油田负压式加热炉的温度精确控制装置及方法
【专利摘要】油田负压式加热炉的温度精确控制装置。能解决传统的控制方式易造成集输过程中液体温度波动大，且缺少同步启停、排烟温度监测、漏液漏气保护功能，存在一定的安全隐患，且严重影响油田生产量的问题。包括控制器，所述控制器分别与温度控制单元、配比控制单元、点火系统及火焰安全单元连接，所述温度控制单元包括温度传感器、压力传感器及流量传感器；所述配比控制单元包括燃烧器及至少一个安装在风门上的电动执行器；所述点火系统包括电子点火器、程控器及安装在燃气管道中的电磁阀；所述火焰安全单元包括紫外线火焰探测器、射频导纳传感器及可燃气体传感器；所述控制器上分别连接有报警器及控制输入键盘。操作简单、使用方便且实用性强。
【专利说明】油田负压式加热炉的温度精确控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油田加热炉控制领域，涉及一种加热炉温度控制装置，具体是油田负压式加热炉的温度精确控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着油田的不断开采，吨油耗气量也是大量的上涨，由此造成的燃料不无安全燃烧、散热损失等能源浪费、环境污染以及带来的安全隐患已成为油田不容忽视的问题，因此必须加大节能降耗的力度，而加热炉及其技术的英语有效的解决了这一问题；但是目前，油田上应用的负压式加热炉控制方式主要是自动滑动两级或人工远程手动控制燃烧器的燃气和配风量，实现被控对象(温度)的控制，然而传统的控制方式易造成集输过程中液体温度波动大，影响原油脱水、掺水等后续处理工艺的效果，而且现有的负压炉控制缺少同步启停、排烟温度监测、漏液漏气保护功能，存在一定的安全隐患，且严重影响油田的生产量。
【发明内容】
[0003]为解决传统的控制方式易造成集输过程中液体温度波动大，且缺少同步启停、排烟温度监测、漏液漏气保护功能，存在一定的安全隐患，且严重影响油田生产量的问题，本发明提出了一种安全可靠且高效运行，保证原油、天然气、油水混合物、油气水混合物加热至工艺所需的温度，满足生产集输工艺及加工工艺要求的加热炉温度控制装置，其具体技术方案如下:
油田负压式加热炉的温度精确控制装置，包括控制器，所述控制器分别与温度控制单元、配比控制单元、点火系统及火焰安全单元连接，所述温度控制单元包括温度传感器、压力传感器及流量传感器；所述配比控制单元包括燃烧器及至少一个安装在风门上的电动执行器；所述点火系统包括电子点火器、程控器及安装在燃气管道中的电磁阀；所述火焰安全单元包括紫外线火焰探测器、射频导纳传感器及可燃气体传感器；所述控制器上分别连接有报警器及控制输入键盘。
[0004]所述电子阀为两个，分别安装在油田负压式双火筒加热炉管道中，且所述两个电子阀通过互锁电路与控制器连接，所述紫外线火焰探测器为两个分别探测油田负压式双火筒加热炉中的两个单火筒。
[0005]油田负压式加热炉的温度精确控制方法，包括如下步骤:
步骤一:设定温度设定值T0，并将温度设定值TO与温度传感器采集的温度测定反馈值T进行比较，生成温差作为偏差信号Λ T=TO-T ；
步骤二:控制器根据偏差信号Λ T及被控温度T的变化率以及变化方向，对配比控制单元进行动态调整控制。
[0006]步骤三:控制器计算对配比控制单元进行动态调整起，至温度测定反馈值Tl产生相应变化时所耗时间，得到滞后时间，从而修改控制输出占空比，通过控制配比控制单元降低加热速度。
[0007]步骤四:设定Τ0=Τ，通过控制器对配比控制单元的动态调整控制，使得滞后时间后的Tl与滞后时间前的TO不断接近直至TO- Tl ( ±1.5°C。
[0008]本发明的有益效果:
针对油田加热炉特性，攻克了被控温度干扰参数多、控制滞后的难题，控制精度达到设定值±3%以内，实现了加热炉温度平稳控制。在负压式加热炉上首次采用强配风燃烧方式，火型得到延长，避免加热炉因炉筒局部过热受损，延长了加热炉使用寿命；减少了环境因素影响，提高了燃烧效率，经“中国石油天然气集团公司油田节能监测中心”测试，改造后加热炉燃烧效率提高了 2.5%?3%。;漏液、漏气等连锁保护功能的实现，保证了加热炉安全平稳运行，真正实现了无人值守的全自动控制方式，通过智能滚动优化变结构控制技术，采用多点同步检测和连锁保护功能，实现油田负压式加热炉被控温度精确控制，使其更加安全可靠、高效运行，从而保证原油、天然气、油水混合物、油气水混合物加热至工艺所需的温度，满足生产集输工艺及加工工艺要求。此项技术可实现远程安全可靠闭环控制，为油田实现站场集中监控打下基础，具有重要的学术意义和工程应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明的电路连接原理图；
图2为被控温度变化曲线示意图；
图3为同步控制原理图。
【具体实施方式】
[0010]为了便于理解，下面结合图1对本发明作出进一步的说明:
实施例1:油田负压式加热炉的温度精确控制装置，包括控制器，用于采集相关数据及控制个元件运作；所述控制器分别与温度控制单元、配比控制单元、点火系统及火焰安全单元连接，所述温度控制单元包括温度传感器、压力传感器及流量传感器，其中温度传感器用于检测温度数据，压力传感器用于采集气压等压力数据，流量传感器用于检测管道的流量数据，并将数据分别提供给控制器；所述配比控制单元包括燃烧器及至少一个安装在风门上的电动执行器，燃烧器用于使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧，电动执行器用于控制风门开度，以便于调节喷出量；所述点火系统包括电子点火器、程控器及安装在燃气管道中的电磁阀，其中电子点火器用于点燃可燃气体，程控器用于实现对设备的控制，电子阀用于切断燃气输出；所述火焰安全单元包括紫外线火焰探测器、射频导纳传感器及可燃气体传感器，其中紫外线火焰探测器用于通过火焰的紫外线辐射来反馈火焰情况，射频导纳传感器用于检测粘附性的液体、固体颗粒、粉尘或其他混合浆料等物位，在这里可以用于油水界面的测量；所述控制器上分别连接有报警器及控制输入键盘，其中报警器用于报警，控制输入键盘用于启停控制设备。
[0011]实施例2:进一步的，结合图3说明本实施例，当该装置使用在油田负压式双火筒加热炉中时，可以采用同步双控方式对设备进行保护，即所述电子阀为两个，分别安装在油田负压式双火筒加热炉管道中，且所述两个电子阀通过互锁电路与控制器连接，所述紫外线火焰探测器为两个分别探测油田负压式双火筒加热炉中的两个单火筒；一旦单火筒点火失败或燃烧过程熄火漏气，有爆燃的安全隐患，可通过互锁实现电磁阀同步及点火过程同步，运行过程中系统利用紫外线火焰探测器实时检测火焰情况，如单一火筒火焰熄灭，立即关闭双路电磁阀切断燃气，有效保障了加热炉安全运行。
[0012]对于漏液、漏气的保护，在炉筒内加装储液箱，利用射频导纳传感器实时监测运行加热炉火筒微漏液情况，并在烧火间加装紫外线火焰探测器实时监测管线接头或设备漏气情况，出现漏液漏气达到报警值时，系统发出报警信号提示值班人员及时检查处理，达到上限值时，系统自动通过逻辑连锁10ms以内关闭现场气源和电源，有效避免油田加热炉因漏液漏气引起的高安全事故率的发生。
[0013]另外，本发明还给出了一种油田负压式加热炉的温度精确控制方法，包括如下步骤:
步骤一:设定温度设定值T0，并将温度设定值TO与温度传感器采集的温度测定反馈值T进行比较，生成温差作为偏差信号Λ T=TO-T ；
步骤二:控制器根据偏差信号Λ T及被控温度T的变化率以及变化方向，对配比控制单元进行动态调整控制。
[0014]步骤三:控制器计算对配比控制单元进行动态调整起，至温度测定反馈值Tl产生相应变化时所耗时间，得到滞后时间，从而修改控制输出占空比，通过控制配比控制单元降低加热速度。
[0015]步骤四:设定Τ0=Τ，通过控制器对配比控制单元的动态调整控制，使得滞后时间后的Tl与滞后时间前的TO不断接近直至TO- Tl ( ±1.5°C。
[0016]有益效果:结合图2进行说明:建立控制模型，常规算法的数学模型和简单PID控制不适应负压炉多变的工况和非线性控制对象。针对负压炉控制的特性，根据进出液以及被控温度的变化规律，被控制参数实时在线整定，提前智能滚动优化控制，得出并记录最佳线路和最优的参数组合，采用独特分段变结构控制，剔除了系统出现的各种干扰和工况变化的因素，确保被加热介质温度最快跟踪给定值，使加热炉始终处于最佳控制状态，实现加热炉温度的平稳控制；通过温度设定值与炉加热段温度测定反馈值进行比较，生成温差作为偏差信号Λ T=TO-T,确立控制段，当Λ T偏差大时，控制参数C3按比例输出尽快靠近设定点；当八T逐渐减小进入C2段后，根据被控温度变化率以及变化方向动态调整控制参数，并通过来液温度变化值、加热介质成分及加热炉蓄热能力等干扰因素测算出滞后时间，推算出动态调整控制参数；随着控制输出的变化，为减少热惯性对温度控制速度及温度的影响，系统自动修改控制输出的占空比，加热功率逐渐减少，减缓加热速度，便于下一段温度的精确控制；对于恒温阶段Cl，即TO=T或TO-T < ±1.5°C时，误差相对平稳，控制参数输出恒定，加热炉功率输出与热损耗达到平衡，维持炉温恒定。当TO-T > ±1.5°C时，根据记忆热惯性变化情况，提前折算反向控制参数，直至控制输出最小，被控温度通过热惯性继续上升或下降，等到温度上升趋缓时，控制参数逐步加大，保证被控温度在设定值±3°C以内变化；油田负压式加热炉炉膛背压随着环境温度的变化而改变，常规控制方式未考虑该因素影响燃烧效率情况；本控制方法可以改进为在四季环境温度改变时，采用烟气分析仪在线接入系统，根据炉效测量数据自动调整燃气和配风比，进行燃烧优化，通过热效率反馈寻求调整最佳过剩空气系数，经过参数分析和寻优得出最佳配比值，记忆最佳控制状态，直至下次调整；由于含油污水中有钙、镁离子以及含聚污水中的聚酯，在加热炉火筒壁上很容易结垢和沉积，导致换热变差影响炉效。本系统打破常规加装排烟温度的在线检测，实时分析负压加热炉的热损失程度，当温度达到规定上限值后，控制系统根据监测数据进行比对，自动判断炉筒结垢情况，并画出分析曲线，温度达到保护值时，强制控制燃烧输出功率，并报警提示管理人员进行加热炉检修，有效避免加热炉被控温度由于热交换变差而加大输出功率，弓丨起大量有效热量散失，同时避免加热炉火管由于结垢引起局部过热造成炉筒变形或穿孔的事故。
[0017]有效的解决了传统的控制方式易造成集输过程中液体温度波动大，且缺少同步启停、排烟温度监测、漏液漏气保护功能，存在一定的安全隐患，且严重影响油田生产量的问题。
【权利要求】
1.油田负压式加热炉的温度精确控制装置，包括控制器，其特征在于:所述控制器分别与温度控制单元、配比控制单元、点火系统及火焰安全单元连接，所述温度控制单元包括温度传感器、压力传感器及流量传感器；所述配比控制单元包括燃烧器及至少一个安装在风门上的电动执行器；所述点火系统包括电子点火器、程控器及安装在燃气管道中的电磁阀；所述火焰安全单元包括紫外线火焰探测器、射频导纳传感器及可燃气体传感器；所述控制器上分别连接有报警器及控制输入键盘。
2.如权利要求1所述的油田负压式加热炉的温度精确控制装置，其特征在于:所述电子阀为两个，分别安装在油田负压式双火筒加热炉管道中，且所述两个电子阀通过互锁电路与控制器连接，所述紫外线火焰探测器为两个分别探测油田负压式双火筒加热炉中的两个单火筒。
3.油田负压式加热炉的温度精确控制方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:设定温度设定值T0，并将温度设定值TO与温度传感器采集的温度测定反馈值T进行比较，生成温差作为偏差信号Λ T=TO-T ； 步骤二:控制器根据偏差信号Λ T及被控温度T的变化率以及变化方向，对配比控制单元进行动态调整控制； 步骤三:控制器计算对配比控制单元进行动态调整起，至温度测定反馈值Tl产生相应变化时所耗时间，得到滞后时间，从而修改控制输出占空比，通过控制配比控制单元降低加热速度； 步骤四:设定το=τ，通过控制器对配比控制单元的动态调整控制，使得滞后时间后的Tl与滞后时间前的TO不断接近直至TO- Tl < ± 1.5°C。
【文档编号】F24H9/20GK104390354SQ201410551144
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】徐浩, 马光辉, 吉福太, 李文龙 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 大庆油田有限责任公司