CN101329110B

CN101329110B - 油田加热炉的全自动控制系统

Info

Publication number: CN101329110B
Application number: CN2008101416095A
Authority: CN
Inventors: 刘永才; 陈国玺
Original assignee: Shenzhen Jiayuntong Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Jiayuntong Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2028-07-14
Also published as: CN101329110A

Abstract

一种油田加热炉的全自动控制系统，它属于石油工业的自动控制技术领域，它由可编程序控制器PLC以及设置在加热炉内部的流量变送器、出口压力变送器、温度变送器，火焰探头、风门执行器、点火器、燃气泄漏检测开关、调节阀、主电磁阀和燃气流量变送器组成了出口温度自动控制系统、空气与燃气配比控制系统、自动点火系统、熄火保护系统、在火焰区检测炉管表面温度系统和加热炉炉效自动分析与计算系统，成功实现在火焰区内检测钢管表面温度，经可编程序器进行数据处理后，对炉管表面温度预报警、报警和停炉控制；通过对燃料流量、水流量以及加热炉出口、入口水温检测，实现炉效的正平衡计算控制，从而实现加热炉无人值守型全自动控制。

Description

油田加热炉的全自动控制系统

技术领域：

本发明涉及一种油田加热炉的全自动控制系统，它属于石油工业的自动控制技术领域，特别是油田加热炉的各系统的自动控制。

背景技术：

目前用于油田加热炉自动控制系统较多，通常由加热炉出口温度检测元件和控制阀组成的出口温度自动控制系统；有出口压力检测元件和调节阀组成的控制系统；有由点火器和点火电磁阀组成的半自动点火系统。上述这类系统都是单回路常规仪表控制，其控制效果有限，也存在如下的一些问题，比如不能及时的实现到燃气的漏气检测，不能实现全自动的监控和检测等等。

本申请人在2004年4月30日提出的专利申请号为200410037150.8的专利申请中所涉及的《油田加热炉自动控制系统》与上述所提及的技术方案的类型相近似。该申请的技术方案虽然解决了油田加热炉的自动控制，但是也属于单回路常规仪表控制，不能实现真正意义上的全自动控制，即加热炉无人值守型全自动控制。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种自动控制程度高，且安全可靠的油田加热炉的全自动控制系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于它包括一个可以实时检测炉管温度，并存储，且进行数字、棒图、实时曲线显示的可编程控制器PLC以及设置在加热炉上的与可编程控制器PLC连接的检测装置；所述的设置在加热炉中的检测装置如下：加热炉出口温度变送器、设置在炉管上的测温元件；出口压力变送器、出口流量变送器、烟道温度变送器、入口温度变送器、火筒耐火砖内温度变送器、耐火砖外温度变送器、火焰检测器、燃烧器之点火器、风门执行器、点火电磁阀、主电磁阀、燃气流量变送器；所述的加热炉出口温度变送器、可编程控制器PLC和调节阀所组成加热炉出口温度控制回路；由火焰检测器、主电磁阀和可编程控制器PLC所组成熄火自动保护系统；由燃气泄露检测开关，点火器，点火电磁阀，风门执行器和可编程控制器PLC组成自动点火系统；由燃气流量变送器(FE1)、风门执行器(ZV1)组成空气与燃气自动配风系统；由燃气流量变送器，入口温度变送器、烟道温度变送器以及可编程控制器PLC所组成的加热炉热效率自动分析系统；火筒耐火砖内温度变送器、耐火砖外温度变送器、可编程控制器PLC和调节阀组成炉管高温检测系统。

所述的火焰检测器为紫外线火焰检测器。

所述的可编程控制器PLC包括微处理器CPU、时钟、定时器、计数器、随机存储器，可抹存储器、显示单元、模拟量输入、模拟量输出、数字量输入和数字量输出部件。

所述的加热炉还包括：连接测温元件的焊点，测温元件和在炉口部分的内壁上设置的耐火砖。

所述的设置在加热炉中的检测装置的安装和连接方式如下：加热炉出口温度变送器、出口流量变送器、出口压力变送器分别安装在出口管线上，火筒耐火砖内温度变送器和耐火砖外温度变送器分别焊接在火筒炉管钢板上，火筒耐火砖内温度变送器安装在耐火砖内，耐火砖外温度变送器安装在无耐火砖的钢板上，火焰检测器(BE1)安装在火咀旁并能观测到火焰的位置，风门执行器和点火器安装在燃烧器上，燃气泄露检测开关、调节阀、主电磁阀、燃气流量变送器分别安装在燃气供给主管线上，点火电磁阀安装在调节阀的副线上；可编程控制器PLC安装在室内仪表盘上，室内到现场每个变送器使用屏蔽二芯电缆连接。

本发明利用可编程序控制器和炉内设置的各类检测装置的连接，实现了油田加热炉的全自动控制程序，其中包括克服大滞后的出口温度调节回路，利用燃气流量自动配比空气量；在全自动点火程序中，增设燃气泄漏检测，实行有漏不点火的安全点火程序；在熄火保护系统中采用紫外线火焰检测器，实现有火开阀无火关阀；成功实现在火焰区内检测钢管表面温度，经可编程序器进行数据处理后，对炉管表面温度预报警、报警和停炉控制；通过对燃料流量、水流量以及加热炉出口、入口水温检测，实现炉效的正平衡计算控制，从而实现加热炉无人值守型全自动控制。

附图说明：

图1为本发明的系统结构示意图

图2为本发明的加热炉出口温度控制流程接线图

图3为本发明的自动点火控制流程接线图

图4为本发明的熄火保护控制流程接线图

图5为本发明的空气与燃气配比控制流程接线图

图6为本发明的高温检测控制流程接线图

图7为本发明的炉效检测控制流程接线图

具体实施方式：

下面结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，对本发明进行进一步的说明：

为了实现本实用新型的目的，在本发明中，在现有的油田加热炉中做了一定的改进，加热炉上安装的检测仪表与设备有：加热炉出口温度变送器TE1出口压力变送器PE1、出口流量变送器FE2、烟道温度变送器TE4、入口温度变送器TE5、炉膛炉管温度变送器TE2、TE3、火焰检测器BE1、燃烧器BN之点火器TH1、风门执行器ZV1、点火电磁阀SV2、主电磁阀SV1、燃气流量变送器FE1。加热炉包括：外封筒1，被加热的介质2，如油或水，火筒钢板3，焊点4，温度检测元件5，耐火砖6。

上述的设备和仪表的安装和连接方式如下：

介质入口温度变送器TE1、出口流量变送器FE2、出口压力变送器PE1分别安装在出口管线上，炉管高温检测温度变送器TE2、TE3，分别焊接在火筒炉管钢板3上，其中温度变送器TE2安装在耐火砖6内，TE3安装在无耐火砖的钢板上，紫外线火焰探头BE1安装在火咀旁并能观测到火焰的位置，风门执行器ZV1和点火器TH1安装在燃烧器BN上，燃气泄露检测开关PSL、调节阀TV1、主电磁阀SV1、燃气流量变送器FE1分别安装在燃气供给主管线上，点火电磁阀安装在调节阀的副线上。可编程控制器安装在室内仪表盘上，室内到现场每个变送器连接均用屏蔽二芯电缆。

如图2所示，所述的可以实时检测炉管温度，并存储，且进行数字、棒图、实时曲线显示的可编程控制器PLC主要有微处理器CPU、时钟、定时器、计数器、随机存储器RAM，可抹存储器EPROM、显示单元AM1、模拟量输入AI、模拟量输出A0、数字量输入DI和数字量输出部件组成。其接线方式采用标准的端子标注法，如AI之端子1，标注TE1，表明接到加热炉出口管线的温度检测元件TE1上，A0之13，标注TV1，表示接到调节阀TV1上，数字量输入D1和输出量D0的接法也相同，DI之25，标注PSL，表示接到燃气泄漏检测开关PSL上。

由BE1紫外线火焰检测器电磁阀SV1和可编程序控制器PLC所组成的熄火自动保护系统，即当炉膛内有火焰时电磁阀SV1自动打开，当炉膛内无火焰时，电磁阀SV1自动关闭，防止无火时燃气进炉膛，一旦有火源时炉膛爆炸；由燃气泄露检测开关PSL，点火器TH，点火电磁阀SV2，风门执行器ZV1和可编程序控制器PLC组成自动点火系统，实现点火开始时，首先由燃气泄漏检测开关PSL检测燃气管道内有无燃气泄露，如有泄漏，停止点火，无泄漏时，点火开始，执行点火程序：打开风门执行器ZV1，5分钟吹扫炉膛，然后控制程序给点火电磁阀SV2送电，开阀。同时给点火器TH送电，打火，当有火焰时，紫外线火焰检测器BE1自动打开电磁阀SV1(主阀)，转入正常燃烧，同时点火电磁阀SV2自动关闭。如点火失败，PLC自动控制点火程序，从头开始，直到点火成功为止；燃气流量FE1、风门执行器ZV1组成空气与燃气自动配风系统，当燃烧器点火后，燃气开始有流量增加时，风门开度自动增加，燃气流量减少时，空气风门的开度自动减少，空气流量与燃气流量始终成比例变化；由燃气流量变送器FE1，入口温度变送器TE5、烟道温度变送器TE4以及PLC所组成的加热炉热效率自动分析系统，实时计算与显示加热炉炉效；由炉管高温检测器⑤，温度变送器TE3、TE2和PLC所组成的在火焰区检测炉管表面温度，解决了以前无法检测难度；对于蒸汽锅炉，由出口压力变送器PE1代替出口温度变送器TE1进行负荷自动控制。上述系统与PLC共同组成加热炉全自动控制装置。出口温度自动控制、空气与燃气配比控制、自动点火、熄火保护、在火焰区检测炉管表面温度和加热炉炉效自动分析与计算，是以弱积分窄比例实现调节大滞后的出口温度回路；以燃气流量等比例调节配风；以燃气泄漏检测开关PSL检测有泄漏否定全自动点火；以紫外线火焰检测器BE1检测火焰有无实现熄火保护；将测温元件⑤焊接在炉管上并带有隔热保护层上检测炉管表面温度；通过燃气流量，水流量、出口温度和入口温度的检测，自动实现炉效的分析计算，实现加热炉全自动控制。

在本实施例中，具体的连接方式和工作原理如下：

由图三所示，加热炉出口温度控制回路由出口温度变送器TE1、可编程控制器PLC和调节阀TV1所组成，其接线方式：温度变送器TE1输出接PLC模拟输入接口AI的1#端子，经PLC的PID比例积分和微分运算后，经其模拟输出端子A0的13、14端子输出，接到调节阀TV1，实现自动调节。此控制器由于采用窄比例，弱积分参数控制，成功解决了加热炉大滞后环节的出口温度自动调节。

由图3所示，自动点火系统是由程序控制器PLC和燃气泄漏检测开关PSL、点火器TH1、点火电磁阀SV2所组成的。程序控制器模拟输出接口A0的14#端子接风门执行器ZV1，燃气泄漏检测开关PSL输出信号接可编程序控制器数字输入接口DI的25#端子，点火电磁阀SV2来电接于PLC数字输出接口D0的38#端子，点火器TH1接到D0的29#端子。当点火开始时，人工闭合触摸屏AM1上的点火开关，PLC开始执行点火程序，首先检测燃气泄漏开关PSL是否闭合，闭合表示无燃气泄漏，打开风门执行器ZV1，吹扫炉膛5分钟，保证点火前炉膛内没有任何可燃气体，5分钟过后，开始分别通过D0的38#、39#端子给点火电磁阀SV2和点火器TH1送电，当点火器TH1打火，点火电磁阀SV2通电打开燃气和空气在燃烧器内部，必然点燃。待主电磁阀SV1自动打开后，点火结束，主火燃烧。当点火开始时，泄漏检测开关PSL断开，说明有燃气泄漏，程序系统锁定不准点火，直到PSL开关闭合，说明无燃气泄漏，才开始执行点火程序。

由图4所示，熄火保护系统由火焰监控器BE1可编程序控制器PLC和电磁阀SV1所组成的。火焰监控器BE1的输出接入PLC数字输入接口DI的28#端子。PLC的输出D0的37#端子接电磁阀SV1。当火焰监控器BE1检测到炉膛内有火焰时，自动打开电磁阀SV1，使燃料进入燃烧器BN，供燃烧，当由于某种原因熄火时，通过火焰监控器检测到无火，PLC自动给SV1断电、关闭，使燃气在点火之前，不准泄漏到炉膛内，以免爆膛，实现熄火自动保护。

由图5所示，燃气流量变送器FE1、可编程序控制器PLC和风门执行器ZV1组成空气燃气自动配风控制系统。燃气流量变送器FE1输出接到PLC模拟输入端子的AI的7，PLC输出经模拟输出A0的13接到执行器ZV1。其PLC控制器设为纯比例控制器，当燃气流量变化时，其风门开度与燃气流量成比例开关，实现燃气流量与风量自动配比控制。

由图6所示，火筒耐火砖内温度变送器TE2、耐火砖外温度变送器TE3、可编程序控制器PLC和调节阀TV1组成炉管高温检测系统，TE2输出接AI的2，TE3输出接AI的4，A0输出接TV1。PLC通过TE2、TE3实时检测炉管温度，并通过RAM、EPRAM存储，通过AM1进行数字、棒图、实时曲线显示，当检测的温度超过设定值时预报警、报警，以及通过调节阀TV1降负荷，保证炉管安全进行。

由图7所示，加热炉由加热介质出口压力变送器PE1、出口温度变送器TE3、出口温度变送器FE2、入口温度变送器TE5、燃气流量变送器FE1、燃气温度变送器TE6和PLC组成炉效检测系统，出口压力变送器PE1、出口温度变送器TE1、出口流量变送器TE5的输出、烟道温度变送器输出分别接在AI的5、4端子，燃气流量变送器FE1，燃气温度变送器TE6的输出分别接在AI的7、8端。输入信号经PLC运算后，指示出加热炉炉效，实现炉效自动检测与分析，从而解决了加热炉炉效无法检测与分析的难题。

利用燃气流量成比例控制风门开度这一空气与燃气自动配比技术，当燃气流量增加时，配风量自动增加，燃气量减少时，配风量自动减少。由于燃气流量很容易测量，选用的流量计精度为0.5级，致使配风流量配比精确，使烟气中氧含量精确稳定在1％-5％，远远高于国标2％-7％的标准，比同类其它控制方案节能8％-10％。在自动点火程序中，除了设有点火前先强制对炉膛吹扫5分钟，再通电、通气点火外还设有点火前阀门是否泄漏检测，通过燃气泄露开关PSL检测，一但有阀门泄漏，拒绝点火，待泄漏处理完，再重新执行点火程序点火，增加点火安全可靠性。在现场应用中，彻底杜绝“爆膛”事故发生。熄火保护系统由于采用世界上最先进的紫外线火焰检测器BE，其探头只对火焰敏感，对其它如：电光、阳光等，均不敏感，并选用高灵敏电磁阀控制SV1，从现场测试结果，一但由于某种原因熄火，电磁阀SV1在一秒内切断天然气，实现安全自动停炉。将耐高温的测温元件5，焊在火筒上的并有隔热层4保护和传热的作用，解决了在火焰区内检测火筒壁3温度这一难题，其信号经温度变送器TE3送给可编程序控制器进行数据处理，可为操作工提供管壁温度显示，高温预报警、报警、超温降负荷或停炉。从而杜绝加热炉“爆管”事故的发生。投入与节约比可达1∶4。加热炉炉效是至关能耗大问题，本炉效自动检测与分析，可实时提醒操作，修改操作，降能耗，提高炉效。

本发明实施后：加热炉炉温设定值为78℃，实际实时值：77.5℃；空气与燃气配比控制：没安装前烟气含氧量：5％-9％，安装后含氧量：2％-4％。自动点火：一次自点成功；熄火保护：切断天然气与关电磁阀同步动作。炉管高温检测：20％负荷，炉管表面150℃。100％负荷，炉管表面430℃。110％负荷，炉管表面485℃(超温运行)。炉效可达86.5％，高于同类其它产品。

Claims

1.一种油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于它包括一个可以实时检测炉管温度，并存储，且进行数字、棒图、实时曲线显示的可编程控制器PLC以及设置在加热炉上的与可编程控制器PLC连接的检测装置；所述的设置在加热炉中的检测装置如下：加热炉出口温度变送器(TE1)、设置在炉管上的测温元件(5)；出口压力变送器(PE1)、出口流量变送器(FE2)、烟道温度变送器(TE4)、入口温度变送器(TE5)、火筒耐火砖内温度变送器(TE2)、耐火砖外温度变送器(TE3)、火焰检测器(BE1)、燃烧器(BN)之点火器(TH1)、风门执行器(ZV1)、点火电磁阀(SV2)、主电磁阀(SV1)、燃气流量变送器(FE1)；所述的加热炉出口温度变送器(TE1)、可编程控制器PLC和调节阀(TV1)所组成加热炉出口温度控制回路；由火焰检测器(BE1)、主电磁阀(SV1)和可编程控制器PLC所组成熄火自动保护系统；由燃气泄露检测开关(PSL)，点火器(TH)，点火电磁阀(SV2)，风门执行器(ZV1)和可编程控制器PLC组成自动点火系统；由燃气流量变送器(FE1)、风门执行器(ZV1)组成空气与燃气自动配风系统；由燃气流量变送器(FE1)，入口温度变送器(TE5)、烟道温度变送器(TE4)以及可编程控制器PLC所组成的加热炉热效率自动分析系统；火筒耐火砖内温度变送器(TE2)、耐火砖外温度变送器(TE3)、可编程控制器PLC和调节阀(TV1)组成炉管高温检测系统。

2.如权利要求1中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于所述的火焰检测器(BE1)为紫外线火焰检测器。

3.如权利要求1或2中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于所述的可编程控制器PLC包括微处理器CPU、时钟、定时器、计数器、随机存储器(RAM)，可抹存储器(EPROM)、显示单元(AM1)、模拟量输入(AI)、模拟量输出(A0)、数字量输入(DI)和数字量输出部件。

4.如权利要求1中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于所述的加热炉还包括：连接测温元件(5)的焊点(4)，测温元件(5)和在炉口部分的内壁上设置的耐火砖(6)。

5.如权利要求4中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于所述的设置在加热炉中的检测装置的安装和连接方式如下：加热炉出口温度变送器(TE1)、出口流量变送器(FE2)、出口压力变送器(PE1)分别安装在出口管线上，火筒耐火砖内温度变送器(TE2)和耐火砖外温度变送器(TE3)分别焊接在火筒炉管钢板上，火筒耐火砖内温度变送器(TE2)安装在耐火砖(6)内，耐火砖外温度变送器(TE3)安装在无耐火砖的钢板上，火焰检测器(BE1)安装在火咀旁并能观测到火焰的位置，风门执行器(ZV1)和点火器(TH1)安装在燃烧器(BN)上，燃气泄露检测开关(PSL)、调节阀(TV1)、主电磁阀(SV1)、燃气流量变送器(FE1)分别安装在燃气供给主管线上，点火电磁阀安装在调节阀的副线上；可编程控制器PLC安装在室内仪表盘上，室内到现场每个变送器使用屏蔽二芯电缆连接。