加热炉直接式原油加热炉控制系统应用交流Word格式文档下载.docx

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另一重大的变化是PLC通信功能的扩展，这使得PLC摆脱“孤岛”运行，进行联网，与计算机通信、交换数据，增加现场总线、通信、特殊模块。

现在的PLC不再是原来的简单PLC了，它几乎可以完成所有的自动化控制任务，甚至包括过程控制，这使得PLC获得强大的生命力和更宽的应用领域。

因此，我们直接式原油加热炉的控制系统的目标：

是使生产一线人员摆脱繁重的人工劳动实现高效率的工作，它把传统的控制室变成了计算机和一个个图形屏幕，计算机代替了控制室的许多功能，包括显示、监控、报警、控制等。

它提供了丰富的数字、文字、图形等格式将现场数据实时显示给操作员，同时操作员可直接从计算机改变设定值或其他关键值，从而实现原油、风的最佳燃烧工况，因此它在油田集输、长输管道领域得到了越来越广泛的应用。

三、GW系列加热炉工艺系统及流程

1800KW~8000KW等系列加热炉的本体为轻型快装式结构，主要由辐射室、对流室、烟囱、附件等组成。

辐射室为八面体卧式结构，其中的辐射炉管沿辐射室周边对称水平布置，炉管之间由弯头连接，弯头置于前、后墙弯头箱内，焊缝不受火焰加热，处于低温区。

对流室为长方体结构，置于辐射室之上。

对流室内的对流炉管由钉头管和光管组成，钉头管的换热面积大，减小了对流室的高度和体积。

对流炉管采用六管程平行重叠布置，每个流程炉管之间由弯头连接，弯头置于弯头箱内，焊缝处于低温区。

烟囱位于对流室之上，这样的结构减少了加热炉的占地面积，主要附件有烟囱挡板操纵机构、对流室侧门吊车、各种操作平台、炉前防雨棚等。

辐射炉管和对流炉管采用20A优质石油裂化用无缝钢管（GB9948—88），每根炉管均采用整根钢管，中间没有拼接焊缝，确保炉管的安全可靠和长寿命。

1800KW~8000KW等系列新型直接式原油加热炉的燃烧器均采用进口一体化燃烧器，也可根据用户选配其他燃烧器。

整个运行流程自动化，燃烧稳定、充分、完全。

完善的吹灰系统由计算机来控制实现，减少对流炉管积灰，使其保持良好的传热效果。

四、直接式原油加热炉的工作过程

直接式原油加热炉的被加热介质和高温烟气呈逆向流动，增强了整体的换热效果。

燃料燃烧将其化学能转换为热能，高温烟气通过低温炉管表面，热量传递给被加热介质。

原油加热炉的工作过程总体概括为四个过程：

燃料油供给流程，燃烧过程，被加热介质（原油）流向和烟气流向。

1、燃料油供给流向。

存储在燃料油罐中的燃料油（一般为原油）带有一定的压力和温度，流向燃烧器，其间还通过燃料计量，以计算设备的耗油量。

2、燃烧过程。

具有一定温度和压力的燃料油通过燃烧器喷入炉膛被雾化成细小的油滴，然后吸收炉内热量，表面逐渐汽化成油气，在进入炉膛与空气混合，形成可燃混合物。

可燃混合物继续吸收热量升温，达到着火点燃烧。

3、被加热介质（原油）流向。

原油经炉后分流后，从对流室上部进入对流炉管，在对流室内从上而下经多次进出，最后从对流室下部出来，经汇管和转油线从辐射室下部进入辐射炉管，在辐射室内沿周边多次进出后再从辐射室下部流出。

4、烟气流向。

装在辐射室的燃烧器提供的火焰，直接通过辐射对辐射炉管进行辐射传热。

高温烟气从辐射室后部转90。

进入对流室，横向冲刷对流炉管，与对流炉管进行对流热交换，最后烟气通过烟囱排入大气。

五、直接式原油加热炉的设计要求及工艺参数检测、自动调节目标：

系统功能的设计要求：

根据输油泵站原油加热炉应用的实际情况，对加热炉的主要工艺、电气设备进行全方位实时监控，应能同时在远程和现场相互独立地对加热炉进行控制，并且能够将数据远传至生产调度中心，应具备下述功能：

总体功能：

*数据采集和处理

*显示动态工艺流程

*具备与其他系统联网功能：

可提供以太网通信，并能满足TCP/TP协议

*报警、事件故障显示

*动态趋势、历史曲线图显示

*报表生成和打印；

包括定时打印、随时打印、报警打印

*标准组态应用软件和用户生成的软件的执行；

允许参数在线修改

*系统自诊断、自恢复功能*掉电保护

依据原油加热炉的工艺流程及安全的需要，通常要求在自动控制过程中对下列参数进行检测:

温度检测1）炉膛温度的检测指示;

2）烟道温度的检测指示;

3）入炉原油温度的检测指示;

（左右）;

4）出炉原油温度的检测指示;

（左右）

5）燃油温度的检测指示.

压力测量:

1）炉膛负压的检测指示;

2）入炉原油压力的检测指示;

3）出炉原油压力的检测指示;

4）入炉原油温度的检测指示;

5）燃油压力的检测指示.

流量测量1）原油流量的检测指示、记录和计算;

2）燃料油流量的检测指示、记录和计算

3）燃料油罐液位的检测指示。

电动阀检测：

1）状态监测；

2）全开状态、全关状态、远程/现场；

3）开、关、停输出。

2、生产过程控制功能：

原油加热炉的生产任务是根据负荷的要求，保证加热炉本身运行的安全性和经济性，应实现以下调节目标:

1）、稳定原油出炉温度

原油出炉温度是由整个管道运行生产调度决定的。

若原油加热温度过高，会造成能源浪费，甚至对油品不利。

原油温度过低是坚决不允许的，并且会影响加热炉的运行的效率。

一般情况，原油出炉温度允许在设定温度的±

1℃内波动。

因此，从安全生产和技术经济指标上看，必须对原油出炉温度进行自动调节，使温度保持在额定值范围之内。

2）、控制炉膛的负压在规定的范围内

原油加热炉在正常运行中，炉膛内压力应保持负压，一般在-50～-100Pa的范围之内。

负压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，同时引风机的电耗增加，不利于经济燃烧。

负压偏正，炉膛要向外喷火，不利于安全生产，有害于环境卫生。

所以炉膛负压必须进行自动调节。

在加热炉的烟道上装有烟道挡板，是通过0～90°

行程的电动执行器加以调节开度的。

负压值由安装在炉膛的差压变送器来检测，检测值与设定值比较，把偏差送给PLC内的PID调节器，PID的输出控制信号来调节烟道挡板开度，实现炉膛负压自动调节。

3）、保持燃油罐内液位在规定的范围内

燃油罐内的燃油液位高度，关系着加热炉正常运行和燃油质量，也是确保安全生产的重要参数。

要使燃油量随时适应加热炉燃烧的需要量，必须对燃油罐内燃油液位进行自动调节，将燃油量严格控制在规定的范围之内。

自动调节是通过油罐上的液位开关反馈的高低液位信号来控制来油管线上的电磁阀动作，来实现自动加油和断油的。

4）、燃烧过程自动调节。

5）、启停炉程序控制。

六、原油加热炉的启动前检查与准备：

启动前应对加热炉和其他辅助系统进行全面、细致的检查减产：

加热炉本体：

①辐射段炉管、焊口应无变形和外观缺陷或其他异常情况。

②辐射室内耐火衬里应无脱落、破损。

③加热炉体应完好无损，无明显漏风处，地脚螺丝完好、紧固。

加热炉附件：

①人孔、看火孔、防爆门零件齐全、关闭严密。

②烟道挡板固定可靠，传动装置完好无损。

③操作平台、梯子安全可靠，防雨棚完好。

④燃烧器各部件齐全，安装符合要求。

⑤吹灰器完好，转动应灵活。

⑥加热炉进、出炉管保温层良好，油路畅通。

⑦压力表、温度计齐全完好。

⑧二次表、变送器等控制仪器完好。

灭火报警装置完好。

⑨紧急放空阀连接完好，手轮完整，开关灵活，保持第一道阀常开，

第二道阀关闭。

燃料油系统：

①燃料油管线畅通、无渗漏，保温层良好。

②燃油回油稳压阀及各阀门完好、灵活、无渗漏。

③燃料油过滤器、流量计完好。

④燃料油泵完好，无渗漏。

⑤电伴热系统完好。

现场点炉前准备：

①送上加热炉前控制柜中的电源，合上各路空气开关。

②检查手操器控制烟道挡板开度，确保烟道挡板开度在85%以上。

燃烧器部分：

首先检查各油路阀门打开（并确认打开），不能有关闭的阀门存在（包括炉侧加压系统）。

在第一次的进油过程中要等排气完毕后再进油，进油后油路打通，才能进行以下工作：

①合上总闸和除Q3、Q4的所有空气开关，电压表显示电压正常（380V－400V/AC）。

②合上电源开关，再将电伴热合上，等待油路油温上升，此时需要较长时间。

③将油泵预启开关合上，马上关闭。

检查进出油路流量计是否转动，回油压力是否升高。

如正常将预启开关关闭。

（此开关只能短时间闭合实验，如需在停炉后油路打循环才可以长时间闭合，也就是说必须是油路畅通的才行）。

④断开总电源开关，合上Q3、Q4再合上总电源开关，等待加热器加热到MS设定值。

此过程中将风机开关放置自动，负荷开关放置自动，温控开关放置现场。

⑤再次确认炉况和现场进出油路情况，将电加热器上的“油气水分离器”上的回油路手阀关闭（重点）。

此时才可以按下启动按钮，启动燃烧器。

需停止时按下停止按钮。

在正常的出炉温度达到设定值时会自己停止；

当低于设定值时会自动启动燃烧器，此时无需按任何按钮。

⑥当有故障时会报警，此时需按消音，查完无故障后复位方可再次启动燃烧器。

七、原油加热炉的正常停炉：

正常停炉1）、短期停炉：

按停止按扭。

2）、长期停炉：

操作步骤与启炉步骤相反。

将外围管线水扫线，关闭外围来油阀后，将燃烧器燃油系统放空（共4个阀门）。

打开燃料油泵的进出口阀门，关闭旁通阀，送上燃料油泵电源，在燃料油泵前操作柱上启动燃料油泵。

导通燃料油系统，使燃料油循环20—30分钟。

——〉燃料油系统建立循环后，合上炉前AP1柜内燃油电伴热电空气开关。

——〉3.5.3整定燃料油稳压阀干线压力，使之保持在0.3MPa以下。

八、原油加热炉的安全保护功能：

1、紧急措施：

直接式原油加热炉是依靠火焰的热辐射直接对在炉管中流动的原油进行加热，在这种工况下，控制系统的安全性就显得尤为重要。

为此，系统设置了参数越限声光报警功能，当出现诸如进出炉压力过高/过低、燃油温度超高、两管程偏流超限等不安全因素时，显示画面中该参数的显示颜色便会发生变化，同时上位机会发出语音提示，以提醒值班人员采取相应措施，保证系统的安全稳定。

此外，本系统还设置有多重安全联锁保护，当有些意外的重大安全隐患出现时，系统会及时的自动停机并报警，保障整个生产的安全。

这些紧急措施有：

（1）炉膛灭火自动顺序停炉。

（2）炉膛出口温度超高报警、超高高自动停炉。

（3）排烟温度超高报警、超高高自动停炉。

（4）风机故障停机自动停炉。

（5）进炉压力超低报警（管线停输）、超低低自动停炉。

（6）出炉压力超高报警、超高高自动停炉。

（炉管阻塞）

（7）出炉压力超差报警。

（8）管壁温度超高自动停炉；

2、联锁保护措施：

加热炉启炉前对一些条件如燃油温度、压力、雾化风压力、液化气压力等都有一定的要求。

如果某个条件不具备，点炉就比较困难，为此设置了点炉条件具备判断模块，保证了点炉成功率。

安全联锁保护，依据工艺情况进行监视、预警和安全联锁保护，如：

*加热炉紧急停炉保护

*加热炉熄火自动保护

*炉膛温度超高保护

*排烟温度超高保护

*进炉压力超限报警

*燃油温度超低保护

3、现场手动措施：

在原油加热炉的PLC控制器出现故障时，现场控制是加热炉运行的最后防线。

每台直接式原油加热炉都有一套手动操作，一旦PLC控制站发生重大故障时，可无扰动地切换至手动操作，从而为整个装置的安全运行提供一套备份手操控制。

操作柜内安装有一套用于系统自保的继电保护电路，通过操作台的手动按钮可直接控制加热炉。

盘面上安装有指示灯，分别显示系统供电状态及自保状态。

现场操作柜是一个可独立运行的手动电气控制系统，它是专为过程测控而设计的专用型设备，基本上由机柜、电源、继电器装置以及指示器等组成。

V电压表MS温度控制器H12油泵运行指示

H7风机电机过载指示H8油泵电机过载指示H31#加热器运行指示

H42#加热器运行指示H13电伴热运行指示S3油泵预启

S6自动风机手动S7风机停止S8风机启动

S9停电伴热启备用已改为吹灰控制现场/远程

①烟道手控器H11燃烧停止S13消音

②吹灰控制器S1关电源停S10紧急停止

RWF燃烧负荷调节S15现场温控远程DL蜂鸣器

H9电源S4自动负荷手动H1电源指示

S5增大负荷减小H10燃烧启动H2燃烧故障

H5负荷自动S12燃烧停止H6负荷手动

S11燃烧启动H14燃烧运行S2复位

4、计算机的安全操作

系统是热力设备运行、管理和控制的重要系统，因此不仅要确保硬件系统的安全、可靠，而且还要通过软件的设置，严格地限制入网人员和操作人员进入系统区域的权限。

对于进入数据库、系统的功能块、文件和程序都应加以安全限制。

通过口令来控制进入系统，允许登陆进入系统被指定的一个或更多的组。

九、硬件要求

对于每台加热炉均应配套提供设备安全运行所需的现场就地及远传仪表和完成数据采集、燃烧器燃烧控制、加热炉安全保护控制任务的控制器以及控制、通讯电缆，并安装、组态、调试就绪。

1、现场仪表：

加热炉应配备以下参数检测仪表，进出炉温度、压力，炉膛温度、压力，排烟温度，燃料油温度、压力、进回油流量，灭火报警等。

2、加热炉控制器。

根据工业现场实际工作环境，选用可靠性高、功能强、易扩展的工业可编程序控制器来完成数据采集、燃烧器燃烧控制以及加热炉安全保护控制任务。

控制器应具备网络接口，与操作员站通过以太网进行通讯。

序号

管线

控制器类型

备注

1

鲁宁线

A-BSLC551B系列

2

沧临线

3

中洛线

OPTO22系列

4

魏荆线

OPTO22系列/无笔记录仪

5

东临线

Modicon3722

加热炉PLC控制器。

对于单台加热炉来说，控制器由A-BSLC500PLC为核心构成的，完成对单台加热炉的控制。

PLC站担负着重要职责，它负责采集加热炉的运行参数、发送指令，并负责计算机监视站与现场设备的沟通。

直接式原油加热炉控制系统可以设置两台或多台PLC控制器，如图4-1所示。

PLC控制器完全可以脱离网络独立运行，是单台设备运行的核心（实际上可以作为网络的一个节点）。

鲁宁线加热炉的PLC控制器是美国Rockwell公司的A-BSLC系列。

，它的特点是可靠性高、功能强，可扩展性好，以下为PLC具体配置：

1）主机：

CPU1747-L551B（内置RS-232接口/以太网通信口），SLC5/05处理器数据内存高达16K/32K/64K字，典型用户程序处理速度为0.90ms/K，输入输出点数最高可达4096点。

它支持在线编程（包括运行时的编辑）模式，并内置10Base-T以太网通讯接口，提供可选的动态IP地址分配。

通过以太网，SLC500为用户在实现程序上传、下载、在线编辑、对等通讯、数据采集以及上位机通讯等各方面提供了更强大的功能。

CPU是PLC的控制中枢。

它的主要功能是接收并存储从编程器键人的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态、并诊断用户程序的语法错误。

当PLC投入运行时，首先以扫描方式接收现场各输入装置的状态或数据，并分别存人I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条取指令，按指令的规定执行逻辑或算术运算任务，并将运算结果存入I/O映象区或数据寄存器内。

等到所有用户程序扫描执行完毕后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。

如此循环运行，直至停止运行为止。

SLC5/05处理器内置实时时钟和日历，可选用1ms定时中断和0.5ms外部输入中断。

处理器具备高级数学运算功能，包括三角函数、PID、指数、浮点和计算指令，支持间接寻址。

2）模拟量输入（AI）模块：

选用1746－NI4或NI8，它有多路个高电平模拟输入端，（可输入4--20mA等标准信号，12位模/数转换精度，具有输入超调监控功能和测量滤波抗干扰功能。

3）热电阻（RTD）模块：

选用1746－NR8，支持8路Pt100热电阻的三线制输入。

模块上电时，可以自动进行校正，提高了模块精度。

4）模拟量输出（AO）模块：

选用1746－NO4I，它有四个模拟输出端，无需外部电源，可输出各种标准信号，包括0～20mA、4～20mA、±

10V等。

5）开关量输入（DI）模块：

选用1746－IB16，它有单端隔离的16路24VDC输入。

所有的输入均配有滤波器，能够保证最大0.1ms的抗扰性，滤除线电源干扰。

6）开关量输出（DO）模块：

选用1746－OB16，它有16路继电器输出，内部提供过载和短路保护，并具有通道故障自诊断功能。

PLC主要用于生产过程中按时间顺序控制或逻辑顺序控制的场合，以取代复杂的继电器控制装置。

它所面向的使用人员主要是电气技术人员，因此PLC所采用的编程语言主要是一种非常形象化的梯形图语言，它基本是由继电器控制电路的符号转化而来的。

编程过程与绘制逻辑控制电路图的过程比较相似。

在专用编程器上输入全部梯形图后，编程器即自动将其编辑成微处理器可执行的内部程序，经过试运行考验合格后，固化到EPROM中，安装到PLC上就可以执行输入的程序，实现工业生产线的自动化控制。

PLC在运行过程中不停地巡回检测各接点的状态，根据其变化和预定的时序与逻辑关系，相应地改变各内部继电器或启动定时器，最终输出开关信号以控制生产过程。

程序运行周期由程序长短和CPU指令执行时间所确定，一般为数十毫秒。

输出方式可为继电器、晶闸管或晶体管。

PLC控制器软件设计

PLC控制站的设计软件是基于RSlogix500开发的。

logix500是Rockwell公司的SLC500系列PLC附带的PLC编程软件，该软件是一个基于Windows环境的编程软件套件，支持梯形图（LD）、指令语句表（IL）、顺序功能图（SFC）等多种语言模式，风格统一，使用简单，具有在线编程、诊断和在线仿真调试等功能，支持DF1、DH+、TCP/IP等通讯协议。

PLC控制站的软件设计是由梯形图程序设计语言完成的。

梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。

这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。

每个梯级是一个因果关系。

在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。

对于单台直接式原油加热炉来说，PLC控制站的软件由一个主程序和四个以下子程序构成。

*参数采集子程序。

加热炉须采集的部分运行参数包括：

原油入炉温度左、原油入炉温度右、原油出炉温度左、原油出炉温度右、原油入炉压力左、原油入炉压力右、原油出炉压力左、原油出炉压力右、炉膛温度、排烟温度、燃油温度、燃油压力、炉膛负压、1#电动阀开度、2#电动阀开度、3#电动阀开度、4#电动阀开度、燃烧运行指示、燃烧故障指示等参数。

*控制子程序。

将炉前的现场控制柜内的现场/远程开关切换到“远程”状态，在PLC控制站上可以执行启炉命令，也可以执行停炉命令。

在加热炉正常运行后，在PLC控制站上可执行吹灰命令。

当然烧器在运行过程中出现故障时，若不需要人为排除故障，可以通过PLC控制站执行远程复位命令，然烧器可以自行复位。

*调节子程序。

炉膛负压调节是通过PID控制器来完成的。

在加热炉炉壁上安装有差压变送器，所测量的负压值通过采集子程序送入PLC，通过设定负压值的比较，将偏差送入PID调节器，进而控制烟道挡板电动执行器来调节炉膛压力，形成闭合回路，本文将不加详细论述。

原油出炉温度是通过PID来实现自动调节的。

在加热炉出炉管线上安装有温度热电阻，温度信号远传到PLC控制器，在工业计算机上显示原油出炉温度的值，PLC根据设定的原油出炉温度值与采集的温度值相比较，作用于加热炉燃烧器的风油调节器，调节运行负荷。

当偏差满足一定条件时，调节进入调节状态。

反之，系统控制切换到PI控制规律，根据PI的特点，系统当温度偏差较小时控制规律应舒缓，这样系统的超调才会较小，从而避免造成风油调节器的频繁动作。

*保护子程序。

当有些意外的重大安全隐患出现时，会及时的报警或自动停炉并报警，保障整个生产的安全。

十