油田大型场站加热炉的自动控制系统研究

摘  要：部分站控系统地处偏远，实现自动控制对于减轻人力、物力消耗至关重要。现针对大型场站，提出了一种符合现场实际的加热炉自动控制系统，充分考虑现场安全、逻辑、手自动操作需求，能够实现控制现场及中控室数据正确读写，切换安全可靠。

关键词：加热炉;自动控制;安全;逻辑

0    引言

加热炉从开始使用到现在形式多种多样，走过了漫长的发展历程。从早期的熔炉和烤炉简单装配几套空气与燃气开口，到采用预混燃烧器及后来类似的喷嘴混合燃烧器，再到现在为满足不同需求设计的特种燃烧器，燃烧器在理论及结构上都发生了深刻的变化，很大程度上促进了现代工业的发展。加热炉在油田生产过程中起到了不可替代的重要作用，承担着原油加热、站内热循环以及大罐保温等任务，其自动控制可大幅减轻场站人力、物力的消耗。

1    加热炉控制系统

联合站共有6台加热炉，将6台加热炉集中整合到防爆RTU控制柜中，对加热炉的液位、压力、温度等现场仪表采集数据进行处理，同时将燃烧器控制权分享至RTU防爆柜，实现燃烧器手自动切换的比例燃烧。

加热炉现场仪表分别实时采集加热炉炉水压力、炉水液位、排烟温度、炉水温度等各项数据，传输至控制柜进行数据处理，完成实时联锁控制，并通过管线将数据上传至乌南联合站中控室，可以实现加热炉全天自动运行，并通过对各项安全附件的参数联锁，提高加热炉间整个区域的安全性。加热炉控制系统整体架构如图1所示。

加热炉的联锁控制：在加热炉压力高于设定压力时，将启动超压保护，加热炉自动切换至停炉状态;当液位过低时，将启动液位联锁保护，自动停炉。逻辑图如图2所示。

2    燃烧器自动控制方案

加热炉采用远程控制，可通过中控室实现各项温度设定及燃烧器启停等功能。通过设定期望炉火温度以及启炉温度、停炉温度、增加负荷、减少负荷等，经过下位机程序计算运行，实现整个自动控制功能。

在下位机程序内，根据燃烧器运行原理，通过编写梯形图实现燃烧器以下功能：

（1）设置启炉温度、停炉温度、大火温度、小火温度，使整个加热炉在运行时符合：当实际温度小于启炉温度时，启动加热炉;当实际温度大于启炉温度、小于大火温度时，转成大火;当实际温度大于大火温度、小于停炉温度时，转成小火;当实际温度大于停炉温度时，停运加热炉。

（2）燃烧器通过自动化改造，实现了远程和现场的控制，在控制的基础上强化了可操作的功能性，其中包括对燃烧器手自动切换增加负荷和减少负荷，实现对设备的双冗余，切实做好设备在控制方面的一备一用，如图3所示。

加热炉启停控制梯形图如图4所示。

当燃烧器手自动控制（LU_MAN_AUTO）为0（手动控制），燃烧器运行指示（LU_R_S）为1时，使加热炉启停（LU_RUN）置1，启动加热炉;

当燃烧器手自动控制（LU_

MAN_AUTO）为1（自动控制），加热炉水浴温度（TT_501_E）小于或等于自动启炉温度（LU_Temp_

Start）时，使加热炉启停（LU_RUN）

置1，启动加热炉;

当燃烧器手自动控制（LU_

MAN_AUTO）为0（手动控制），燃烧器运行指示（LU_R_S）为2时，使加热炉启停（LU_RUN）置0，停运加热炉;

当燃烧器手自动控制（LU_MAN_AUTO）为1（自动控制），加热炉水浴温度（TT_501_E）大于自动停炉温度（LU_Temp_

Stop）时，使加热炉启停（LU_RUN）置0，停运加热炉。

加热炉大小火控制梯形图如图5所示。

当燃烧器手自动控制（LU_MAN_AUTO）为0（手动控制），燃烧器大小火控制（LU_1_2）为2时，使燃烧器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置1，使加热炉为大火状态;

当燃烧器手自动控制（LU_MAN_AUTO）为1（自动控制），加热炉水浴温度（TT_501_E）小于或等于大小火区间温度（LU_Temp_set）时，使燃烧器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置1，使加热炉为大火状态;

當燃烧器手自动控制（LU_MAN_AUTO）为0（手动控制），燃烧器大小火控制（LU_1_2）为1时，使燃烧器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置0，使加热炉为小火状态;

当燃烧器手自动控制（LU_MAN_AUTO）为1（自动控制），加热炉水浴温度（TT_501_E）处于大火、停炉区间温度（LU_Temp_DB）时，使燃烧器大小火控制（LU_Ⅰ_Ⅱ）置0，使加热炉为小火状态。

3    CENTUM VP系统

CENTUM VP由于其丰富的控制功能适用于石油精炼、化学、钢铁、纸浆、电力和上下水处理等各行各业，为高度且有效的操作提供了支持;通过远程操作/监视功能、安全测量系统以及PLC子系统的交流功能，实现了工厂以及全体设备操作的整合。CENTUM VP现场控制站的高度有效性使得长时间稳定作业的实现成为了可能。

CENTUM VP由四部分组成，分别为操作监视功能、工程功能、控制功能和网络通信系统，如图6所示。

4    结语

站区自动控制系统的实现对减轻人力、物力的消耗至关重要，加热炉的自动控制是大型场站控制系统稳定运行的重要保障。

本文深入研究了加热炉运行时序，确定出了一套符合现场加热炉运行模式的方案，通过对下位机程序的编写完成逻辑控制，实现燃烧器自动启停、大小火转换、手自动切换、增加负荷、减少负荷及期望温度设定与控制等功能。另外，针对加热炉的控制，采用超压、超液位保护，结合现场实际情况，实现加热炉保护联锁控制功能。

[参考文献]

[1] 胡寿松.自动控制原理[M].6版.北京：科学出版社，2013.

[2] 乐嘉谦.仪表工手册[M].2版.北京：化学工业出版社，2004.

收稿日期：2020-06-10

作者简介：田地（1987—），女，河南南阳人，工程师，主要从事油气田地面建设方面的自动化应用工作。