油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置及方法
【專利摘要】油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置。能解決傳統(tǒng)的控制方式易造成集輸過程中液體溫度波動大，且缺少同步啟停、排煙溫度監(jiān)測、漏液漏氣保護功能，存在一定的安全隱患，且嚴重影響油田生產(chǎn)量的問題。包括控制器，所述控制器分別與溫度控制單元、配比控制單元、點火系統(tǒng)及火焰安全單元連接，所述溫度控制單元包括溫度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器；所述配比控制單元包括燃燒器及至少一個安裝在風門上的電動執(zhí)行器；所述點火系統(tǒng)包括電子點火器、程控器及安裝在燃氣管道中的電磁閥；所述火焰安全單元包括紫外線火焰探測器、射頻導納傳感器及可燃氣體傳感器；所述控制器上分別連接有報警器及控制輸入鍵盤。操作簡單、使用方便且實用性強。
【專利說明】油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油田加熱爐控制領(lǐng)域，涉及一種加熱爐溫度控制裝置，具體是油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著油田的不斷開采，噸油耗氣量也是大量的上漲，由此造成的燃料不無安全燃燒、散熱損失等能源浪費、環(huán)境污染以及帶來的安全隱患已成為油田不容忽視的問題，因此必須加大節(jié)能降耗的力度，而加熱爐及其技術(shù)的英語有效的解決了這一問題；但是目前，油田上應(yīng)用的負壓式加熱爐控制方式主要是自動滑動兩級或人工遠程手動控制燃燒器的燃氣和配風量，實現(xiàn)被控對象(溫度)的控制，然而傳統(tǒng)的控制方式易造成集輸過程中液體溫度波動大，影響原油脫水、摻水等后續(xù)處理工藝的效果，而且現(xiàn)有的負壓爐控制缺少同步啟停、排煙溫度監(jiān)測、漏液漏氣保護功能，存在一定的安全隱患，且嚴重影響油田的生產(chǎn)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決傳統(tǒng)的控制方式易造成集輸過程中液體溫度波動大，且缺少同步啟停、排煙溫度監(jiān)測、漏液漏氣保護功能，存在一定的安全隱患，且嚴重影響油田生產(chǎn)量的問題，本發(fā)明提出了一種安全可靠且高效運行，保證原油、天然氣、油水混合物、油氣水混合物加熱至工藝所需的溫度，滿足生產(chǎn)集輸工藝及加工工藝要求的加熱爐溫度控制裝置，其具體技術(shù)方案如下:
油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置，包括控制器，所述控制器分別與溫度控制單元、配比控制單元、點火系統(tǒng)及火焰安全單元連接，所述溫度控制單元包括溫度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器；所述配比控制單元包括燃燒器及至少一個安裝在風門上的電動執(zhí)行器；所述點火系統(tǒng)包括電子點火器、程控器及安裝在燃氣管道中的電磁閥；所述火焰安全單元包括紫外線火焰探測器、射頻導納傳感器及可燃氣體傳感器；所述控制器上分別連接有報警器及控制輸入鍵盤。
[0004]所述電子閥為兩個，分別安裝在油田負壓式雙火筒加熱爐管道中，且所述兩個電子閥通過互鎖電路與控制器連接，所述紫外線火焰探測器為兩個分別探測油田負壓式雙火筒加熱爐中的兩個單火筒。
[0005]油田負壓式加熱爐的溫度精確控制方法，包括如下步驟:
步驟一:設(shè)定溫度設(shè)定值T0，并將溫度設(shè)定值TO與溫度傳感器采集的溫度測定反饋值T進行比較，生成溫差作為偏差信號Λ T=TO-T ；
步驟二:控制器根據(jù)偏差信號Λ T及被控溫度T的變化率以及變化方向，對配比控制單元進行動態(tài)調(diào)整控制。
[0006]步驟三:控制器計算對配比控制單元進行動態(tài)調(diào)整起，至溫度測定反饋值Tl產(chǎn)生相應(yīng)變化時所耗時間，得到滯后時間，從而修改控制輸出占空比，通過控制配比控制單元降低加熱速度。
[0007]步驟四:設(shè)定Τ0=Τ，通過控制器對配比控制單元的動態(tài)調(diào)整控制，使得滯后時間后的Tl與滯后時間前的TO不斷接近直至TO- Tl ( ±1.5°C。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
針對油田加熱爐特性，攻克了被控溫度干擾參數(shù)多、控制滯后的難題，控制精度達到設(shè)定值±3%以內(nèi)，實現(xiàn)了加熱爐溫度平穩(wěn)控制。在負壓式加熱爐上首次采用強配風燃燒方式，火型得到延長，避免加熱爐因爐筒局部過熱受損，延長了加熱爐使用壽命；減少了環(huán)境因素影響，提高了燃燒效率，經(jīng)“中國石油天然氣集團公司油田節(jié)能監(jiān)測中心”測試，改造后加熱爐燃燒效率提高了 2.5%?3%。;漏液、漏氣等連鎖保護功能的實現(xiàn)，保證了加熱爐安全平穩(wěn)運行，真正實現(xiàn)了無人值守的全自動控制方式，通過智能滾動優(yōu)化變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，采用多點同步檢測和連鎖保護功能，實現(xiàn)油田負壓式加熱爐被控溫度精確控制，使其更加安全可靠、高效運行，從而保證原油、天然氣、油水混合物、油氣水混合物加熱至工藝所需的溫度，滿足生產(chǎn)集輸工藝及加工工藝要求。此項技術(shù)可實現(xiàn)遠程安全可靠閉環(huán)控制，為油田實現(xiàn)站場集中監(jiān)控打下基礎(chǔ)，具有重要的學術(shù)意義和工程應(yīng)用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的電路連接原理圖；
圖2為被控溫度變化曲線示意圖；
圖3為同步控制原理圖。

【具體實施方式】
[0010]為了便于理解，下面結(jié)合圖1對本發(fā)明作出進一步的說明:
實施例1:油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置，包括控制器，用于采集相關(guān)數(shù)據(jù)及控制個元件運作；所述控制器分別與溫度控制單元、配比控制單元、點火系統(tǒng)及火焰安全單元連接，所述溫度控制單元包括溫度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器，其中溫度傳感器用于檢測溫度數(shù)據(jù)，壓力傳感器用于采集氣壓等壓力數(shù)據(jù)，流量傳感器用于檢測管道的流量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分別提供給控制器；所述配比控制單元包括燃燒器及至少一個安裝在風門上的電動執(zhí)行器，燃燒器用于使燃料和空氣以一定方式噴出混合燃燒，電動執(zhí)行器用于控制風門開度，以便于調(diào)節(jié)噴出量；所述點火系統(tǒng)包括電子點火器、程控器及安裝在燃氣管道中的電磁閥，其中電子點火器用于點燃可燃氣體，程控器用于實現(xiàn)對設(shè)備的控制，電子閥用于切斷燃氣輸出；所述火焰安全單元包括紫外線火焰探測器、射頻導納傳感器及可燃氣體傳感器，其中紫外線火焰探測器用于通過火焰的紫外線輻射來反饋火焰情況，射頻導納傳感器用于檢測粘附性的液體、固體顆粒、粉塵或其他混合漿料等物位，在這里可以用于油水界面的測量；所述控制器上分別連接有報警器及控制輸入鍵盤，其中報警器用于報警，控制輸入鍵盤用于啟?？刂圃O(shè)備。
[0011]實施例2:進一步的，結(jié)合圖3說明本實施例，當該裝置使用在油田負壓式雙火筒加熱爐中時，可以采用同步雙控方式對設(shè)備進行保護，即所述電子閥為兩個，分別安裝在油田負壓式雙火筒加熱爐管道中，且所述兩個電子閥通過互鎖電路與控制器連接，所述紫外線火焰探測器為兩個分別探測油田負壓式雙火筒加熱爐中的兩個單火筒；一旦單火筒點火失敗或燃燒過程熄火漏氣，有爆燃的安全隱患，可通過互鎖實現(xiàn)電磁閥同步及點火過程同步，運行過程中系統(tǒng)利用紫外線火焰探測器實時檢測火焰情況，如單一火筒火焰熄滅，立即關(guān)閉雙路電磁閥切斷燃氣，有效保障了加熱爐安全運行。
[0012]對于漏液、漏氣的保護，在爐筒內(nèi)加裝儲液箱，利用射頻導納傳感器實時監(jiān)測運行加熱爐火筒微漏液情況，并在燒火間加裝紫外線火焰探測器實時監(jiān)測管線接頭或設(shè)備漏氣情況，出現(xiàn)漏液漏氣達到報警值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號提示值班人員及時檢查處理，達到上限值時，系統(tǒng)自動通過邏輯連鎖10ms以內(nèi)關(guān)閉現(xiàn)場氣源和電源，有效避免油田加熱爐因漏液漏氣引起的高安全事故率的發(fā)生。
[0013]另外，本發(fā)明還給出了一種油田負壓式加熱爐的溫度精確控制方法，包括如下步驟:
步驟一:設(shè)定溫度設(shè)定值T0，并將溫度設(shè)定值TO與溫度傳感器采集的溫度測定反饋值T進行比較，生成溫差作為偏差信號Λ T=TO-T ；
步驟二:控制器根據(jù)偏差信號Λ T及被控溫度T的變化率以及變化方向，對配比控制單元進行動態(tài)調(diào)整控制。
[0014]步驟三:控制器計算對配比控制單元進行動態(tài)調(diào)整起，至溫度測定反饋值Tl產(chǎn)生相應(yīng)變化時所耗時間，得到滯后時間，從而修改控制輸出占空比，通過控制配比控制單元降低加熱速度。
[0015]步驟四:設(shè)定Τ0=Τ，通過控制器對配比控制單元的動態(tài)調(diào)整控制，使得滯后時間后的Tl與滯后時間前的TO不斷接近直至TO- Tl ( ±1.5°C。
[0016]有益效果:結(jié)合圖2進行說明:建立控制模型，常規(guī)算法的數(shù)學模型和簡單PID控制不適應(yīng)負壓爐多變的工況和非線性控制對象。針對負壓爐控制的特性，根據(jù)進出液以及被控溫度的變化規(guī)律，被控制參數(shù)實時在線整定，提前智能滾動優(yōu)化控制，得出并記錄最佳線路和最優(yōu)的參數(shù)組合，采用獨特分段變結(jié)構(gòu)控制，剔除了系統(tǒng)出現(xiàn)的各種干擾和工況變化的因素，確保被加熱介質(zhì)溫度最快跟蹤給定值，使加熱爐始終處于最佳控制狀態(tài)，實現(xiàn)加熱爐溫度的平穩(wěn)控制；通過溫度設(shè)定值與爐加熱段溫度測定反饋值進行比較，生成溫差作為偏差信號Λ T=TO-T,確立控制段，當Λ T偏差大時，控制參數(shù)C3按比例輸出盡快靠近設(shè)定點；當八T逐漸減小進入C2段后，根據(jù)被控溫度變化率以及變化方向動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，并通過來液溫度變化值、加熱介質(zhì)成分及加熱爐蓄熱能力等干擾因素測算出滯后時間，推算出動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)；隨著控制輸出的變化，為減少熱慣性對溫度控制速度及溫度的影響，系統(tǒng)自動修改控制輸出的占空比，加熱功率逐漸減少，減緩加熱速度，便于下一段溫度的精確控制；對于恒溫階段Cl，即TO=T或TO-T < ±1.5°C時，誤差相對平穩(wěn)，控制參數(shù)輸出恒定，加熱爐功率輸出與熱損耗達到平衡，維持爐溫恒定。當TO-T > ±1.5°C時，根據(jù)記憶熱慣性變化情況，提前折算反向控制參數(shù)，直至控制輸出最小，被控溫度通過熱慣性繼續(xù)上升或下降，等到溫度上升趨緩時，控制參數(shù)逐步加大，保證被控溫度在設(shè)定值±3°C以內(nèi)變化；油田負壓式加熱爐爐膛背壓隨著環(huán)境溫度的變化而改變，常規(guī)控制方式未考慮該因素影響燃燒效率情況；本控制方法可以改進為在四季環(huán)境溫度改變時，采用煙氣分析儀在線接入系統(tǒng)，根據(jù)爐效測量數(shù)據(jù)自動調(diào)整燃氣和配風比，進行燃燒優(yōu)化，通過熱效率反饋尋求調(diào)整最佳過?？諝庀禂?shù)，經(jīng)過參數(shù)分析和尋優(yōu)得出最佳配比值，記憶最佳控制狀態(tài)，直至下次調(diào)整；由于含油污水中有鈣、鎂離子以及含聚污水中的聚酯，在加熱爐火筒壁上很容易結(jié)垢和沉積，導致?lián)Q熱變差影響爐效。本系統(tǒng)打破常規(guī)加裝排煙溫度的在線檢測，實時分析負壓加熱爐的熱損失程度，當溫度達到規(guī)定上限值后，控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對，自動判斷爐筒結(jié)垢情況，并畫出分析曲線，溫度達到保護值時，強制控制燃燒輸出功率，并報警提示管理人員進行加熱爐檢修，有效避免加熱爐被控溫度由于熱交換變差而加大輸出功率，弓丨起大量有效熱量散失，同時避免加熱爐火管由于結(jié)垢引起局部過熱造成爐筒變形或穿孔的事故。
[0017]有效的解決了傳統(tǒng)的控制方式易造成集輸過程中液體溫度波動大，且缺少同步啟停、排煙溫度監(jiān)測、漏液漏氣保護功能，存在一定的安全隱患，且嚴重影響油田生產(chǎn)量的問題。
【權(quán)利要求】
1.油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置，包括控制器，其特征在于:所述控制器分別與溫度控制單元、配比控制單元、點火系統(tǒng)及火焰安全單元連接，所述溫度控制單元包括溫度傳感器、壓力傳感器及流量傳感器；所述配比控制單元包括燃燒器及至少一個安裝在風門上的電動執(zhí)行器；所述點火系統(tǒng)包括電子點火器、程控器及安裝在燃氣管道中的電磁閥；所述火焰安全單元包括紫外線火焰探測器、射頻導納傳感器及可燃氣體傳感器；所述控制器上分別連接有報警器及控制輸入鍵盤。
2.如權(quán)利要求1所述的油田負壓式加熱爐的溫度精確控制裝置，其特征在于:所述電子閥為兩個，分別安裝在油田負壓式雙火筒加熱爐管道中，且所述兩個電子閥通過互鎖電路與控制器連接，所述紫外線火焰探測器為兩個分別探測油田負壓式雙火筒加熱爐中的兩個單火筒。
3.油田負壓式加熱爐的溫度精確控制方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:設(shè)定溫度設(shè)定值T0，并將溫度設(shè)定值TO與溫度傳感器采集的溫度測定反饋值T進行比較，生成溫差作為偏差信號Λ T=TO-T ； 步驟二:控制器根據(jù)偏差信號Λ T及被控溫度T的變化率以及變化方向，對配比控制單元進行動態(tài)調(diào)整控制； 步驟三:控制器計算對配比控制單元進行動態(tài)調(diào)整起，至溫度測定反饋值Tl產(chǎn)生相應(yīng)變化時所耗時間，得到滯后時間，從而修改控制輸出占空比，通過控制配比控制單元降低加熱速度； 步驟四:設(shè)定το=τ，通過控制器對配比控制單元的動態(tài)調(diào)整控制，使得滯后時間后的Tl與滯后時間前的TO不斷接近直至TO- Tl < ± 1.5°C。
【文檔編號】F24H9/20GK104390354SQ201410551144
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】徐浩, 馬光輝, 吉福太, 李文龍 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 大慶油田有限責任公司