自動控制技術在熱力注汽鍋爐中的應用

劉偉東

摘要：隨著我國社會水平的提升，經濟步伐的推進，我國的油田事業也在這個過程中得到了較大程度的發展。目前，油田在實際生產當中更多的應用注汽鍋爐，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采中非常重要的一項注汽設備。在本文中，將就自動控制技術在熱力注汽鍋爐中的應用進行一定的研究與分析。

關鍵詞：自動控制技術 熱力注汽鍋爐 應用

1 概述

熱力采油是我國目前稠油開采過程中較為經濟與成熟的一種方式，其通過油田注氣鍋爐以及注氣站所產生的高溫、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使我們的稠油采收率得到提升。而隨著近年來我國稠油開展規模以及數量的增加，也使得我國原油的供熱站數量已經不能夠滿足稠油開發的熱采要求。而對于所建設的注氣站來說，其會由于其中所具有的鍋爐都是以人工的方式進行監控的，如果鍋爐在實際運行過程中出現了一定的問題故障，很難被現場操作人員在第一時間發現，僅僅在問題出現之后、報警停爐發生時才能夠對這部分問題進行處理，大大影響了鍋爐注汽質量以及運行時間。同時，由于部分汽站中工作人員技術、數量的缺乏，也會使注氣站在工作中往往存在較大的人員操作隱患。近年來，我國的數據通訊技術以及網絡技術都得到了較大程度的發展，在這種環境下，使用自動控制技術對注汽鍋爐進行操作與監控已經成為了我們稠油充汽過程中的一項重要目標。對此，就需要我們在對該種自動控制技術進行充分把握的基礎上掌握其應用要點。

2 以往自控系統存在問題

2.1 在以往自動系統中，油田注汽鍋爐更多的是以較為常規的PLC模式進行控制，且能夠對多個點實施監控工作。但是，對于這種方式而言，其所具有的參數往往以較為分散的方式分布于監測點中，在工藝流程以及設備參數方面僅能夠依靠人工的方式進行調查與分析，所具有的準確性也較低。

2.2 對于鍋爐設備運行情況的監控與注汽數據的采集來說，也僅僅依靠現場操作人員的巡查完成。且部分儀表設備如輻射段壓力表、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行檢查，且安裝位置處的溫度也較高，不利于設備的長久運行。

2.3 原有系統對于各項參數所具有的測量精度較低，且在顯示方面也存在著較大的誤差。另外測量結果在很大程度上會受到振動情況以及環境溫度的影響。

2.4 不能夠實現故障預警，很容易出現停爐現象，并對注汽質量以及工作穩定性產生一定的影響。

3 新式自動控制系統

近年來，隨著我國網絡技術以及計算機技術的逐漸成熟，使得PLC在我國現今的工業控制中得到了較為廣泛的應用。對于可編程控制器來說，其是以PLC為主要核心的一種工業控制裝置，不但制作成本較低，且具有著較好的操作性以及應用穩定性，目前已經成為了我國石油化工企業實現自動化工作的主要系統。

以遼河油田中所使用的單管鍋爐來說，其工作方式為直流類型，能夠將軟水在經過加壓之后吸收余熱，并在自身溫度得到提升之后進入到加熱管之中，且在進入到加熱管后對燃燒時所具有的煙氣以及高溫火焰溫度進行吸收，并在溫度的不斷上升中汽化成高溫蒸汽，進而經過專門蒸汽管道的運輸將其傳輸到不同的油井之中。在此過程中，系統中所具有的天然氣燃料也會通過管道的傳輸進入到噴燃氣中，并同噴燃氣中所具有的預熱空氣以非常充分、全面的方式進行混合最終進入到燃燒室中。而在其燃燒的過程中，所產生的大量煙氣以及高溫火焰則會在系統燃燒室中對水管中所具有的軟水進行加熱，之后再通過高溫煙氣的作用對預熱器中的空氣與水進行加熱。

通過對企業注汽鍋爐儀表系統所具有的控制技術以及應用工藝的研究，我們也對原有空壓機的運行方式實施了一定的技術改造，以此使空壓機能夠通過壓力罐壓力的大小根據自身的需求對系統進行啟、停等自動控制，并以此對以往系統中空壓機磨損以及電能的損耗問題進行了良好的解決。而在實際控制過程中，則以下述方式運行：首先，空壓機以PLC作為系統的核心控制設備，并在系統原有的供風裝置中加設了儲氣罐以及壓力檢測模塊。之后，我們則可以通過網絡的方式對系統管網所具有的壓力進行實時的檢測，并根據其所具有的壓力值實現開機以及停機的功能：當儲氣罐壓力高于某值時，空壓機在對壓力檢測后則會實現停機動作；而當儲氣罐壓力低于某值時，空壓機在對壓力檢測后則會實現開機動作，并以此使自動控制空壓機技術成為了可能，且在這個過程中還獲得了良好的節能效果。可以說，通過這種PLC自動系統的應用，不僅能夠使我們以更為簡便、高效的方式對系統進行控制，還能夠在減少設備檢修次數、節約設備維修費的同時大大的延長設備使用壽命。

4 自動控制系統在熱力注汽鍋爐中的應用

對于鍋爐自動控制系統的主要任務來說，就是要保障燃料燃燒熱量能夠一直滿足蒸汽負荷需求，并在此基礎上能夠使鍋爐能夠以更為經濟、穩定的方式運行。具體實施方面，我們可以從以下幾個方面重點入手：

4.1 穩定蒸汽母管壓力 在鍋爐燃燒過程中，保持蒸汽母管一致處于恒定的壓力是我們實現自動控制的一項重要任務，如果蒸汽壓力在燃燒過程中出現了一定的變化，就代表著負荷設備所具有的蒸汽消耗量同鍋爐的蒸汽產生量存在一定的差異。面對此種情況，就需要我們能夠對燃燒的供應量進行適當的改變，并以此使鍋爐的燃燒發熱量也會得到優化，進而使系統蒸汽量得到改變的基礎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程，則稱之為系統的熱負荷以及氣壓控制。可以說，氣壓是整個系統穩定運行的一項重要保障，也是保障負荷設備穩定工作的必要條件。

4.2 維持鍋爐燃燒狀態 鍋爐燃燒所具有的經濟性以及穩定性也是鍋爐燃燒自動控制中非常重要的一項任務。對于其所具有的經濟性來說，我們很難以直接的方式對其進行測量。對此，我們則會根據燃料量、送風量所具有的比值以及鍋爐煙氣含氧量對該參數進行良好的表達。可以說，如果我們對空氣量同燃料量所具有的比值進行良好的保持，就能夠幫助我們在鍋爐應用中獲得最優的燃燒效率以及熱量保持。而如果沒有對該比值數值進行良好的確定與保持，則會造成燃料不完全燃燒問題的出現。

4.3 維持爐膛負壓 如果爐膛負壓參數出現了一定的變化，則表明鍋爐在送風量期間存在著一定的數值差異。在一般情況下，我們需要將鍋爐爐膛負壓保持在500Pa左右，在該負壓區域內，鍋爐的工作條件、燃燒情況以及運行穩定性都具有著最佳的狀態。而如果爐膛所具有的負壓值過小，不但會對鍋爐燃燒環境所具有的衛生情況產生影響，也會因為爐膛噴火情況的出現而對工作人員以及周圍設備的安全性造成隱患；而當爐膛負壓過小時，爐膛的漏風量則會因此增大，并以此使引風機煙氣以及電耗所產生的熱量損失會得到增加。對此，就需要我們在鍋爐運行過程中能夠通過送風量、引風量以及燃燒量三者參數的控制與搭配對爐膛壓力進行良好的保持。

在鍋爐燃燒自動控制工作中，為了使整個系統能夠具有良好的運行狀態，我們首先就要保證送風量、引風量以及燃燒量這三項關鍵參數能夠保持不變，并在此基礎上對系統內部所產生的擾動情況進行及時的補償。而在內部擾動方面，則主要包括由電網頻率引起的三項參數變化以及燃料質量變化等等。如果系統在運行過程中存在負荷外擾作用，則需要我們能夠對三項參數之間所具有的比例進行及時的變更，并以此保證鍋爐在滿足負荷需求的基礎上使爐膛溫度、燃燒經濟性以及蒸汽母管壓力參數都能夠保持在正常的范圍內。

5 結束語

可以說，在稠油開采過程中，熱力注汽鍋爐是非常重要的一項設備。在上文中，我們對自動控制技術在熱力注汽鍋爐中的應用進行了一定的研究與分析，而在實際操作過程中，也需要我們能夠通過自動控制系統的良好建立與應用來更好的提升工作開展質量。

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