CN101226000A - 一种新型真空相变加热炉智能控制系统 - Google Patents

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刘长征
杨巍
孙志刚
于涛
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Abstract

本发明涉及一种应用在油田油气集输领域加热炉上的控制系统，该系统主要由数据采集模块(1)、就地控制模块(2)、异地控制模块(3)、远传显示模块(4)和通讯模块(5)组成，数据采集模块(1)分别与就地控制模块(2)、异地控制模块(3)连接，就地控制模块(2)、异地控制模块(3)、远传显示模块(4)、通讯模块(5)依次连接。本发明的有益效果是：该系统具有全自动运行、无需人工干预，智能分析、智能诊断功能，同时满足多种通讯要求，并具有就地、异地均可控制的功能。

Description

一种新型真空相变加热炉智能控制系统
技术领域
本发明涉及一种应用在油田油气集输领域加热炉上的控制系统，尤其涉及一种新型真空相变加热炉智能控制系统。
背景技术
加热炉广泛应用于油气集输系统中，将原油、天然气及其井产物加热至工艺所要求的温度，以便进行输送、沉降、分离、脱水和初加工。现有加热炉控制系统比较简单，主要被控参数选择炉内压力或温度，通过对固定工况环境换热的设计计算来达到控制最终介质温度的目的。由于温度的迟滞效应，导致最终介质温度始终落后于想要达到的目标值，因此对工况的要求很高，但正常生产中，工况条件不断变化，导致被控介质的参数在较大的范围内波动，一般在+10℃内波动，不能做到精确控制，一旦工况环境远离设计参数，就会导致整套系统工作的不平稳，甚至无法工作。以上这些原因，导致加热炉的适应能力低下，经常达不到控制要求，现场的维护量增加，能源也大量浪费。
现有的控制系统为保证设备的运行安全，多设置简单的安全联锁装置；现有加热炉出现故障后，故障的判断解除基本上依靠人工经验来解决，因此对售后人员要求比较高；现有加热炉的控制多采用就地控制，异地远传监控，加热炉的启停、参数修改需要在现场进行，当出现故障异地发现后还需到现场停机，容易酿成事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型真空相变加热炉智能控制系统，该系统具有全自动运行、无需人工干预，智能分析、智能诊断功能，同时满足多种通讯要求，并具有就地、异地均可控制的功能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种新型真空相变加热炉智能控制系统，主要由数据采集模块1、就地控制模块2、异地控制模块3、远传显示模块4和通讯模块5组成，数据采集模块1分别与就地控制模块2、异地控制模块3连接，就地控制模块2、异地控制模块3、远传显示模块4、通讯模块5依次连接；数据采集模块1采集现场数据，将采集的数据传送给就地控制模块2，就地控制模块2通过报警检测、PID运算，输出控制信号至燃烧装置，调节燃烧装置输出功率大小，以保证最终介质出口温度平稳；同时，数据采集模块1采集的现场数据远传给异地控制模块3，并在远传显示模块4上分析、显示、记录、打印；通过异地控制模块3计算，分析加热炉的工作情况，根据不同的工况条件，给燃烧装置发出不同的指令，以使整个加热过程处于最优状态。
本发明的控制系统改变对加热炉内温度或压力的控制方式，选择最终介质的出口温度为控制参数，使系统运行始终处于最优状态。目前，加热炉的控制媒介都是加热炉内中间介质的压力或温度，然后再由这个参数影响最终控制目标——最终介质的出口温度，这样最终介质的出口温度迟滞效应明显，控制目标参数的稳定性不能够得到保障，它始终随着流量的变化波动，为了达到控制效果，必须提高设定温度，从而在相同的被控温度参数下，消耗更多的燃料。而本发明的控制系统直接控制最终需要的媒介，即最终介质出口温度，使得温度迟滞效应最大幅度的降低，也使得出口温度的波动受到限制，从而达到节省能源的目的。同时，由于控制对象的转移，本发明系统的使用能力大大提高，当工况发生变化时，仍然能较好的控制出口温度，使出口温度保持在设定值的±1℃以内。
本发明的控制系统为智能控制系统，在燃烧器运行过程中，随着工况的变化，控制系统需要不断的进行调整。根据数据采集模块采集的数据，系统分析出不同的工况条件，从而给出最合理的建议，由操作员进行选择。控制系统通过分析燃烧装置的输出功率、最终介质出口温度、最终介质入口温度、炉内压力的曲线，判断炉内的结垢、真空度情况，同时通过分析最终介质的流量，判断加热炉处于哪种工作负荷，为加热炉的检修提供数据。本发明的控制系统有自动故障诊断功能，对加热炉经常遇到的故障，如：最终介质出口温度达不到要求；最终介质出口温度波动过大；炉内压力过高；频繁启、停燃烧器等，在对检测参数进行分析的基础上，进行合理的判断，得出产生故障的原因，并提出具体的解决办法供操作员实施。
本发明的控制系统设计了多重的运行保护机制，使整套真空相变加热炉系统始终处于最安全的工作状态下。加热炉有爆炸的危险，一旦发生爆炸或其他事故，可造成人员伤亡、财产损失，而且一旦锅炉停止运转，可导致一条生产线、一个工厂受到影响，因此设计多重运行保护机制，可避免不必要的损失。在控制过程中，控制系统始终检测真空相变加热炉内中间介质液位、压力；最终介质出口温度、可燃气泄露量及燃气过滤器内的含水量，其中炉内中间介质液位由两台检测仪表进行冗余测量，任何一个参数不正常都会产生声光报警，并在需要的时候自动停机。同时通过对数据采集模块采集数据的分析，给出故障原因及排除故障的方法。任何报警及自动停机的产生，如果没有操作员的确认，都将不会消除，以免不必要的危险发生。
本发明的控制系统采用了目前最先进控制部件，支持以太网、电话线、现场总线(MODBUS、PROFIBUS)、GPRS等通讯方式，可通过OPC接口方式，与其它控制系统完美的结合在一起，组成一个快捷的、高度集中的控制网络，使相关部门都可以第一时间得到任何一台加热炉的控制参数，从而更加合理的调配资源，达到节约能源的目的。同时，加热炉的参数还能够实时的发送到加热炉生产厂家，厂家通过对参数的监控，能及时发现加热炉的换热效率及安全隐患，在控制系统无法判断原因的故障发生时，还可通过对参数的人工分析得出故障发生的具体原因，以加快故障解决时间、减少售后服务的工作量、减少用户的损失。
本发明的有益效果是：整个系统为全自动控制系统，无需人工控制；系统直接控制最终介质出口温度，保证工况发生变化时最终介质出口温度平稳；该系统具有对控制过程进行智能分析、智能诊断的功能，并可以做出相应的提示；该系统具有多重联锁安全保护机制，可以同时满足多种通讯要求，并具有就地、异地均可控制的功能。
附图说明
图1是本发明新型真空相变加热炉智能控制系统的组成示意图。
图2是本发明新型真空相变加热炉智能控制系统的控制点示意图。
图中：1、数据采集模块，2、就地控制模块，3、异地控制模块，4、远程显示模块，5、通讯模块，6、燃烧装置，7、燃烧装置故障报警点，8、最终介质入口温度监视点，9、最终介质出口温度监视、调节、报警联锁点，10、控制模块，11、加热炉内温度监视、报警联锁点，12、加热炉内压力监视、报警连锁点，13、可燃气体检测、报警联锁点，14、加热炉内水位监视、报警联锁点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：
如图1和图2所示，本发明的一种新型真空相变加热炉智能控制系统，主要由数据采集模块1、就地控制模块2、异地控制模块3、远传显示模块4和通讯模块5构成。控制系统的数据采集模块1首先采集燃烧装置故障报警点7、最终介质的出口温度监视、调节、报警联锁点9、最终介质入口温度监视点8、加热炉内温度监视、报警联锁点11、加热炉内压力监视、报警联锁点12、加热炉内水位监视、报警联锁点14、可燃气体检测、报警连锁点13处的参数和燃气过滤器内含水量，把以上数据传输给就地控制模块2和异地控制模块3，控制模块通过报警检测、PID运算，输出反馈控制信号到燃烧装置6，调节燃烧装置6输出功率大小，保证最终介质出口温度平稳。当各个监视、报警联锁点有任何一处数据超标时，整个智能控制系统就会动作，切断燃烧装置电源，并声光报警，同时在远传显示模块4上显示故障原因及解决方法，同时通过通讯模块5反馈到各个相关人员、部门，保证加热炉的运行安全。整个运行过程无需人工干预，系统自动进行。
本发明包括两套独立的子控制系统，用户可以实现就地和异地修改最终介质出口温度监视、调节、报警联锁点9的数值，以满足工艺要求，当其中一套子控制系统出现故障时，另一套可以继续运行，不会影响加热炉的正常工作，保证满足生产要求，同时也方便设备的调试、维护。
本发明的新型真空相变加热炉智能控制系统的远传显示模块4采用触摸屏，能够节约空间、能够广泛适应各种工作环境且工作状况稳定。
本发明的新型真空相变加热炉智能控制系统设有通讯模块5，具有以太网、电话线、现场总线(MODBUS、PROFIBUS)、GPRS等多种工业通讯标准，可以满足多种通讯要求。
采用了本发明的加热炉智能控制系统，可以实现加热炉的无人值守，直接控制最终介质出口温度，保证工况发生变化时介质出口温度平稳，以满足工艺生产要求，通过多重联锁安全保护机制确保加热炉的正常安全运行，采用触摸屏作为显示控制终端既节约空间又保证系统工作稳定，多种通讯方式保证满足各种工业通讯要求。

Claims (3)

1.一种新型真空相变加热炉智能控制系统，其特征在于，该系统主要由数据采集模块(1)、就地控制模块(2)、异地控制模块(3)、远传显示模块(4)和通讯模块(5)组成，数据采集模块(1)分别与就地控制模块(2)、异地控制模块(3)连接，就地控制模块(2)、异地控制模块(3)、远传显示模块(4)、通讯模块(5)依次连接；数据采集模块(1)采集现场数据，将采集的数据传送给就地控制模块(2)，就地控制模块(2)通过报警检测、PID运算，输出控制信号至燃烧装置，调节燃烧装置输出功率大小，以保证最终介质出口温度平稳；同时，数据采集模块(1)采集的现场数据远传给异地控制模块(3)，并在远传显示模块(4)上分析、显示、记录、打印；通过异地控制模块(3)计算，分析加热炉的工作情况，根据不同的工况条件，给燃烧装置发出不同的指令，以使整个加热过程处于最优状态。
2.如权利要求1所述的一种新型真空相变加热炉智能控制系统，其特征在于，所述远传显示模块(4)为触摸屏。
3.如权利要求1所述的一种新型真空相变加热炉智能控制系统，其特征在于，所述通讯模块(5)采用以太网或电话线或现场总线或GPRS通讯方式。
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