CN1073755A

CN1073755A - 一种油田注汽锅炉参数测控装置

Info

Publication number: CN1073755A
Application number: CN 91108279
Authority: CN
Inventors: 石行
Original assignee: Xicheng Xinkai General Testing Factory Beijing City
Current assignee: Xicheng Xinkai General Testing Factory Beijing City
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-06-30

Abstract

一种油田注汽锅炉参数测控装置，它有进水泵、液体燃料输送泵、气体燃料控制阀、风机和电机、压力及温度传感器，其特征在于：有标准工业控制介面，进水泵和燃料输送泵都是数控螺杆泵，风机电机为稀土永磁电动机并有可调频逆变电源，在控制介面中分别插有对各泵、阀、电机进行控制的和接于各传感器的适配模块，控制介面通过串口与可共有的中央控制计算机相连。通过计算机和控制介面加测量与执行元件这种机电一体化形式，采用非线性控制策略，可自动测控。

Description

一种油田注汽锅炉参数测控装置，它适用于做油田稠田开采注汽用锅炉的参数测量与控制装置，以及其它同时有两相输出（蒸气以及水混合输出）的锅炉中。

现在油田开采稠油时用于注汽的锅炉与普通的蒸汽锅炉或是供暖热水锅炉不一样，有自己的特殊性。由于注汽锅炉的加热介质-水是非循环使用的，而且需要量较大，因而不可能使用价格较高的软化锅炉水。为得到热焓值较大的输出，希望该锅炉有较多的热蒸汽输出，但同时，为避免水中的矿物质的结垢和沉淀，不可能采用蒸汽锅炉的纯过热饱和蒸汽输出，而必须有一定的液相水，把水中矿物质一起带走，因而它的输出是蒸汽和水的两相混合物。注汽锅炉工作在一种非稳定平衡态，对它的控制远比蒸汽锅炉和热水锅炉复杂，它的控制特性曲线族是非线性的。现在的控制测量装置多采用电动执行阀门、自动测量仪表等，通过自动测量仪表测量锅炉工作的参数，由操作人员读数后对各个阀门进行控制。这一方面大大增加了操作人员的劳动强度，另一方面也容易产生误操作而引起事故。现在也有个别控制装置对进水阀门的开度使用锅炉水位测量仪表进行限定控制，但它只有最简单控制关系，只适用于蒸汽锅炉。

本发明的目的是发明一种机电一体化的、用于对油田稠油开采所用注汽锅炉进行测量与控制的一体化设备，采用数字化技术，使用非线性控制策略，自动根据所测量的参数控制改变各控制量，不用人工干预。

本发明如附图1所示，它有锅炉电动进水泵1、液体燃料输送泵2、气体燃料控制阀3、风机4、风机电机5、压力传感器6、温度传感器7，其特征在于：在注汽锅炉近旁有标准工业控制介面8，电动进水泵1和液体燃料输送泵2都是数控螺杆泵，气体燃料控制阀3为数控计量阀，风机电机5为稀土永磁电动机，在电动机输入端接有可调频逆变电源9，在标准工业控制介面8中分别插有分别与电动进水泵1、液体燃料输送泵2、气体燃料控制阀3和风机电机5的可调频逆变电源9相连并对它们进行控制的适配模块11、12、13和14，还插有分别与压力传感器6和温度传感器7相连的测量适配模块 15和16，标准工业控制介面8通过标准串行通讯接口与可以和其它测控设备共有的中央控制计算机10相连。

本发明在工作时，由中央控制计算机10对其进行控制。中央控制计算机10定时中断，依次分别通过标准串口送出压力传感器6和温度传感器7的测量适配模块15和16的地址选通信号，由标准工业控制介面8控制分别选通测量适配模块15和16，中央控制计算机10分别接收由测量适配模块15和16送回的所测输出压力和温度值距蒸汽饱和曲线的情况以及当时的给水流量，可以解算出诸如锅炉的非平衡参数、输出汽/液混合比、热焓值高低等注汽输出参数，同时，通过计算得到最佳锅炉进水流量、最佳燃料输送流量与鼓风量等，并与现在值比较。当需要调整进水流量时，中央控制计算机10发出选通地址信号，标准工业控制介面8选通进水泵适配模块11，然后中央控制计算机10再发出修改值，适配模块11接收锁存后，控制进水泵改变流量。在需要改变输入燃料流量、调整锅炉输出的热量时，中央控制计算机10根据燃料供应情况（在不同油田、不同时期，注汽锅炉用液体燃料和气体燃料的量是不同的，可以只用液体燃料不用气体燃料，或反之，只用气体燃料不用液体燃料，还可以是液、气体燃料都用，有一定的混合比）计算出相应的液体燃料输送泵2流量和（或）气体燃料流量以及相应的鼓风空气流量。中央控制计算机10将计算出的各流量与现在值进行比较，当需要调整液体燃料流量时，中央控制计算机10通过串口送出地址选通信号选通适配模块12，选通之后，中央控制计算机10再送出流量调整值所对应的数字量由适配模块12接收锁存，并控制液体燃料输送泵2的工况。在计算出的气体燃料输出流量或鼓风流量需要调整时，也和液体燃料输送流量的调整方法一样，中央控制计算机10先送出地址选通信号选通相应的适配模块13或14，然后由中央控制计算机10再送出调整数字量，由适配模块13或14锁存并改变气体燃料控制阀3的开度或是可调频逆变电源9的输出频率。对于液、气体燃料流量和鼓风流量都要进行调整时，采用先后顺序调整的方法。由于中央控制计算机10有较快的运行速度，调整的延时量是可以忽略不计的。

本发明采用中央控制计算机和标准工业控制介面加执行、测量元件的机电一体方法，由中央控制计算机定时不断监测输出的压力和温度值，通过和已有的进水流量一起计算，可以得到较精确的输出注汽用蒸汽参数。由于中央控制计算机使用数字化计算方法，用软件生成它们的计算关系，可以很方便地适应非平衡态蒸汽的非线性关系。通过计算出的输出蒸汽参数与需要值进行比较，采用自动控制调节的方法调整注汽锅炉的输入进水流量，液、气燃料流量以及相应的鼓风量，实现自动化运行，不需要人的干预，而且计算机还可以根据软件要求使运行参数最佳化。

本发明中的电动进水泵1和液体燃料送泵2可以都是数控计量螺杆泵，其结构可以如申请号为CN91111354的专利申请，把它们的适配模块都插在标准工业控制介面8中，中央控制计算机10可以通过该泵的转速进行控制，还可以得到进水或液体燃料的流量值。本发明中的进水泵1和液体燃料输送泵2也可以使用如专利申请号为CN91103584的“一种自由螺杆压缩机组”的数控螺杆泵。在本发明中，气体燃料流量控制的数控计量阀可以使用如专利申请号为CN91218716的“一种机电一体化数控计量阀装置”中的数控计量阀，它的适配模块作为适配模块13直接插于标准工业控制介面8中。

本发明中，风机电机5使用稀土永磁转子的电机，一方面是可以得到一台不用电流励磁的同步电动机，解决由于励磁所要求的馈电问题，或是感应励磁的异步问题。另一方面，永磁转子结构简单，可以承受较高的转速，无电绝缘问题，使用稀土永磁材料制造，使永磁体有很高的磁能积，有较大的起动力矩和较小的结构尺寸。在本发明中，用来驱动风机电机5转动的可调频逆变电源9可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆变器，也可以使用如专利号为CN89209067的“一种大功率数控调压与变流装置”。

在本发明中，标准工业控制介面8可以选用美国ME公司（MECHATRONICEQUIPMENT INC.）的I/O K32，或是美国OPTO 22公司的PB16AH。中央控制计算机10可以选用美国OPTO 22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PSC-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。插于标准工业控制介面8中的适配模块11、12、13、14、15和16可以根据要求分别选用美国OPTO 22公司的DA3、DA5和AD3适配模块系列。

Claims

1、一种油田注汽锅炉参数测控装置，它有锅炉电动进水泵1、液体燃料输送泵2、气体燃料控制阀3、风机4、风机电机5、压力传感器6、温度传感器7，其特征在于：在注汽锅炉近旁有标准工业控制介面8，电动进水泵1和液体燃料输送泵2都是数控螺杆泵，气体燃料控制阀3为数控计量阀，风机电机5为稀土永磁电动机，在电动机输入端接有可调频逆变电源9，在标准工业控制介面8中分别插有分别与电动进水泵1、液体燃料输送泵2、气体燃料控制阀3和风机电机5的可调频逆变电源9相连并对它们进行控制的适配模块11、12、13和14，还插有分别与压力传感器6和温度传感器7相连的测量适配模块15和16，标准工业控制介面8通过标准串行通讯接口与可以和其它测控设备共有的中央控制计算机10相连。