油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)聯(lián)鎖報(bào)警研究與應(yīng)用

張偉

[摘 要] 針對(duì)油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)自動(dòng)控制中存在的安全隱患，研究變頻器、柱塞泵與PLC控制系統(tǒng)、燃料控制閥之間聯(lián)鎖報(bào)警保護(hù)功能，設(shè)計(jì)交流接觸器聯(lián)鎖保護(hù)功能，添加PLC程序聯(lián)鎖報(bào)警點(diǎn)，消除油田注汽鍋爐安全隱患，保障油田注汽鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞] PLC；交流接觸器；聯(lián)鎖報(bào)警

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 01. 044

[中圖分類號(hào)] TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）01- 0079- 02

0 引 言

油田注汽鍋爐是油田進(jìn)行稠油開采的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是將經(jīng)過軟化、除氧后的高壓水加熱，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽，注入油井，加熱稠油，降低稠油黏度，提高稠油采收率。

油田注汽鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行有比較完善的安全保障功能，但在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)自動(dòng)控制存在安全隱患。

1 油田注汽鍋爐介紹

1.1 油田注汽鍋爐工藝流程介紹

油田注汽鍋爐包括水汽系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)。

水汽系統(tǒng)：經(jīng)軟化、除氧的水進(jìn)入柱塞泵增壓，進(jìn)入換熱器外管預(yù)熱，進(jìn)入對(duì)流段吸收熱量，進(jìn)入換熱器內(nèi)管換熱，進(jìn)入輻射段加熱，進(jìn)入汽水分離器分離為水和蒸汽，蒸汽進(jìn)入過熱段加熱，在水汽摻混器水和蒸汽摻混降溫，進(jìn)入蒸汽出口管線。

燃燒系統(tǒng)：燃料經(jīng)燃燒系統(tǒng)進(jìn)入燃燒器，引燃后噴射至輻射段進(jìn)行燃燒。輻射段內(nèi)的高溫?zé)煔馀c管圈輻射換熱，進(jìn)入對(duì)流段與四排光管對(duì)流換熱后，進(jìn)入過熱段換熱，進(jìn)入對(duì)流段翅片管區(qū)換熱，最后經(jīng)煙囪排出。

1.2 油田注汽鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)介紹

油田注汽鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)包括觸摸屏操作系統(tǒng)、PLC控制程序。

觸摸屏操作系統(tǒng)：數(shù)據(jù)顯示（顯示鍋爐儀表數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息、巡檢信息），調(diào)節(jié)控制（鍋爐點(diǎn)?？刂?，水量調(diào)節(jié)，火量調(diào)節(jié)，液位調(diào)節(jié)），參數(shù)設(shè)置（設(shè)置鍋爐報(bào)警一、二級(jí)限值），權(quán)限管理（設(shè)置登錄權(quán)限，避免員工誤操作）。

PLC控制程序外部組成：數(shù)字量輸入（轉(zhuǎn)換開關(guān)，報(bào)警開關(guān)，啟停狀態(tài)），模擬量輸入（自動(dòng)化儀表測(cè)量信號(hào)，模擬量報(bào)警設(shè)定值），數(shù)字量輸出（電磁閥、電動(dòng)閥、指示燈啟停）。模擬量輸出（水量調(diào)節(jié)、火量調(diào)節(jié)、液位調(diào)節(jié)、風(fēng)量調(diào)節(jié)）。

PLC控制程序內(nèi)部組成：主控制程序，點(diǎn)火控制邏輯程序，報(bào)警控制程序，模擬量轉(zhuǎn)換程序，控制調(diào)節(jié)器程序，報(bào)警顯示程序，流量累加程序等。

2 油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)聯(lián)鎖報(bào)警研究

2.1 油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)介紹

油田注汽鍋爐自動(dòng)化儀表設(shè)備參數(shù)與PLC聯(lián)鎖報(bào)警限值比較，大于上限或小于下限，PLC根據(jù)參數(shù)來源給定相應(yīng)報(bào)警。

報(bào)警分為一級(jí)和二級(jí)，一級(jí)報(bào)警：提示報(bào)警信息，報(bào)警喇叭響，鍋爐停爐。二級(jí)報(bào)警：提示報(bào)警信息，30分鐘內(nèi)未解決二級(jí)報(bào)警，鍋爐停爐。

水汽系統(tǒng)一級(jí)報(bào)警：泵入口壓力下限0.1Mpa，柱塞泵溫度上限90℃，潤(rùn)滑油液位下限2/3，泵出口壓力上限19MPa，給水流量下限12t/h，輻射段出口溫度上限350℃，輻射段管溫上限380℃，輻射段出口壓力上限17MPa，過熱段出口壓力上限15.2MPa，過熱段出口溫度上限535℃，過熱段管溫上限535℃，蒸汽出口壓力上限14.5MPa，蒸汽出口壓力下限2MPa。

水汽系統(tǒng)二級(jí)報(bào)警：分離器液位上限700mm，分離器液位下限300mm，過熱段入口流量下限7t/h，蒸汽出口溫度上限385℃。

2.2 油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)聯(lián)鎖報(bào)警安全隱患

柱塞泵由變頻器直接控制，通過給定頻率調(diào)節(jié)柱塞泵運(yùn)行狀態(tài)，變頻器或柱塞泵發(fā)生故障，柱塞泵停止工作或低頻工作，油田注汽鍋爐水量減少，能直接監(jiān)測(cè)水量的報(bào)警參數(shù)只有一個(gè)給水流量下限，若由于儀表或PLC故障，給水流量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能真實(shí)的在PLC程序中計(jì)算運(yùn)行，造成鍋爐重要停爐數(shù)據(jù)成為死值，鍋爐繼續(xù)燃燒，將造成干鍋、爆管、火焰回?zé)仁鹿省?/p>

3 油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)聯(lián)鎖報(bào)警完善設(shè)計(jì)

為消除油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)自動(dòng)控制存在的安全隱患，本文設(shè)計(jì)以下措施：

（1）將柱塞泵交流接觸器輔助觸點(diǎn)通斷信號(hào)，與燃料控制閥閉合開關(guān)串聯(lián)，當(dāng)柱塞泵發(fā)生故障停止運(yùn)行，交流接觸器輔助觸點(diǎn)斷開，激活燃料控制閥閉合開關(guān)，燃料控制閥關(guān)閉，鍋爐熄火。

（2）將變頻器狀態(tài)信號(hào)接入PLC數(shù)字量輸入模塊，在PLC程序中設(shè)置變頻狀態(tài)報(bào)警聯(lián)鎖，當(dāng)變頻器發(fā)生故障停止運(yùn)行，鍋爐安全聯(lián)鎖斷開，熄火報(bào)警。

（3）將變頻器頻率信號(hào)接入PLC模擬量輸入模塊，在PLC程序中設(shè)置變頻頻率下限（30Hz）報(bào)警聯(lián)鎖，當(dāng)變頻器發(fā)生故障，頻率下降至30Hz以下，鍋爐安全聯(lián)鎖斷開，熄火報(bào)警。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)安全隱患設(shè)計(jì)的完善措施，在實(shí)際鍋爐運(yùn)行過程中，未出現(xiàn)系統(tǒng)故障，解決油田注汽鍋爐水汽系統(tǒng)安全隱患，避免鍋爐爆管、干鍋、火焰回?zé)仁鹿?，保護(hù)鍋爐爐管、爐膛、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、鍋爐控制柜等設(shè)備，保障員工生命安全。