自動(dòng)控制技術(shù)在熱力注汽鍋爐中的應(yīng)用

劉偉東

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)水平的提升，經(jīng)濟(jì)步伐的推進(jìn)，我國(guó)的油田事業(yè)也在這個(gè)過(guò)程中得到了較大程度的發(fā)展。目前，油田在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中更多的應(yīng)用注汽鍋爐，其也由于所具有的高壓、高溫、安全性以及高效率特征成為了稠油開(kāi)采中非常重要的一項(xiàng)注汽設(shè)備。在本文中，將就自動(dòng)控制技術(shù)在熱力注汽鍋爐中的應(yīng)用進(jìn)行一定的研究與分析。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制技術(shù) 熱力注汽鍋爐 應(yīng)用

1 概述

熱力采油是我國(guó)目前稠油開(kāi)采過(guò)程中較為經(jīng)濟(jì)與成熟的一種方式，其通過(guò)油田注氣鍋爐以及注氣站所產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽將其注入到油層之中，以此在使稠油粘度得到降低的同時(shí)使我們的稠油采收率得到提升。而隨著近年來(lái)我國(guó)稠油開(kāi)展規(guī)模以及數(shù)量的增加，也使得我國(guó)原油的供熱站數(shù)量已經(jīng)不能夠滿足稠油開(kāi)發(fā)的熱采要求。而對(duì)于所建設(shè)的注氣站來(lái)說(shuō)，其會(huì)由于其中所具有的鍋爐都是以人工的方式進(jìn)行監(jiān)控的，如果鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了一定的問(wèn)題故障，很難被現(xiàn)場(chǎng)操作人員在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，僅僅在問(wèn)題出現(xiàn)之后、報(bào)警停爐發(fā)生時(shí)才能夠?qū)@部分問(wèn)題進(jìn)行處理，大大影響了鍋爐注汽質(zhì)量以及運(yùn)行時(shí)間。同時(shí)，由于部分汽站中工作人員技術(shù)、數(shù)量的缺乏，也會(huì)使注氣站在工作中往往存在較大的人員操作隱患。近年來(lái)，我國(guó)的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都得到了較大程度的發(fā)展，在這種環(huán)境下，使用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)注汽鍋爐進(jìn)行操作與監(jiān)控已經(jīng)成為了我們稠油充汽過(guò)程中的一項(xiàng)重要目標(biāo)。對(duì)此，就需要我們?cè)趯?duì)該種自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行充分把握的基礎(chǔ)上掌握其應(yīng)用要點(diǎn)。

2 以往自控系統(tǒng)存在問(wèn)題

2.1 在以往自動(dòng)系統(tǒng)中，油田注汽鍋爐更多的是以較為常規(guī)的PLC模式進(jìn)行控制，且能夠?qū)Χ鄠€(gè)點(diǎn)實(shí)施監(jiān)控工作。但是，對(duì)于這種方式而言，其所具有的參數(shù)往往以較為分散的方式分布于監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，在工藝流程以及設(shè)備參數(shù)方面僅能夠依靠人工的方式進(jìn)行調(diào)查與分析，所具有的準(zhǔn)確性也較低。

2.2 對(duì)于鍋爐設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)控與注汽數(shù)據(jù)的采集來(lái)說(shuō)，也僅僅依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員的巡查完成。且部分儀表設(shè)備如輻射段壓力表、溫度表等都被安裝在鍋爐上方，不僅所具有的高度非常難以進(jìn)行檢查，且安裝位置處的溫度也較高，不利于設(shè)備的長(zhǎng)久運(yùn)行。

2.3 原有系統(tǒng)對(duì)于各項(xiàng)參數(shù)所具有的測(cè)量精度較低，且在顯示方面也存在著較大的誤差。另外測(cè)量結(jié)果在很大程度上會(huì)受到振動(dòng)情況以及環(huán)境溫度的影響。

2.4 不能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)警，很容易出現(xiàn)停爐現(xiàn)象，并對(duì)注汽質(zhì)量以及工作穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。

3 新式自動(dòng)控制系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，使得PLC在我國(guó)現(xiàn)今的工業(yè)控制中得到了較為廣泛的應(yīng)用。對(duì)于可編程控制器來(lái)說(shuō)，其是以PLC為主要核心的一種工業(yè)控制裝置，不但制作成本較低，且具有著較好的操作性以及應(yīng)用穩(wěn)定性，目前已經(jīng)成為了我國(guó)石油化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作的主要系統(tǒng)。

以遼河油田中所使用的單管鍋爐來(lái)說(shuō)，其工作方式為直流類型，能夠?qū)④浰诮?jīng)過(guò)加壓之后吸收余熱，并在自身溫度得到提升之后進(jìn)入到加熱管之中，且在進(jìn)入到加熱管后對(duì)燃燒時(shí)所具有的煙氣以及高溫火焰溫度進(jìn)行吸收，并在溫度的不斷上升中汽化成高溫蒸汽，進(jìn)而經(jīng)過(guò)專門蒸汽管道的運(yùn)輸將其傳輸?shù)讲煌挠途?。在此過(guò)程中，系統(tǒng)中所具有的天然氣燃料也會(huì)通過(guò)管道的傳輸進(jìn)入到噴燃?xì)庵校⑼瑖娙細(xì)庵兴哂械念A(yù)熱空氣以非常充分、全面的方式進(jìn)行混合最終進(jìn)入到燃燒室中。而在其燃燒的過(guò)程中，所產(chǎn)生的大量煙氣以及高溫火焰則會(huì)在系統(tǒng)燃燒室中對(duì)水管中所具有的軟水進(jìn)行加熱，之后再通過(guò)高溫?zé)煔獾淖饔脤?duì)預(yù)熱器中的空氣與水進(jìn)行加熱。

通過(guò)對(duì)企業(yè)注汽鍋爐儀表系統(tǒng)所具有的控制技術(shù)以及應(yīng)用工藝的研究，我們也對(duì)原有空壓機(jī)的運(yùn)行方式實(shí)施了一定的技術(shù)改造，以此使空壓機(jī)能夠通過(guò)壓力罐壓力的大小根據(jù)自身的需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行啟、停等自動(dòng)控制，并以此對(duì)以往系統(tǒng)中空壓機(jī)磨損以及電能的損耗問(wèn)題進(jìn)行了良好的解決。而在實(shí)際控制過(guò)程中，則以下述方式運(yùn)行：首先，空壓機(jī)以PLC作為系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，并在系統(tǒng)原有的供風(fēng)裝置中加設(shè)了儲(chǔ)氣罐以及壓力檢測(cè)模塊。之后，我們則可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的方式對(duì)系統(tǒng)管網(wǎng)所具有的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，并根據(jù)其所具有的壓力值實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)以及停機(jī)的功能：當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力高于某值時(shí)，空壓機(jī)在對(duì)壓力檢測(cè)后則會(huì)實(shí)現(xiàn)停機(jī)動(dòng)作；而當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力低于某值時(shí)，空壓機(jī)在對(duì)壓力檢測(cè)后則會(huì)實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)動(dòng)作，并以此使自動(dòng)控制空壓機(jī)技術(shù)成為了可能，且在這個(gè)過(guò)程中還獲得了良好的節(jié)能效果。可以說(shuō)，通過(guò)這種PLC自動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠使我們以更為簡(jiǎn)便、高效的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，還能夠在減少設(shè)備檢修次數(shù)、節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)的同時(shí)大大的延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)在熱力注汽鍋爐中的應(yīng)用

對(duì)于鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)來(lái)說(shuō)，就是要保障燃料燃燒熱量能夠一直滿足蒸汽負(fù)荷需求，并在此基礎(chǔ)上能夠使鍋爐能夠以更為經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的方式運(yùn)行。具體實(shí)施方面，我們可以從以下幾個(gè)方面重點(diǎn)入手：

4.1 穩(wěn)定蒸汽母管壓力 在鍋爐燃燒過(guò)程中，保持蒸汽母管一致處于恒定的壓力是我們實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一項(xiàng)重要任務(wù)，如果蒸汽壓力在燃燒過(guò)程中出現(xiàn)了一定的變化，就代表著負(fù)荷設(shè)備所具有的蒸汽消耗量同鍋爐的蒸汽產(chǎn)生量存在一定的差異。面對(duì)此種情況，就需要我們能夠?qū)θ紵墓?yīng)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，并以此使鍋爐的燃燒發(fā)熱量也會(huì)得到優(yōu)化，進(jìn)而使系統(tǒng)蒸汽量得到改變的基礎(chǔ)上使蒸汽母管所具有的壓力保持在額定值。而這一系列操作的過(guò)程，則稱之為系統(tǒng)的熱負(fù)荷以及氣壓控制?？梢哉f(shuō)，氣壓是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)重要保障，也是保障負(fù)荷設(shè)備穩(wěn)定工作的必要條件。

4.2 維持鍋爐燃燒狀態(tài) 鍋爐燃燒所具有的經(jīng)濟(jì)性以及穩(wěn)定性也是鍋爐燃燒自動(dòng)控制中非常重要的一項(xiàng)任務(wù)。對(duì)于其所具有的經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)，我們很難以直接的方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。對(duì)此，我們則會(huì)根據(jù)燃料量、送風(fēng)量所具有的比值以及鍋爐煙氣含氧量對(duì)該參數(shù)進(jìn)行良好的表達(dá)。可以說(shuō)，如果我們對(duì)空氣量同燃料量所具有的比值進(jìn)行良好的保持，就能夠幫助我們?cè)阱仩t應(yīng)用中獲得最優(yōu)的燃燒效率以及熱量保持。而如果沒(méi)有對(duì)該比值數(shù)值進(jìn)行良好的確定與保持，則會(huì)造成燃料不完全燃燒問(wèn)題的出現(xiàn)。

4.3 維持爐膛負(fù)壓 如果爐膛負(fù)壓參數(shù)出現(xiàn)了一定的變化，則表明鍋爐在送風(fēng)量期間存在著一定的數(shù)值差異。在一般情況下，我們需要將鍋爐爐膛負(fù)壓保持在500Pa左右，在該負(fù)壓區(qū)域內(nèi)，鍋爐的工作條件、燃燒情況以及運(yùn)行穩(wěn)定性都具有著最佳的狀態(tài)。而如果爐膛所具有的負(fù)壓值過(guò)小，不但會(huì)對(duì)鍋爐燃燒環(huán)境所具有的衛(wèi)生情況產(chǎn)生影響，也會(huì)因?yàn)闋t膛噴火情況的出現(xiàn)而對(duì)工作人員以及周圍設(shè)備的安全性造成隱患；而當(dāng)爐膛負(fù)壓過(guò)小時(shí)，爐膛的漏風(fēng)量則會(huì)因此增大，并以此使引風(fēng)機(jī)煙氣以及電耗所產(chǎn)生的熱量損失會(huì)得到增加。對(duì)此，就需要我們?cè)阱仩t運(yùn)行過(guò)程中能夠通過(guò)送風(fēng)量、引風(fēng)量以及燃燒量三者參數(shù)的控制與搭配對(duì)爐膛壓力進(jìn)行良好的保持。

在鍋爐燃燒自動(dòng)控制工作中，為了使整個(gè)系統(tǒng)能夠具有良好的運(yùn)行狀態(tài)，我們首先就要保證送風(fēng)量、引風(fēng)量以及燃燒量這三項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)能夠保持不變，并在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的擾動(dòng)情況進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)償。而在內(nèi)部擾動(dòng)方面，則主要包括由電網(wǎng)頻率引起的三項(xiàng)參數(shù)變化以及燃料質(zhì)量變化等等。如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在負(fù)荷外擾作用，則需要我們能夠?qū)θ?xiàng)參數(shù)之間所具有的比例進(jìn)行及時(shí)的變更，并以此保證鍋爐在滿足負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上使?fàn)t膛溫度、燃燒經(jīng)濟(jì)性以及蒸汽母管壓力參數(shù)都能夠保持在正常的范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

可以說(shuō)，在稠油開(kāi)采過(guò)程中，熱力注汽鍋爐是非常重要的一項(xiàng)設(shè)備。在上文中，我們對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)在熱力注汽鍋爐中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究與分析，而在實(shí)際操作過(guò)程中，也需要我們能夠通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)的良好建立與應(yīng)用來(lái)更好的提升工作開(kāi)展質(zhì)量。

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