h油田注汽锅炉控制系统设计及应用

自动化与仪器仪表2 0 1 2 年第 1 期 ( 总第 1 5 9期 ) 5 O t h 油田注汽锅 炉控制系统设计及应用 孙 福 东 ( 辽河石油勘探局 总机械厂 辽宁盘锦， 1 2 4 2 0 9) 摘要：针对辽河油田5 0 t h燃油 ( 气) 注汽锅炉的应用 ， 其配套控制系统也需要开发 。 本文介绍了5 0 t h油田 燃油 ( 气 ) 注汽锅炉控 制系的实现 方法 ， 着重从系统结构、 控制 工艺、 燃烧负荷的调节及人机界面的设计几方面进 行 阐述 。 关键词：注汽 锅炉 ， 控 制工 艺 ， 燃烧 负荷 ， 人 机界面 A b s t r a c t ： F o r t h e a p p c a fi o n o f L i a o h e O i l F i e l d 5 0 t h f u e l o i l ( g a s ) s t e a m - i n j e c t i o n b o i l e r , t h e a u x i l i a r y c o n t r o l s y s t e ma l s o n e e d s t o he d e v e l o p e d T h i s a r t i c l e d e s c r i b e s t h e 5 O t | h o f f u e l o i l ( g a s ) s t e a m - i n j e c t i o n boi l e r c o n t r o l s y s t er n r e a l i z a t i o n m e t h o d , f o c u s i n g f r o mth e s y s t e m s t r u c t u r e ， con t r o l t e c h n o l o g y ， fi r el o a d a n dthe r e g u l a t i o no fs e v e r a l asp e c t so f h u ma n - comp u t e r i n t e r f a c ed e s i g n e l a bo r a t e d K e y w o r d s ： s t e a m - i n j e c t i o n boi l er； C o n t r o l t e c h n o l o g y； fi r e l o a d ； H MI 中图分类号 ：T P 1 3 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 1 9 2 2 7 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 7 卜0 3 0 引言 燃 油注汽 锅炉作 为稠油热 采工艺 的重要 设备 ， 市场 需求量很大， 尤其是近年来辽河油 田S A G D井和齐4 0蒸汽 驱井的推广应用 ， 针对大吨位注汽 锅炉 的市场需求进一步 增大，因此 5 0 t h油田注汽锅炉将是锅炉制造的未来发展 趋势 ，其配套 的注 汽锅炉控制 系统也将随之 发展 。 5 0 t h油田注汽锅炉 自动控制系统是基于设备安全、 可靠运行及减轻操作人员劳动强度而设计的。 该控制系统 选用奥林G R T 5 0 S 油气两用燃烧器作为锅炉核心部件， 其风 油调节方式与以往机械调节有所不 同， 此 次采用 电子比调 的方 式对锅 炉燃烧 负荷进 行调节 。 其运 行过程 采用美 国 R o c k W e l l 公司A - B S L C 5 0 0 系列P L C( 可编程控制器 ) 与上 位机结合 的控制方式来实现 。 具有硬件系统可靠性高、稳 定性好 、 故 障率低 及维修量少等 特点 。 1 系统设计 1 1 控制 系统构成 系统主要由可编程控制器 ( P L C) 、 触摸屏 ( H M I ) 、 检测 传感器、 执行器构成 。 其特 点采用可编程控制器 ( P L C) 为 核心控制锅炉前吹扫、 点火、 运行、 停炉、 后吹扫过程； 触 摸屏 ( H M I) 实现对控 制系统 中现场各监测仪表及系统运 行 的数据 监控功 能。 如 图 1所示： 变 囊 电机爵 黾 矍 最 噩 计 电 动 执 行 图l 系统结构图 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 0 0 6 作者简介： 孙福 东( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 工程师， 主要从事稠油装备 自 动化 、计算机 网络技术等研 究工作 。 1 2 控制 系统范围 ( 1 ) 现场数据采集； ( 2 ) 锅炉鼓风机、 给水变频、 回水调节阀、 风门电动执 行器、 燃油流量调节器 、 燃气流量调节器 、 燃油温度 电动 阀 自动控制； ( 3 )锅炉报警监控系统； ( 4) 被控电气设备： 序号 设备名称 设备容量 操作方式 控制方式 1 柱塞泵 3 7 5 K W 工频 变频 自动 手动 2 鼓风机 1 6 0 K W (燃 烧 器 配 工 频(软 自动 手动 套) 起 ) 3 空压机 1 5 K W 工频 手动 4 电加热器 5 0 K W 工频 自动 1 3 控 制 工艺 按下启动按钮 ， 若 系统无报警则依次启动柱塞泵、 鼓 风机 开始前 吹扫过程 。 启动柱塞泵和鼓风机 ， 当风压正常 后， 燃烧 器的风 门挡板 自动开到最 大位置进行前吹扫，同 时燃 料吹扫 阀打开 ， 对第二主 阀后的油管进行吹扫 ， 前吹 扫完 5分钟后，风门挡板 自动 回到点火位 置，到达 点火位 置后 ， 点火枪 的燃料 阀打开 ，同时点火变压器 工作， 在 3秒 钟 内， 如 点火火焰不建立， 则停机报警。 如点火火焰建立 ， 则打开主燃料阀， 同时关闭吹扫阀， 打开雾化阀， 在 5 秒钟 内， 主火 焰不能建立 ， 则停机报警 ， 如主火焰建立 ， 则停 止点火 阀， 点火变压器 ， 燃烧 器进 入运行状态 。 停机报警后， 立刻关断主油阀，同时风门挡板 自动开 到最大位置进行后吹扫， 后吹扫2 0分钟后 ， 风门回到最小 位 置，自动停止 柱塞 泵和鼓风机 。 本 系统燃烧器 的负荷 可进行手动 和 自动调节 ，在手 动调节情况下， 可人工调整燃烧器到指定的负荷位置 。 在 自动调节位置燃烧器将利用负荷调节器的P I D功能进行负 荷 自动调整 。 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 t h油田注汽锅炉控制系统设计及应用 孙福东 1 4 模拟量调节方式 P I D调节功能：燃烧器处于 自动调节状态 下， 根据蒸 汽 压力 的设定值与过程值 的差值进行运算， 运算的结果输 出到燃烧器的燃料控制伺服 电机 ， 风量的伺服电机根据燃 料伺服 电机得位置反馈来确定 自L 三 的位置， 这个位置是根 据 调试时不同负荷下的含氧量来调整 ， 从最小负荷 直 到 最大负荷，根据需要可设定81 0个点。 如果在实际运行 过程 中， 偏离 了设定好的位置 ， 程序将根据含氧 量的偏离 值 ，自动修正风 门的开度大小 ， 使含氧量一直处于最佳状 态 。 这样能确保锅炉的蒸汽压力能恒 定在设定压力，同时 保 含氧 量也处于最佳状态 。 ( 1) 燃料负荷调节： 燃烧 器处于 自动 调节状态 下， 根 据蒸汽压 力的设定 值 S V与过程值P V的差值进行运算 ， 运算的结果输出到燃 烧器 的燃 料控制伺服电机 ，如图2所示 。 图2 燃料负荷P I D 调节 ( 2) 风量 自动调节 风量的伺服 电机根据燃料伺服 电机得位置反馈S V 1 来 确定 自己的位置， 这个位置是根据调试时不 同负荷下 的含 氧量S V 2来调整 ， 从最小负荷 直到最大负荷 ， 根据需要 町设定81 0个点，如图3所示。 一 I l I P L C l 图3 风量P I D 调节 ( 3) 风门 自动修 正调节 如果在 实际运行过程中， 偏离 了设 定好 的位置， 程序 将根据含氧量的偏离值 S V 2，自动修正风 门的升度大小， 是含氧量 一 直处于最佳状态 。 这样能确保锅炉的蒸汽压力 能恒定在 设定压力 ， 同时保证含氧量也处于最佳状态 ， 如 图4所示。 图4 风门自动修正P I D 调节 ( 4) 燃油温度调节 72 采用P I D调节方式 ，自动调节电动 阀门的开合度 。 如 图5所示。 图5 燃油温度P I D 调节 2 锅炉报警监控系统 蒸汽锅炉 的安全保护 监控系统 。 它在 蒸汽锅炉 止常 运行和启动 停止等各种运行方式下 ， 密切监视锅炉 出口 蒸汽压力 、 温度 ， 锅 炉给水泵运行状态等 ， 防止锅 炉发生 危险 。 锅 炉出现 报警，进入相应 的故障处理程序 。 3 人机界面 ( H MI ) 人机界面操作系统采用 P a n e l Vi e w P l u S1 5 O 0 A B 2 7 1 1 P系列触摸屏进行组态， 操作界面具有控制的基本操 作 、 系统参数设定 、 报警参数设定 、 运 行参数设定 、 报警 显示等功能 。 系 统具有 界面友好 、 操 作简 单、 易掌握的特 点 。 3 1 硬件规 格 P a n e I v i e w P l u m5 0 0 T F T液晶显示屏 显示屏尺寸 l 5 英寸 显示区域 ( 宽X高) 2 4 6 1 8 4 m m 9 7 7 2 i n 分辨率 1 0 2 4 7 6 8 ， 1 8位色彩 通讯端口 以太网、R S 2 3 2 、D H 4 8 5 、D H + 3 2 画面组态 触摸屏画 面能够直观显 图形信 息和文字信 息，方 便锅炉运行人 员通过触摸屏 实现过程 的操 作和监控 。 包括主画面、 点火状态、 报警指示、 参数设定、 参数显 ， J 、 报警 设定 、 调节画面、 报警历史等 8个界面 。 3 3 用户权限 系统共设置系统管理员 、工程师 、 操作员三级操作权 限，系统 管理员具有最高操作权限，可使用控制系统的所 有功能，上程师和操作员均 具有相应的操作功能限制，操 作员的权限最低 。 进入相应权限的系统需要输入对应的用 户名称和登录 口令 。 4 系统实现功能 ( 1) 检测功能：通过压力、 温度传感器等将锅 炉运行 过程中的重要参数传送至P L C ， 由P L C 执行相应稗序， 确保 锅炉的稳定 、 高效运 行。 ( 2) 控制功能： 可实现对锅炉的水、 火量 、 风量 自动调 节控制 ， 油温 P I D调节 ， 从而实现对蒸汽下度的控制。 ( 3) 显示功能：具有主画面 、 数据报表、趋势图、 点火 状态、 报警指示 、 参数显示、 报警设定、 水火调节 、 报警 力 史等功能 。 ( 4) 报警功能：对蒸汽压力、蒸汽温度、 燃油温度、 雾 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表 2 0 1 2年第 l 期 ( 总第 l 5 9期 ) 化压力、电源故障、 火焰故障等 2 0项 的声光报警 。 参 考 文献 1 张永红 油田采油燃煤注汽锅炉及其控制系统 J 科技资讯， 2 0 0 9 年第2 O 期 2 马志 ， 魏光星 再加热炉燃烧控制系统 J 冶金 自 动化， 2 0 0 9 年第O 1 期 3 姜湘 燃油燃气锅炉及锅炉房设计_ M 机械1 ： 业出版社 2 0 0 3 年 1 月 4 王 蕊， 苗宝增 基于S I M A T I C P L C 和触摸屏的喷泉监控系统 J 电工技术， 2 0 0 6 年， 第1 O 期 ( 上接 第7 0 页 ) 数据，同样利用 网线将信号连接 至中控 室交换机 ， 根据需 要 ， 上位机 白控操作终端利用 网线连接至交换机就可 以与 现场每个 P L C站通讯，实现 自动监摔；同样 网线连接交换 机和 视频 解码 器， 从而 电视墙获得模拟 视频信 号， 话筒获 得 音频信 号。 图 l ( 7) 系统防雷 由于现场 条件所 致 ，主要 络设备 在室外 相对较 高 ，这样防雷就 必不可少 了，为 了保 证设备 的安全 ，防雷 主 要做 到 各泵房 P L C( 或是R T U ) 电源进线采用防雷：电源进 线 由室外引进 ， 在 P L C中加装 一个二级防雷器， 以确保 电 源 供 电的安伞； 各无线 网桥顶 端采用避 雷针：由于要保 证无线 网 桥中间没有遮挡物 ， 所以5 7 5 O A P 、 5 7 5 0 S M 安装相对较高， 最 易遭受雷击 ，必须安装避雷针 ，同时地下用 专用石 墨做 接地极，确保接地 电阻在任何情况下1 Q； 各 以太 网口采用R J 4 5防雷： 为 防止雷击通过网线 损害到交换机等设备 ， 凡是R J 4 5接 口处均加装防雷器； 各仪表信 道采用 防雷：室外仪表 电源加装 防雷器、 信号通 道两端加装防雷器 ， 以防 l = 损 害仪表和 P L C模块； 各 摄像机 前端采用 三和 一 防雷器 防雷：尤其是室 外摄像机要加装三合一防雷器 ， 以防止损害摄像机和视频 编码器 。 ( 8) 该 程系统 的特点 技术先进：现代化 的工， 一 要求与 时俱进 ， 该系统无 论是从使用的现场总线 、 通 讯网络、 可编程控制器、 组态 软 件 ， 还 是从 自动化控制 技术来讲 ， 都 具有时代领先性 ， 高程度 的 自动化系统，确保野外现场泵房实现 2 4小时无 人值 守。 稳定 可靠：选用 的仪表、自动化产 品绝大部分来 自 国内外知名 品牌 ， 建立 的自动化 控制平 台， 经过严格 的测 试 ，可 以保证系统稳 定可靠地运行 。 简 单易行 的无线 网桥：对于整个 系统的最难 点就 是分散的泵房要建立通畅的户外网络， C a n o p Y无线网桥网 络就是最好的解决方案，该 网络无需野外敷设光缆、无需 租用 昂贵 的网络费用，简单易行的一次建设投入后，系统 维护量 几乎为零 ， 运 行 网络 费用几乎