CN109388095A - 注汽锅炉报警诊断仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种注汽锅炉报警诊断仪，包括PLC模块，信号处理模块，金属膜电阻和航空插座，该PLC模块输出锅炉运行的各种状态，以及锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量，该信号处理模块将该PLC模块输出的锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量进行隔离转换为4‑20MA电流信号输出，该金属膜电阻根据该信号处理模块处理后的模拟温度的电流信号，产生对应温度值的模拟信号，该PLC模块、该信号处理模块和该金属膜电阻通过该航空插座将模拟的锅炉运行的各种状态，以及锅炉运行时的压力、差压和温度传输给被测注汽锅炉。该注汽锅炉报警诊断仪提高锅炉运行的可靠性、安全性，提升注汽运行质量。

Description

注汽锅炉报警诊断仪

技术领域

本发明涉及石油及天然气采油工艺技术领域，特别是涉及到一种注汽锅炉报警系统故障诊断仪器。

背景技术

油田用注汽锅炉运行高温高压，为保证注汽锅炉安全运行，注汽锅炉建立了报警系统，报警系统包含温度、压力等测量变送器具，温变模块、PLC等数据采集控制单元，燃油电磁阀等执行单元。注汽锅炉报警系统自动采集监测锅炉运行时的压力、流量、温度、火焰等参数信号，当参数信号异常时，报警系统可自动执行报警停炉操作，确保锅炉安全运行。

目前对于注汽锅炉报警系统的检测诊断只开展了测量变送器具的校验，在锅炉静状态时，报警系统数据采集控制单元及操作执行单元不能检测，注汽锅炉报警系统以上单元的故障无法提前判断排除，锅炉运行产生较大安全隐患。为此我们发明了一种新的注汽锅炉报警诊断仪，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在锅炉静态时对注汽锅炉报警系统数据采集单元、控制输出单元及执行单元实施检测诊断，提前排除报警系统故障隐患，为注汽锅炉安全运行提供保障的注汽锅炉报警诊断仪。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：注汽锅炉报警诊断仪，该注汽锅炉报警诊断仪包括PLC模块，信号处理模块，金属膜电阻和航空插座，该PLC模块输出锅炉运行的各种状态，以及锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量，并将信号传输给该信号处理模块，该信号处理模块连接于该PLC模块，将该PLC模块输出的锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量进行隔离转换为4-20MA电流信号输出，该金属膜电阻连接于该信号处理模块，并根据该信号处理模块处理后的模拟温度的电流信号，产生压降模拟温度传感器的毫伏信号，产生对应温度值的模拟信号，该航空插座连接于被测注汽锅炉，该PLC模块、该信号处理模块和该金属膜电阻均连接于该航空插座，并通过该航空插座将模拟的锅炉运行的各种状态，以及锅炉运行时的压力、差压和温度传输给被测注汽锅炉。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该PLC模块采用模块化级联结构形式PLC，包括CPU模块、开关量输出模块和模拟量输出模块，该CPU模块为数据、信息处理的核心，该开关量输出模块输出锅炉运行的各状态，该模拟量输出模块输出锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量。

该PLC模块还包括通讯模块，该通讯模块通过通讯电缆连接于被测注汽锅炉控制系统中的PLC单元，读取被测注汽锅炉控制系统中PLC相关信息，完成对注汽锅炉控制柜的通道测试、火焰产生、变量运行值赋予，模拟锅炉运行、检测锅炉报警状态。

该PLC模块还包括电源模块，该电源模块为PLC其他模块供电。

该开关量输出模块内含16点无源触点输出，以模拟锅炉运行的各状态。

该开关量输出模块模拟的锅炉运行的各状态模拟包括可控火焰、润滑油压力低、鼓风机压力低、燃烧器门开状态。

该模拟量输出模块包括第一模拟量模块，该第一模拟量模块输出的模拟量包括模拟燃气压力、燃油流量、仪用空气压力、泵入口压力、泵出口压力、燃油压力、雾化压力、辐射段入口压力。

该模拟量输出模块包括第二模拟量模块，该第二模拟量模块输出的模拟量包括模拟对流段入口压力、蒸汽压力、给水差压、对流段出口压力、回水阀开度、燃油阀开度、风门开度。

该模拟量输出模块包括第三模拟量模块，该第三模拟量模块输出的模拟量包括模拟烟气温度、管壁温度、泵入口水温、泵出口水温、对流段入口水温、对流段出口水温、辐射段入口水温、蒸汽出口温度。

该模拟量输出模块包括第四模拟量模块，该第四模拟量模块输出的模拟量包括模拟燃烧器喉口温度、燃油温度。

该注汽锅炉报警诊断仪还包括触摸屏，该触摸屏连接于该PLC模块，用以设置基本信息、通道测试、系统流程、点火启炉、调节控制、参数设置、故障测试这些信息，并显示测试结果。

该注汽锅炉报警诊断仪还包括电源，该电源连接于该PLC模块和该信号处理模块这些需要直流24V电源的电气元件，为该注汽锅炉报警诊断仪供电。

该注汽锅炉报警诊断仪还包括便携式操作箱，该PLC模块，该信号处理模块，该金属膜电阻、该航空插座、该触摸屏和该电源均位于该便携式操作箱内。

该注汽锅炉报警诊断仪还包括手动切换端子，该手动切换端子连接于被测注汽锅炉控制系统，以手动控制将注汽锅炉现场来的信号或该注汽锅炉报警诊断仪输出的信号传输到被测注汽锅炉控制系统。

该便携式操作箱通过该航空插座与该手动切换端子连接。

该注汽锅炉报警诊断仪还包括紫外线灯，该紫外线灯连接于该航空插座，产生锅炉火焰探测器能检测到的紫外线信号，进行静态下的火焰模拟。

注汽锅炉是高温高压型直流式锅炉，通过柱塞泵将来水升压，由燃烧器加热升压的水成为饱和水蒸汽并注入井底，降低稠油粘度，提高原油采收率。本发明中的注汽锅炉报警诊断仪，针对目前油田注汽锅炉控制系统部件老化以及检测、处理、执行元件误差变大无法有效检验，存在报警系统误报警或出现故障不报警等严重隐患。通过研究注汽锅炉报警系统工作基本原理和实现方式，通过模拟产生压力、温度、差压、开关等信号，模拟锅炉运行及模拟输出报警值，定期对锅炉报警系统进行检测，及时排除隐患器件，使检测后的报警系统能及时准确地对锅炉运行中的异常状态进行连锁报警，从而提高锅炉运行的可靠性、安全性，提升注汽运行质量。

附图说明

图1为本发明的注汽锅炉报警诊断仪结构图；

图2为本发明的注汽锅炉报警诊断仪的内部电路连接图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1和图2所示，为本发明的注汽锅炉报警诊断仪的结构图。该注汽锅炉报警诊断仪由便携式操作箱(61)、触摸屏(1)、PLC模块(2～10)、信号处理模块(11～35)、航空插座(47～53)、电源(60)及图2所示的金属膜电阻(36～45)、紫外灯(46)、手动切换端子(54)、通讯电缆(55)组成。

采用模块化级联结构形式PLC，从左到右依次安装，电源模块(2)为PLC其他模块供电，CPU模块(3)作为数据、信息处理的核心，进行逻辑和算数运算等，通讯模块(4)用于与其他设备如锅炉PLC通讯，开关量输出模块(5～6)作为诊断仪状态量输出，模拟量输出模块(7～10)输出4-20MA，用于模拟连续的变量如压力、温度等。

为提高信号传输的可靠及稳定性，所有模拟量输出信号都安装信号处理模块(11～35)，编号11～35信号处理模块的性能相同，每个模拟量输出模块都内含8路4-20MA模拟量信号，输出模块(7～8)的信号经过信号处理模块(11～27)输出，用于模拟锅炉运行的压力、差压等信号；模拟量输出模块(9～10)输出4-20MA电流并经信号处理模块(28～35)输出，该信号经过金属膜电阻(36～45，电阻的规格相同)产生压降模拟温度传感器的毫伏信号，产生对应温度值的模拟信号。

每个开关量输出模块内含16点无源触点输出，开关量输出模块(5～6)用于模拟锅炉运行的各种状态如鼓风压力低、燃烧起门开等信号。

通讯模块(4)在报警诊断仪和注汽锅炉控制系统之间采用通讯电缆(55)建立一条串口通讯通道，采用串行网关和无协议通讯方式读取注汽锅炉控制柜中PLC相关信息，完成对注汽锅炉控制柜的通道测试、火焰产生、变量运行值赋予等过程，实现模拟锅炉运行、检测锅炉报警状态等功能。

报警诊断仪放置在现场后，用航空插头(47～53)与被测系统快速连接。在注汽锅炉处于静态(注汽锅炉停运状态，除提供仪表供电及配电二次回路供电外，断开其他供电)时，诊断仪进行注汽锅炉报警系统模拟量通道测试，并由诊断仪触摸屏(1)显示测试结果。通道测试完成后，诊断仪产生注汽锅炉模拟运行的模拟量和开关量信号，输入注汽锅炉控制系统，建立锅炉冷态状态下的模拟运行。再由诊断仪触摸屏(1)人为设置注汽锅炉报警值，输入到注汽锅炉控制系统，注汽锅炉控制系统对来自诊断仪的报警信号进行连锁报警保护，从而发现注汽锅炉报警系统在变量处理、状态采集及控制输出执行中单元存在的故障，完成锅炉报警系统故障诊断，为注汽锅炉安全运行提供保障。

该注汽锅炉报警诊断仪所有模块(除手动拨位开关(54)、紫外灯装置(46))安装于便携式操作箱(61)内，该操作箱(61)选用450mm*610mm的高强度工程塑料的翻盖箱，内部安装板上安装了各模块及触摸屏(1)。

该注汽锅炉报警诊断仪采用石英玻璃紫外线灯(46)产生锅炉火焰探测器能检测到的254nm紫外线信号，实现静态下的火焰模拟。

该触摸屏(1)为10.2寸昆仑通态触摸屏，嵌有昆仑通态组态软件，按报警系统诊断检测的设计方案规划好触摸屏的主要界面，这些界面包括基本信息、通道测试、系统流程、点火启炉、调节控制、参数设置、故障测试界面。测试结果的工作过程：测试PLC给出一个值，该值由锅炉PLC采集并显示，测试PLC通过通讯方式获取该值，并在触摸屏上显示测试结果。

该便携式操作箱(61)采用航空插座(47～53)与安装在锅炉控制柜内端子排(54)连接，实现报警诊断仪与锅炉控制系统的快速无误连接。

该端子排(54)具有手动拨位开关，端子排(54)位于正常位置时将注汽锅炉现场来的信号接入注汽锅炉控制柜，当需要进行报警测试时，将开关拨向下，来自现场的信号自动断开，而把报警诊断仪的信号接入到控制系统中，实现注汽锅炉控制系统的报警诊断。

本发明能够实现在锅炉静态时，通过对来自现场压力、温度等模拟信号模拟，进行控制系统模拟量通道测试，并显示通道测试结果；完成锅炉准备、点火、调火、运行等过程的模拟，同时模拟产生18项报警值，使注汽锅炉控制系统因报警进入报警停炉处理阶段，实现对18项报警的检测，从而发现锅炉控制系统的各个部分，如变量处理、状态的采集和控制输出在执行中存在的问题。

注汽锅炉18项报警变量及报警值是取之在用热采蒸汽锅炉出厂整定的报警变量及报警值，详见表1。

表1注汽锅炉18项报警一览表

序号	名称	报警值	序号	名称	报警值	序号	名称	报警值
									1	泵入口压力低	0.1	7	燃烧器喉温高	70	13	雾化压力低	0.2
2	蒸汽压力低	6	8	排烟温度高	260	14	燃烧器门开	---
									3	蒸汽压力高	16.8/20.5	9	燃油温度低	70	15	鼓风机压力低	---
4	仪表风压低	0.25	10	给水流量低	35％	16	润滑油压力低	---
									5	蒸汽温度高	354/375	11	燃气压力低	0.07	17	电源故障	---
6	管壁温度高	390/410	12	燃油压力低	0.56	18	熄火	---

备注：压力单位MPa；温度单位℃；16.8/20.5斜杠中前面数字表示为17.2MPA锅炉的报警值，后面20.5为21MPA的报警值，管壁温度同上。

注汽锅炉报警诊断仪需要模拟泵入口压力、泵出口压力、对流段入口压力、对流段出口压力、辐射段入口压力、蒸汽压力、雾化压力、仪用空气压力、燃气压力、燃油压力、给水差压、燃油流量；模拟泵入口水温、泵出口水温、对流段入口水温、对流段出口水温、辐射段入口水温、蒸汽出口温度、燃油温度、燃烧器喉口温度、烟气温度、管壁温度；模拟可控火焰、润滑油压力低、鼓风机压力低、燃烧器门开状态，通讯获取注汽锅炉的运行状态及参数，实现静态诊断。

本发明的注汽锅炉报警诊断仪工作原理步骤如下：

步骤1，报警诊断仪按要求接线完毕后，将端子开关(54)切换到测试侧。

步骤2，将锅炉配电柜中除总开关外的设备动力断路器断开。

步骤3，在报警诊断仪触摸屏(1)上选择检测锅炉控制系统厂家和燃烧器类型。

步骤4，进入通道测试阶段，触摸屏(1)上将通道测试开关切换到测试，在对应的通道中设置相应的值，锅炉控制系统读到的数值(采用通讯电缆(55)读取到诊断仪内)以实验值名称显示，同时把以实际值为基准的计算误差值显示在误差值中，判读通道采集性能是否正常，所有通道测试完后，将诊断仪界面中通道测试开关切换到关状态。

步骤5，报警诊断仪输出正常泵入口水压(11)至锅炉，锅炉控制系统设置电加热原油时，报警诊断仪自动将正常油温送至锅炉，其他变量按初始值送出，借助通讯电缆(55)获得注汽锅炉控制系统的状态及变量值，同时将状态和变量值更新在报警诊断仪界面上，通过报警诊断仪界面，可以直观、方便地了解锅炉控制系统的状态。

步骤6，进入到报警诊断仪界面，需要设置检测锅炉的额定排量、额定工作压力、燃料类型。

步骤7，在注汽锅炉控制系统(指触摸屏和控制柜面板，下同)中启动柱塞泵、启动鼓风机，并将相应的开关置位于启炉要求状态。

步骤8，在注汽锅炉控制系统中按启动复位按钮，锅炉控制系统经历前吹扫5分钟后，进入预吹扫，执行机构动作，风门全开，到大火位，经历30秒，风门关闭，到小火位；引燃电磁阀及点火变压器动作，这时报警诊断仪点亮紫外灯，锅炉上火焰检测器探测到有火，5秒后燃油电磁阀(电动阀)动作，经历15秒左右，点火程控器输出容许调火命令，在锅炉控制系统中调火，报警诊断仪自动将锅炉达到正常运行变量值送至锅炉控制系统。

步骤9，在报警诊断仪界面中，选择需要测试的故障(，参看表1的18项报警表，在诊断仪界面中，18项报警编制为代码，在触摸屏(1)上按代码选择，代码与故障一一对应，同时有中文提示)，当选择代码后报警诊断仪按代码中的变量值或状态直接送给锅炉控制系统，锅炉控制系统的PLC自动进行判断，并做出处理，如果锅炉运行连锁中断，锅炉自动切断燃料阀、响铃报警，并强制进入后吹扫，那么锅炉控制系统这项报警诊断正常，否则异常。

步骤10，如果需要再进行报警测试，就按启动复位按钮，锅炉由后吹扫直接进入预吹扫，进入下次点火及报警测试过程，否则就退出测试。

本发明中的注汽锅炉报警诊断仪利用模拟量、开关量输出模块以及通讯模块，通过编程实现对锅炉控制系统通道采集性能的测试；模拟锅炉启炉、运行；测试控制系统、各变送器及执行机构的运行状况；测试锅炉18项报警运行情况。通过定期对注汽锅炉报警系统进行测试诊断，能够及时发现消除报警系统故障点，大大提升注汽锅炉运行的安全系数。

Claims (16)

1.注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该注汽锅炉报警诊断仪包括PLC模块，信号处理模块，金属膜电阻和航空插座，该PLC模块输出锅炉运行的各种状态，以及锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量，并将信号传输给该信号处理模块，该信号处理模块连接于该PLC模块，将该PLC模块输出的锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量进行隔离转换为4-20MA电流信号输出，该金属膜电阻连接于该信号处理模块，并根据该信号处理模块处理后的模拟温度的电流信号，产生压降模拟温度传感器的毫伏信号，产生对应温度值的模拟信号，该航空插座连接于被测注汽锅炉，该PLC模块、该信号处理模块和该金属膜电阻均连接于该航空插座，并通过该航空插座将模拟的锅炉运行的各种状态，以及锅炉运行时的压力、差压和温度传输给被测注汽锅炉。

2.根据权利要求1所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该PLC模块采用模块化级联结构形式PLC，包括CPU模块、开关量输出模块和模拟量输出模块，该CPU模块为数据、信息处理的核心，该开关量输出模块输出锅炉运行的各状态，该模拟量输出模块输出锅炉运行时的压力、差压和温度这些连续的变量。

3.根据权利要求2所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该PLC模块还包括通讯模块，该通讯模块通过通讯电缆连接于被测注汽锅炉控制系统中的PLC单元，读取被测注汽锅炉控制系统中PLC相关信息，完成对注汽锅炉控制柜的通道测试、火焰产生、变量运行值赋予，模拟锅炉运行、检测锅炉报警状态。

4.根据权利要求3所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该PLC模块还包括电源模块，该电源模块为PLC其他模块供电。

5.根据权利要求2所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该开关量输出模块内含16点无源触点输出，以模拟锅炉运行的各状态。

6.根据权利要求5所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该开关量输出模块模拟的锅炉运行的各状态模拟包括可控火焰、润滑油压力低、鼓风机压力低、燃烧器门开状态。

7.根据权利要求2所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该模拟量输出模块包括第一模拟量模块，该第一模拟量模块输出的模拟量包括模拟燃气压力、燃油流量、仪用空气压力、泵入口压力、泵出口压力、燃油压力、雾化压力、辐射段入口压力。

8.根据权利要求2所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该模拟量输出模块包括第二模拟量模块，该第二模拟量模块输出的模拟量包括模拟对流段入口压力、蒸汽压力、给水差压、对流段出口压力、回水阀开度、燃油阀开度、风门开度。

9.根据权利要求2所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该模拟量输出模块包括第三模拟量模块，该第三模拟量模块输出的模拟量包括模拟烟气温度、管壁温度、泵入口水温、泵出口水温、对流段入口水温、对流段出口水温、辐射段入口水温、蒸汽出口温度。

10.根据权利要求2所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该模拟量输出模块包括第四模拟量模块，该第四模拟量模块输出的模拟量包括模拟燃烧器喉口温度、燃油温度。

11.根据权利要求1所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该注汽锅炉报警诊断仪还包括触摸屏，该触摸屏连接于该PLC模块，用以设置基本信息、通道测试、系统流程、点火启炉、调节控制、参数设置、故障测试这些信息，并显示测试结果。

12.根据权利要求11所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该注汽锅炉报警诊断仪还包括电源，该电源连接于该PLC模块和该信号处理模块这些需要直流24V电源的电气元件，为该注汽锅炉报警诊断仪供电。

13.根据权利要求12所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该注汽锅炉报警诊断仪还包括便携式操作箱，该PLC模块，该信号处理模块，该金属膜电阻、该航空插座、该触摸屏和该电源均位于该便携式操作箱内。

14.根据权利要求13所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该注汽锅炉报警诊断仪还包括手动切换端子，该手动切换端子连接于被测注汽锅炉控制系统，以手动控制将注汽锅炉现场来的信号或该注汽锅炉报警诊断仪输出的信号传输到被测注汽锅炉控制系统。

15.根据权利要求14所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该便携式操作箱通过该航空插座与该手动切换端子连接。

16.根据权利要求1所述的注汽锅炉报警诊断仪，其特征在于，该注汽锅炉报警诊断仪还包括紫外线灯，该紫外线灯连接于该航空插座，产生锅炉火焰探测器能检测到的紫外线信号，进行静态下的火焰模拟。