油田大型場站加熱爐的自動控制系統(tǒng)研究

摘? 要：部分站控系統(tǒng)地處偏遠，實現(xiàn)自動控制對于減輕人力、物力消耗至關(guān)重要?，F(xiàn)針對大型場站，提出了一種符合現(xiàn)場實際的加熱爐自動控制系統(tǒng)，充分考慮現(xiàn)場安全、邏輯、手自動操作需求，能夠?qū)崿F(xiàn)控制現(xiàn)場及中控室數(shù)據(jù)正確讀寫，切換安全可靠。

關(guān)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(xiàn)在形式多種多樣，走過了漫長的發(fā)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(yù)混燃燒器及后來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，很大程度上促進了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。加熱爐在油田生產(chǎn)過程中起到了不可替代的重要作用，承擔著原油加熱、站內(nèi)熱循環(huán)以及大罐保溫等任務(wù)，其自動控制可大幅減輕場站人力、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(xiàn)場儀表采集數(shù)據(jù)進行處理，同時將燃燒器控制權(quán)分享至RTU防爆柜，實現(xiàn)燃燒器手自動切換的比例燃燒。

加熱爐現(xiàn)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(shù)據(jù)，傳輸至控制柜進行數(shù)據(jù)處理，完成實時聯(lián)鎖控制，并通過管線將數(shù)據(jù)上傳至烏南聯(lián)合站中控室，可以實現(xiàn)加熱爐全天自動運行，并通過對各項安全附件的參數(shù)聯(lián)鎖，提高加熱爐間整個區(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，將啟動超壓保護，加熱爐自動切換至停爐狀態(tài);當液位過低時，將啟動液位聯(lián)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(xiàn)各項溫度設(shè)定及燃燒器啟停等功能。通過設(shè)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(jīng)過下位機程序計算運行，實現(xiàn)整個自動控制功能。

在下位機程序內(nèi)，根據(jù)燃燒器運行原理，通過編寫梯形圖實現(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(zhuǎn)成大火;當實際溫度大于大火溫度、小于停爐溫度時，轉(zhuǎn)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(xiàn)了遠程和現(xiàn)場的控制，在控制的基礎(chǔ)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(xiàn)對設(shè)備的雙冗余，切實做好設(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(tài);

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(qū)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(tài);

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(tài);

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(qū)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(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;通過遠程操作/監(jiān)視功能、安全測量系統(tǒng)以及PLC子系統(tǒng)的交流功能，實現(xiàn)了工廠以及全體設(shè)備操作的整合。CENTUM VP現(xiàn)場控制站的高度有效性使得長時間穩(wěn)定作業(yè)的實現(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

站區(qū)自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)對減輕人力、物力的消耗至關(guān)重要，加熱爐的自動控制是大型場站控制系統(tǒng)穩(wěn)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(xiàn)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(xiàn)燃燒器自動啟停、大小火轉(zhuǎn)換、手自動切換、增加負荷、減少負荷及期望溫度設(shè)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(jié)合現(xiàn)場實際情況，實現(xiàn)加熱爐保護聯(lián)鎖控制功能。

[參考文獻]

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

收稿日期：2020-06-10

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