長輸原油管道加熱爐自動(dòng)控制技術(shù)論述

劉治寶

摘 要：作為一種原油儲運(yùn)的主要方式，長距離原油輸送十分重要。管道加熱爐的自動(dòng)控制技術(shù)一直是輸油工藝的重點(diǎn)，也是長距離原油管道輸送系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，為原油的輸送提供了保障。管道加熱爐主要是將原油的溫度提高，以此來達(dá)到降低原油粘度的效果。本文就長輸原油管道加熱爐的工程背景、運(yùn)行條件、發(fā)展歷程以及加熱爐系統(tǒng)做了闡述，最終得出結(jié)論。

關(guān)鍵詞：長輸；原油管道；加熱爐；自動(dòng)控制技術(shù)

始于最早提出的使用離心調(diào)速機(jī)的蒸汽機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定分析，自1868年至今，自動(dòng)控制理論有了很大的發(fā)展?，F(xiàn)代的加熱爐自動(dòng)控制技術(shù)在前人的總結(jié)上，不斷發(fā)展，發(fā)展中又補(bǔ)充了很多，使得自動(dòng)控制技術(shù)更加成熟。當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)到了較為智能化的地步，在各種技術(shù)的發(fā)展下，整個(gè)系統(tǒng)的性能都有了較大提升。

一、長輸原油管道加熱爐研究的工程背景

進(jìn)行長距離的管道輸送原油是我國乃至世界輸送原油的主要方式。在輸送原油的過程中，由于原油本身的特點(diǎn)給輸送帶來了一定的困難。比如說，原油本身蠟的含量高，并且凝固點(diǎn)也比較高，基于原油的這一特點(diǎn)來說，我們可以通過給原油加熱來降低原油的凝固點(diǎn)。輸送過程中，為了保證原油較為順暢地運(yùn)送到目的地，需要不斷地給原油加熱，這就需要加熱爐來完成。加熱爐廣泛的分布于各條長輸原油管道上，是長輸原油運(yùn)輸管道不可缺少的設(shè)備。

二、加熱爐的一般特征

（一）高耦合的特性

加熱爐本身的構(gòu)造比較復(fù)雜，它輸入和輸出都比較多，這就要求了各個(gè)工藝和系統(tǒng)參數(shù)耦合性較高，要使得原油出力達(dá)到最大化，就必須合理的搭配溫度、流量、壓力。此外，煙道擋煙板的位置也應(yīng)該適當(dāng)，否則會降低加熱爐的加熱效率。

（二）純滯后的特性

原油加熱需要由熱傳遞來完成，傳遞的過程就不免有一定的滯后性，原油出爐時(shí)的數(shù)據(jù)也會滯后于其他方面的參數(shù)。這是因?yàn)椋訜釥t本身的工藝和構(gòu)造情況以及各參數(shù)在采集時(shí)的位置有所差異，這就致使煙道含氧量的采集數(shù)據(jù)具有一定的滯后性，與燃油的流量和助燃空氣的流量出現(xiàn)一定的差距。

（三）不確定的特性

輸油管道中的原油成分不盡相同，處于變化的狀態(tài)當(dāng)中。或者說管道中的燃料的熱值變化不定，這就使得最佳的風(fēng)油比變化不定。除此之外，由于加熱爐本身的構(gòu)造，在運(yùn)行過程中，預(yù)熱器有結(jié)垢的現(xiàn)象，這就改變了加熱爐的溫度場，也給優(yōu)化燃料油的控制帶來了困難。

（四）慣性大的特性

一般來說，熱量的完全散失需要有一定時(shí)間，因此，在熄滅加熱爐后，再加熱爐中依舊有大量的剩余熱量。這一特性造成了原油的汽化，給實(shí)際的工作帶來了一定的困難。

三、加熱爐運(yùn)行的條件和要求

（一）有較高的安全性

我國對輸油工藝方面有相關(guān)的規(guī)定，其中之一就是不允許管道內(nèi)的原油汽化，。輸油管道中原油的汽化會帶來嚴(yán)重的后果，尤其是在長距離輸送的過程中，比如，火焰偏燒和輸油管道泄漏等事故都是來源于管道內(nèi)的原油汽化。在上文中也有提到，加熱爐的滯后性給工藝中的這個(gè)環(huán)節(jié)帶來了很大困難。

（二）要有一定的平穩(wěn)性

根據(jù)輸油工藝規(guī)程，原油管道在輸送過程中是不允許產(chǎn)生凝管現(xiàn)象的。這就意味著，即使是在部分設(shè)備出現(xiàn)問題的情況下，加熱爐依然能夠正常平穩(wěn)的運(yùn)行。這就給目前國內(nèi)的長輸原油管道的加熱爐控制系統(tǒng)提出了較高的要求。

（三）應(yīng)該有高效性

高效性是人們永遠(yuǎn)的追求，更是輸油管道加熱爐要到達(dá)的一個(gè)目標(biāo)，高效性也是降低能耗，節(jié)約資源的重要體現(xiàn)。目前的煙道含氧量數(shù)據(jù)采集的滯后性是達(dá)到高效性的重要制約問題。

四、長輸管道加熱爐的技術(shù)發(fā)展

（一）將控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

加熱爐的控制系統(tǒng)應(yīng)該符合長輸管道的密閉輸送流程的要求，原油的氣化很大一部分是由于控制方式的不當(dāng)，因此，管道發(fā)生泄漏時(shí)應(yīng)當(dāng)特別注意。加熱爐是一個(gè)慣性較大的同時(shí)又滯后性較強(qiáng)的系統(tǒng)，在管線原油出現(xiàn)泄漏的情況下輸油泵會智能化的停泵，這樣一來，管道原油會出現(xiàn)暫時(shí)性的停止流動(dòng)。但是如果此時(shí)的加熱爐在高負(fù)荷高速度的運(yùn)行下，那么即使是停止加熱爐的運(yùn)行也會會導(dǎo)致原油的汽化，這是因?yàn)闋t膛內(nèi)溫度過高，無法一時(shí)釋放。我們所說的控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化就是在長輸管道中的任意一點(diǎn)中有問題，或是有潛在問題的話，就會出現(xiàn)全線聯(lián)動(dòng)。隨著輸油管道檢漏技術(shù)的不斷提高下，現(xiàn)今已經(jīng)有將管道加熱爐納入整個(gè)管道系統(tǒng)的做法了。這樣一來，即使在長輸送過程中有原油的泄漏情況也可以及時(shí)的對此加以控制，將原油泄漏帶來的危害降到最低。

（二）加強(qiáng)管道加熱爐的故障診斷能力

加熱爐有著十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此，它的輔助系統(tǒng)也就較多。加熱爐各個(gè)輔助系統(tǒng)之間密切的關(guān)聯(lián)性給系統(tǒng)的故障診斷帶來了極大的困難。因此，加強(qiáng)管道加熱爐診斷程序的診斷能力很有必要，對于保障加熱爐長期穩(wěn)定的工作也有著十分重要的作用。

（三）融合多領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)

目前的管道加熱爐爐膛的火焰監(jiān)視一般都是采用的火焰監(jiān)視器?；鹧姹O(jiān)視器輸入的是開關(guān)量，這就意味著，它只能反映出爐膛中是否有火，而不能真實(shí)地反映出爐膛內(nèi)此時(shí)此刻火焰的溫度和火焰的形狀。隨著現(xiàn)在技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)視設(shè)備和監(jiān)視方法也有了較大的進(jìn)步。比如，有的窯爐和鍋爐就有應(yīng)用圖像處理的方法來檢測和判斷爐膛內(nèi)火焰的溫度和形狀。因此，在管道的加熱爐技術(shù)上也可以利用這個(gè)方法，利用圖像來分析和檢測爐膛火焰的實(shí)際情況。目前，煙道含氧量的測量是優(yōu)化加熱爐燃燒的關(guān)鍵。但是，由于目前我國科技的發(fā)展有一定的不足，在儀器和設(shè)備上還不能更好的解決這個(gè)問題。

（四）加強(qiáng)容錯(cuò)控制能力

一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有冗余能力，對于長輸原油管道來說就是系統(tǒng)的容錯(cuò)控制能力。它使得在某些部件出現(xiàn)故障的情況下（只要是在可接受的條件內(nèi)），系統(tǒng)依舊可以按照原定的步驟程序來完成控制任務(wù)。一般來說，目前常用的容錯(cuò)控制方式是通過控制設(shè)備以及控制一些設(shè)備。

五、總結(jié)

由于每個(gè)控制理論都有它本身的適用性和局限性，不能一種控制理論來解決實(shí)際工作中出現(xiàn)的任何問題，這些因素使得自動(dòng)控制技術(shù)的多樣化。長輸原油管道加熱爐的自動(dòng)控制技術(shù)對于原油的輸送有著重要的意義，應(yīng)當(dāng)引起重視。

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