zhuǎn)為小火運(yùn)行，此時(shí)若加熱爐溫度持續(xù)上升達(dá)到停爐溫度，則燃燒器關(guān)閉進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待加熱爐溫度再次低于啟爐溫度時(shí)再啟動(dòng)；若加熱爐溫度下降，當(dāng)下降至低于轉(zhuǎn)火溫度10度時(shí)再次開啟大火進(jìn)行大火運(yùn)行；當(dāng)加熱爐溫度達(dá)到轉(zhuǎn)火溫度時(shí)再次轉(zhuǎn)為小火運(yùn)行。

在自動(dòng)運(yùn)行過程中，當(dāng)加熱爐出現(xiàn)超溫、超壓、超低液位等報(bào)警時(shí)，即可切斷加熱爐自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)停機(jī)。操作人員消除故障后，需人為再次開機(jī)。

控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的運(yùn)行參數(shù)有啟爐溫度、轉(zhuǎn)火溫度、停爐溫度及其他加熱爐報(bào)警參數(shù)。根據(jù)站點(diǎn)實(shí)際需求和加熱爐燃燒器的工作狀態(tài)，對控制系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，從而使加熱爐達(dá)到所需的工作狀態(tài)。

4.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控

結(jié)合加熱爐運(yùn)行監(jiān)控需求，將現(xiàn)場加熱爐溫度、液位、進(jìn)氣壓力、燃燒狀態(tài)、停爐控制等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)上傳至站控PLC，通過完善油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控界面，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)加熱爐運(yùn)行工況在線監(jiān)測、關(guān)鍵參數(shù)預(yù)警、緊急停爐及氣源切斷等功能。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)異常工況或存在安全隱患時(shí)，可先進(jìn)行遠(yuǎn)程停爐、切斷氣源，待操作人員現(xiàn)場消除故障后再次開機(jī)。

5 效果和結(jié)論

2017年，安塞油田在現(xiàn)有的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對王南采油作業(yè)區(qū)11座站點(diǎn)、16臺(tái)加熱爐簡易火嘴燃燒器進(jìn)行了全自動(dòng)燃燒器改造和監(jiān)控功能完善，經(jīng)過近一年的運(yùn)行取得了較好的應(yīng)用效果。

（1）結(jié)合國家環(huán)境保護(hù)和企業(yè)降本增效的要求，與原簡易火嘴燃燒器相比，單臺(tái)全自動(dòng)燃燒器每小時(shí)用氣量平均節(jié)約60方，王南采油作業(yè)區(qū)改造后的16臺(tái)全自動(dòng)燃燒器全年節(jié)氣約為52.56萬方。全自動(dòng)燃燒器的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了加熱爐加熱的精準(zhǔn)監(jiān)控，提高了原油加熱效率，減少了對環(huán)境的污染。

（2）全自動(dòng)燃燒器自動(dòng)化控制的應(yīng)用，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了員工現(xiàn)場操作的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）全自動(dòng)燃燒器的良好應(yīng)用提高了現(xiàn)場生產(chǎn)管理水平，成為油田站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化無人值守運(yùn)行的一項(xiàng)重要保障。