CN205026953U - 一种加热炉远程自动点火监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种加热炉远程自动点火监控系统，包括设于加热炉外的接入进气管线的自动点火控制箱以及自动点火控制平台，自动点火控制箱包括高能点火控制器、火焰探测器、用于测量燃气压力的气体压力变送器、用于测量管壁温度的温度变送器、防爆电磁阀以及送风装置；自动点火控制平台包括可编程逻辑控制器、无线通讯模块以及上位机。本实用新型针对传统的井场加热炉采用手动点火，操作人员危险性高，且点火周期长等问题，采用西门子S7-200PLC控制器，结合高能点火控制器和火焰探测器单元对井场外输加热炉点火进行控制，实现了加热炉的自动点火、关火、送风的控制，达到了增加可燃气体利用率与节省人力资源的目的。

Description

一种加热炉远程自动点火监控系统

技术领域

本实用新型属于油田用加热炉技术领域，特别涉及加热炉控制，适用于在数字化模式下的加热炉管理及应用，具体是一种加热炉远程自动点火监控系统。

背景技术

石油开发生产井场的加热炉主要以燃烧干气、伴生气来加热原油，主要对原油进行加热降粘，降低油井集油管线回压，确保油井的正常生产及原油集输的安全，但在加热炉点火方式及运行过程中存在以下问题：

1.传统点火方式操作不易控制，易造成危险。

加热炉进行手动点火时多采用木棍蘸上汽油棉纱点燃后送入炉膛，再开启燃气开关送气点燃炉火，送气与送点火源的时机和位置配合不易掌握，送点火源过早可能造成火源熄灭，过晚或位置过偏，容易造成回火。

2.炉膛内燃气浓度难以监测，无法实现安全点火。

当气源断气再送气或风大吹灭炉火，燃气没有及时关闭，造成炉膛内有燃气积存，再恢复点火时无法确认炉膛内的燃气浓度，盲目点火容易造成炉膛爆炸，即使通过通风疏散也很难掌握炉膛内的燃气浓度，无法准确实现安全点火。

3.炉内氧气缺乏使可燃气体不能充分燃烧，减低了燃料利用率。

在燃烧时由于炉体内部氧气供应不充分可燃气体燃烧不完全，火焰颜色为暗红色，燃烧温度介于500-700度之间并伴随产生大量浓烟及异味，降低了干气、伴生气的利用率，造成资源浪费。

4.加热炉运行过程中需驻井场人员不断检查运行状态，以保证设备正常运行，大幅增加了人力资源利用率。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对传统的井场加热炉采用手动点火，操作人员危险性高，且点火周期长等问题，通过加热炉远程自动点火监控系统技术的应用，提高井场加热炉点火的安全性，降低工人的劳动强度，缩短点火时间，以适应油田数字化建设的需要。

为此，本实用新型提供了一种加热炉远程自动点火监控系统，其技术方案是：一种加热炉远程自动点火监控系统，包括设于加热炉外的接入进气管线的自动点火控制箱以及自动点火控制平台，自动点火控制箱包括高能点火控制器、火焰探测器、用于测量燃气压力的气体压力变送器、用于测量管壁温度的温度变送器、防爆电磁阀以及送风装置；自动点火控制平台包括可编程逻辑控制器、无线通讯模块以及上位机，其中可编程逻辑控制器分别与无线通讯模块以及上位机连接，无线通讯模块与上位机连接；在加热炉燃烧室内，可燃气体管线通过活接头与自动点火控制箱上的进气管线连接，气体压力变送器通过密封丝扣连接在气体管线上，温度变送器通过密封丝扣连接在外输管线上；送风装置设于加热炉燃烧室外侧；防爆电磁阀连接在气体管线上，与气体压力变送器串联。

上述自动点火控制平台通过上位机远程监控，可编程逻辑控制器与无线通讯模块设置在自动点火控制箱内。

上述高能点火控制器包括点火枪、点火电缆以及点火器，其中点火电缆电连接点火枪和点火器。

上述火焰探测器采用离子火焰探测器，该探测器输出设有可用来控制燃料阀口的打开、关闭和报警功能的一开一闭两接点，且火焰探测异常反应时间≤0.3秒。

上述自动点火控制箱的箱体分为相隔开的两层，其中箱体的上层包括可编程控制器、无线模块，箱体的下层为燃气管道部分，包括防爆电磁阀、气体压力变送器、送风装置，该箱体下层连接管线的两端是采用活接管件连接。

上述可编程逻辑控制器采用西门子S7-200可编程控制器，CPU224XP型号为6ES7214-2BD23-0XB8,带14路数字量输入和10路数字量输出通道，2路直流模拟量输入和1路直流模拟量输出通道。

上述无线通讯模块采用ZIGBEE无线通讯模块。本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种加热炉远程自动点火监控系统，针对传统的井场加热炉采用手动点火，操作人员危险性高，且点火周期长等问题，采用西门子S7-200PLC控制器，结合高能点火控制器和火焰探测器单元对井场外输加热炉点火进行控制，实现了加热炉的自动点火、关火、送风的控制，达到了增加可燃气体利用率与节省人力资源的目的。

上述送风装置是风扇。

本实用新型的有益效果：本实用新型具有以下优点：

1.所有控制装置均安装在控制箱内，便于更换及维护。

2.只需将可燃气体接入中控箱气体入口及气体出口后接入原锅炉供气管线，并在锅炉可燃气体喷嘴处安装点火头及离子火焰探针即可实现锅炉燃烧的自动控制。

3.在站控平台上可直接进行远程控制点燃火焰及熄灭火焰，可显示出锅炉内火焰是否燃烧，可直接显示出可燃气体压力及外输管线温度。

4.当第一次点火动作完成一段时间后未检测到火焰燃烧或锅炉加热过程中火焰熄灭，系统将在0.3秒内自动关闭可燃气体供应管线并在一段时间内不能进行点火动作。当可燃气体压力过低，不足以支持燃烧时，系统将自动关闭供气管线。

5.可自由转换手动及自动控制方式，便于维护操作。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型点火监控系统的系统框图；

图2是加热炉自动点火控制装置的箱体结构示意图；

图3是高能点火控制器结构示意图；

图4是点火器电路示意图；

图5是PLC逻辑判定流程图；

图6是点火监控控制界面示意图；

图7是加热炉自动点火控制装置的箱体安装示意图。

附图标记说明：1、高能点火控制器；2、火焰探测器；3、气体压力变送器；4、温度变送器；5、防爆电磁阀；6、送风装置；1-1、点火枪；1-2、点火电缆；1-3、点火器；7、高压点火电嘴；8、可燃气体喷头；9、自动点火控制箱；10、加热炉燃烧室；11、外输管线。

具体实施方式

实施例1：

如图2及图7所示，本实用新型提供了一种加热炉远程自动点火监控系统，包括设于加热炉外的接入进气管线的自动点火控制箱以及自动点火控制平台，自动点火控制箱9包括高能点火控制器1、火焰探测器2、用于测量燃气压力的气体压力变送器3、用于测量管壁温度的温度变送器4、防爆电磁阀5以及送风装置6；自动点火控制平台包括可编程逻辑控制器、无线通讯模块以及上位机，其中可编程逻辑控制器分别与无线通讯模块以及上位机连接，无线通讯模块与上位机连接，其中无线通讯模块采用ZIGBEE无线通讯模块。在加热炉燃烧室10内，可燃气体管线通过活接头与自动点火控制箱9上的进气管线连接，气体压力变送器3通过密封丝扣连接在气体管线上，温度变送器4通过密封丝扣连接在外输管线11上；送风装置6设于加热炉燃烧室10外侧；送风装置安装在点火探头对面的燃烧室外侧保证气体充分燃烧；防爆电磁阀5连接在气体管线上，与气体压力变送器3串联，以保证异常情况有效关断。本实施例具有以下特点：首先，只需将可燃气体接入中控箱气体入口及气体出口后接入原锅炉供气管线，并在锅炉可燃气体喷嘴处安装点火头及离子火焰探针即可实现锅炉燃烧的自动控制。其次，在站控平台上可直接进行远程控制点燃火焰及熄灭火焰，可显示出锅炉内火焰是否燃烧，可直接显示出可燃气体压力及外输管线温度。再次，当第一次点火动作完成一段时间后未检测到火焰燃烧或锅炉加热过程中火焰熄灭，系统将在0.3秒内自动关闭可燃气体供应管线并在一段时间内不能进行点火动作。当可燃气体压力过低，不足以支持燃烧时，系统将自动关闭供气管线。另外，可自由转换手动及自动控制方式，便于维护操作。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述自动点火控制平台通过上位机远程监控，根据实时数据进行控制，可编程逻辑控制器与无线通讯模块设置在自动点火控制箱9内，控制装置均安装在控制箱内，便于更换及维护。所述高能点火控制器1包括点火枪1-1、点火电缆1-2以及点火器1-3，其中点火电缆1-2电连接点火枪1-1和点火器1-3。所述火焰探测器2采用离子火焰探测器，该探测器输出设有可用来控制燃料阀口的打开、关闭和报警功能的一开一闭两接点，且火焰探测异常反应时间≤0.3秒。所述自动点火控制箱9的箱体分为相隔开的两层，其中箱体的上层包括可编程控制器、无线模块，箱体的下层为燃气管道部分，包括防爆电磁阀5、气体压力变送器3、送风装置6，其中送风装置6具体是风扇，该箱体下层连接管线的两端是采用活接管件连接。在现场连接管线时，可避免动火作业。所述可编程逻辑控制器采用西门子S7-200可编程控制器，CPU224XP型号为6ES7214-2BD23-0XB8,带14路数字量输入和10路数字量输出通道，2路直流模拟量输入和1路直流模拟量输出通道。本实用新型的上位机上安装的监控程序，实时数据通过ZIGBEE无线通讯模块和PLC485通讯口传输至站点上位机上，在监控平台上可对加热炉进行远程控制点火和关火作业及加热炉运行状态的监测。

具体介绍如下：图7是加热炉自动点火控制装置的箱体安装示意图，图中还具体包括了高压点火电嘴7和可燃气体喷头8。本控制箱安装于加热炉外，接通进气管线。点火探头、火焰检测探头均安装于加热炉燃烧室内，所有部件均采用耐高温材料；在加热炉燃烧室内，可燃气体管线通过活接头与燃烧室外自动点火控制箱下层的输气管连接，点火控制器的探头与火焰探测器使用耐高温管卡固定于可燃气体管线的气体燃烧头上，探头与探测器通过高温导电杆连接至控制箱；本点火控制系统设计采用了以PLC为核心的可编程控制器，实时对现场压力与温度数据进行采集，通过PLC逻辑控制器与点火控制平台自动控制加热炉的点火和熄火作业。如图1是本实用新型点火监控系统的系统框图。

1.加热炉自动点火控制装置

加热炉自动点火控制装置与加热炉连接，主要功能为采集前端数据，并传输数据至控制平台进行数据反馈控制。箱体采用两层式设计，将电路控制部分和燃气管道分隔，并在箱体两端采用活接管件。如图2所示。

（1）高能点火控制器：该装置属于低压电容放电装置，其主要结构由点火器、点火枪及高压屏蔽点火电缆组成。如图3所示。

如图4所示，交流工频220v通过升压整流变换成直流脉动电流，对贮能电容充电。当电容器充满时，高压放电管导通，放电电流经放电管、扼流圈、屏蔽电缆等传输至点火枪半导体电嘴，形成高能电弧火花，从而将燃烧介质点燃。

（2）火焰探测器：

火焰探测器采用离子火焰探测器，探测器输出一开一闭两接点，可用来控制燃料阀口的打开、关闭和报警功能，火焰探测异常反应时间≤0.3秒。

（3）气体压力变送器：

压力变送器测量气体或蒸汽的压力，然后将信号转换为成4～20mA信号输出。

（4）温度传感器：

温度传感器用于测量管壁温度，然后将信号转换为成4～20mA信号输出。

（5）防爆电磁阀：

用来控制流体的自动化基础执行器。

（6）送风装置：

在火焰燃烧过程中持续保持送风，保证可燃气体充分燃烧，提高燃烧率，有效减少伴生黑烟及异味。

点火作业执行及监控

（1）可编程逻辑控制器（PLC）

系统采用西门子S7-200小型可编程控制器，CPU224XP型号为6ES7214-2BD23-0XB8,带14路数字量输入和10路数字量输出通道，2路直流模拟量输入和1路直流模拟量输出通道。

（2）手动与自动模式下的逻辑控制

①手动模式：PLC不再进行自动判断，由看井人员根据现场情况自行判断进行点火和关火，手动按下控制箱内的点火按钮时系统启动高能点火装置进行点火，同时燃气电磁阀打开，在燃气压力足够大情况下加热炉的火焰点燃，离子探针探测到火焰会将着火状态返回，电磁阀开放回路自锁，释放点火按钮，点火装置停止点火，电磁阀始终处于开启状态，加热炉正常燃烧，点火操作完成；如果燃气压力不足，则会点火失败，释放点火按钮后电磁阀会自行关闭，气源切断；在着火状态下，按下关火按钮，电磁阀关闭，系统关火。

②自动模式：PLC内部回根据燃气压力和管壁温度自动判断，当燃气压力足够大且管壁温度低于设定的温度阀值时，系统会自动点火，如果点火成功，离子探针将着火状态返回，PLC停止点火，电磁阀开放回路自锁，加热炉处于燃烧状态，点火成功；一旦点火失败，PLC将会闭锁点火逻辑，防止炉膛内的燃气浓度过大再次点火发生危险，PLC延时一段时间后当燃气浓度降低到可以点火的情况下开放点火，系统再次判断点火条件来决定是否自动点火；如果外输管线的管壁温度超过设定的阀值时系统会自动关火，防止输油管线内没有原油流动造成管线的损坏。

③PLC逻辑判断流程如图5所示

（3）点火器监控平台

点火系统还配置了ZIGBEE无线通讯模块和PLC485通讯口相连，可将PLC采集回来的燃气压力、外输管线的管壁温度、加热炉的工作状态通过井场主RTU远传到站控平台供值班人员监视，值班员可以通过站控平台对加热炉远程控制点火和关火。如图6所示。

本实用新型提供的这种加热炉远程自动点火监控系统，针对传统的井场加热炉采用手动点火，操作人员危险性高，且点火周期长等问题，采用西门子S7-200PLC控制器，结合高能点火控制器和火焰探测器单元对井场外输加热炉点火进行控制，实现了加热炉的自动点火、关火、送风的控制，达到了增加可燃气体利用率与节省人力资源的目的。本实用新型具有以下特点：

1.所有控制装置均安装在控制箱内，便于更换及维护。

2.只需将可燃气体接入中控箱气体入口及气体出口后接入原锅炉供气管线，并在锅炉可燃气体喷嘴处安装点火头及离子火焰探针即可实现锅炉燃烧的自动控制。

3.在站控平台上可直接进行远程控制点燃火焰及熄灭火焰，可显示出锅炉内火焰是否燃烧，可直接显示出可燃气体压力及外输管线温度。

4.当第一次点火动作完成一段时间后未检测到火焰燃烧或锅炉加热过程中火焰熄灭，系统将在0.3秒内自动关闭可燃气体供应管线并在一段时间内不能进行点火动作。当可燃气体压力过低，不足以支持燃烧时，系统将自动关闭供气管线。

5.可自由转换手动及自动控制方式，便于维护操作。

本点火控制系统安装过程简单施工时间短，对原有管线改造小，需将原有管线通过活接头接入控制箱体即可。点火探头及火焰探测探头使用耐高温管卡直接固定于锅炉可燃气体燃烧头上即可。整个安装过程无需动火，每井场改造及调试时间不超过4小时。通讯采用2.4G无线网络，完全兼容现有井场通讯系统，无需做额外的改动。整个控制系统采用高集成模块化设计，箱体及接口尺寸一致，能够实现互换。如出现使用问题，则可在短时间内进行整体更换，无需逐个排查故障元件。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加热炉远程自动点火监控系统，包括设于加热炉外的接入进气管线的自动点火控制箱以及自动点火控制平台，其特征在于：自动点火控制箱（9）包括高能点火控制器（1）、火焰探测器（2）、用于测量燃气压力的气体压力变送器（3）、用于测量管壁温度的温度变送器（4）、防爆电磁阀（5）以及送风装置（6）；自动点火控制平台包括可编程逻辑控制器、无线通讯模块以及上位机，其中可编程逻辑控制器分别与无线通讯模块以及上位机连接，无线通讯模块与上位机连接；在加热炉燃烧室（10）内，可燃气体管线通过活接头与自动点火控制箱（9）上的进气管线连接，气体压力变送器（3）通过密封丝扣连接在气体管线上，温度变送器（4）通过密封丝扣连接在外输管线（11）上；送风装置（6）设于加热炉燃烧室（10）外侧；防爆电磁阀（5）连接在气体管线上，与气体压力变送器（3）串联。

2.如权利要求1所述的一种加热炉远程自动点火监控系统，其特征在于：所述自动点火控制平台通过上位机远程监控，可编程逻辑控制器与无线通讯模块设置在自动点火控制箱（9）内。

3.如权利要求1所述的一种加热炉远程自动点火监控系统，其特征在于：所述高能点火控制器（1）包括点火枪（1-1）、点火电缆（1-2）以及点火器（1-3），其中点火电缆（1-2）电连接点火枪（1-1）和点火器（1-3）。

4.如权利要求1所述的一种加热炉远程自动点火监控系统，其特征在于：所述火焰探测器（2）采用离子火焰探测器，该探测器输出设有可用来控制燃料阀口的打开、关闭和报警功能的一开一闭两接点，且火焰探测异常反应时间≤0.3秒。

5.如权利要求2所述的一种加热炉远程自动点火监控系统，其特征在于：所述自动点火控制箱（9）的箱体分为相隔开的两层，其中箱体的上层包括可编程控制器、无线模块，箱体的下层为燃气管道部分，包括防爆电磁阀（5）、气体压力变送器（3）、送风装置（6），该箱体下层连接管线的两端是采用活接管件连接。

6.如权利要求1所述的一种加热炉远程自动点火监控系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器采用西门子S7-200可编程控制器，CPU224XP型号为6ES7214-2BD23-0XB8,带14路数字量输入和10路数字量输出通道，2路直流模拟量输入和1路直流模拟量输出通道。

7.如权利要求1所述的一种加热炉远程自动点火监控系统，其特征在于：所述无线通讯模块采用ZIGBEE无线通讯模块。

8.如权利要求1所述的一种加热炉远程自动点火监控系统，其特征在于：所述送风装置（6）是风扇。