全自動燃燒器在安塞油田無人值守站的應(yīng)用

郭亮 王歡 余輝 張海峰 盧敏

（中國石油長慶油田分公司第一采油廠 陜西延安 716000）

引言

安塞油田地處黃土高原，橫跨陜晉2省7區(qū)34市縣，生產(chǎn)區(qū)域點多、線長、面廣，大多在山間、溝壑地區(qū)，工作環(huán)境艱苦，生活設(shè)施不全。近年來，安塞油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)帶來地面設(shè)施的剛性增長與勞動用工緊張的矛盾日益突出，2018年，《新安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護法》實施后對安全環(huán)保要求也更加嚴格，為緩解油田發(fā)展矛盾、提升油田發(fā)展質(zhì)量、降低安全環(huán)保風險，通過設(shè)備改良等措施，達到站點無人值守或者減少人員值守就顯得十分必要，而對站內(nèi)加熱爐燃燒器進行自動化控制的改造是可以達到這一目的的有效措施。

1 燃燒器的現(xiàn)狀及存在問題

在原油集輸過程中，由于原油在溫度較低的情況下黏度高、流動性差，集輸站點需要對原油進行加熱處理。王南采油作業(yè)區(qū)站內(nèi)原有加熱爐采用的大都是簡易火嘴燃燒器，每站日常需配備4名操作管理人員，使用時需人工點火。該設(shè)備在使用過程中不能對其主要運行參數(shù)（如燃料與空氣質(zhì)量的配比、加熱爐溫度、進氣壓力和燃燒負荷等）進行控制，易產(chǎn)生結(jié)焦、積碳、爆燃、冒黑煙等現(xiàn)象，人工點火安全性能較差，傷人事故時有發(fā)生；其次由于沒有溫度監(jiān)控系統(tǒng)，不能根據(jù)被加熱介質(zhì)溫度高低自動調(diào)節(jié)氣量，耗氣量極大。同時燃燒器工作時產(chǎn)生多種氮氧化物，易對環(huán)境造成污染。

2 全自動燃燒器的基本情況

隨著近年來加熱爐燃燒器及控制系統(tǒng)的不斷改進，以及油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的升級完善，為加熱爐全自動燃燒器的應(yīng)用和推廣提供了有利條件。

2.1 全自動燃燒器的結(jié)構(gòu)

全自動燃燒器主要由送風系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、電控系統(tǒng)五部分組成。

（1）送風系統(tǒng)：送風系統(tǒng)的功能在于向燃燒室里送入一定風速和風量的空氣，其主要部件有殼體、風機馬達、風機葉輪、風槍火管、風門控制器、風門擋板、凸輪調(diào)節(jié)機構(gòu)、擴散盤等。

（2）點火系統(tǒng)：點火系統(tǒng)的功能在于點燃空氣與燃料的混合物，其主要部件有點火變壓器、點火電極、電火高壓電纜等。

（3）監(jiān)測系統(tǒng)：監(jiān)測系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器安全、穩(wěn)定地運行，其主要部件有火焰監(jiān)測器、壓力監(jiān)測器、溫度監(jiān)測器等。

（4）燃料系統(tǒng)：燃料系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器燃燒所需的燃料。主要部件有過濾器、調(diào)壓器、電磁閥組、點火電磁閥組然、燃料蝶閥等。

（5）電控系統(tǒng)：電控系統(tǒng)是以上各系統(tǒng)的指揮中心和聯(lián)絡(luò)中心，主要控制元件為程控器。

圖1 燃燒器結(jié)構(gòu)圖

2.2 全自動燃燒器的工作原理

全自動燃燒器電控系統(tǒng)按程序控制可燃氣體進入燃燒器的燃燒頭內(nèi)，由一次風與可燃氣體混合，點火燃燒，二次風助燃，實現(xiàn)充分燃燒。燃燒狀況由火焰自動跟蹤系統(tǒng)檢測控制燃燒，當燃燒出現(xiàn)故障（燃燒室缺氧、可燃氣體欠壓、可燃燒氣體斷流、氣量不足等），控制系統(tǒng)發(fā)出指令，供氣系統(tǒng)的電磁閥迅速關(guān)閉，切斷氣電源，燃燒器自動吹掃后停機，指示故障。

3 全自動燃燒器的主要特點

3.1 自控程度高

全自動燃燒器采用電控系統(tǒng)進行程序控制，既可自動點火、自動監(jiān)測運行過程，又可自動調(diào)節(jié)風門并根據(jù)出口溫度自動調(diào)節(jié)燃燒器負荷。同時設(shè)置了手動運行方式，可以人工控制點火時間和大小火的自由轉(zhuǎn)換，運行操作簡單。

3.2 燃燒性能好

全自動燃燒器的燃氣量與空氣配給比例合理，使得燃料能夠穩(wěn)定、充分地燃燒，當火焰燃燒質(zhì)量檢測不合格時報警提示并自動切斷氣源，減少了廢氣污染物的排放。

3.3 運行安全可靠

全自動燃燒器啟動平穩(wěn)，點火前先對爐膛進行吹掃，使爐膛內(nèi)置新鮮空氣然后點火，避免了爆燃現(xiàn)象。當熄火或停電時自動切斷氣源，避免向爐膛內(nèi)繼續(xù)進氣。并且采用紫外線對燃燒全過程的火焰狀態(tài)進行安全監(jiān)測，具備非常可靠的安全保護性能。

4 全自動燃燒器的現(xiàn)場應(yīng)用

針對王南采油作業(yè)加熱爐簡易火嘴運行中存在的問題，現(xiàn)場實施了全自動燃燒器改造和配套監(jiān)控功能完善，改造后的燃燒器自動化控制由就地監(jiān)控和遠程監(jiān)控兩部分構(gòu)成。

4.1 就地監(jiān)控

通過全自動燃燒器電控系統(tǒng)對加熱爐溫度、液位、壓力等運行參數(shù)及相關(guān)控制部件進行本地監(jiān)控，就地實現(xiàn)自動點火、負荷調(diào)節(jié)和熄火保護等功能。

按下啟動按鈕后，若加熱爐溫度低于啟爐溫度則燃燒器直接啟動，啟動成功后進入大火升溫；當加熱爐溫度達到轉(zhuǎn)火溫度時，燃燒器轉(zhuǎn)為小火運行，此時若加熱爐溫度持續(xù)上升達到停爐溫度，則燃燒器關(guān)閉進入待機狀態(tài)，等待加熱爐溫度再次低于啟爐溫度時再啟動；若加熱爐溫度下降，當下降至低于轉(zhuǎn)火溫度10度時再次開啟大火進行大火運行；當加熱爐溫度達到轉(zhuǎn)火溫度時再次轉(zhuǎn)為小火運行。

在自動運行過程中，當加熱爐出現(xiàn)超溫、超壓、超低液位等報警時，即可切斷加熱爐自動運行狀態(tài)停機。操作人員消除故障后，需人為再次開機。

控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的運行參數(shù)有啟爐溫度、轉(zhuǎn)火溫度、停爐溫度及其他加熱爐報警參數(shù)。根據(jù)站點實際需求和加熱爐燃燒器的工作狀態(tài)，對控制系統(tǒng)各項參數(shù)進行合理調(diào)整，從而使加熱爐達到所需的工作狀態(tài)。

4.2 遠程監(jiān)控

結(jié)合加熱爐運行監(jiān)控需求，將現(xiàn)場加熱爐溫度、液位、進氣壓力、燃燒狀態(tài)、停爐控制等關(guān)鍵運行參數(shù)上傳至站控PLC，通過完善油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控界面，遠程實現(xiàn)加熱爐運行工況在線監(jiān)測、關(guān)鍵參數(shù)預(yù)警、緊急停爐及氣源切斷等功能。當現(xiàn)場出現(xiàn)異常工況或存在安全隱患時，可先進行遠程停爐、切斷氣源，待操作人員現(xiàn)場消除故障后再次開機。

5 效果和結(jié)論

2017年，安塞油田在現(xiàn)有的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對王南采油作業(yè)區(qū)11座站點、16臺加熱爐簡易火嘴燃燒器進行了全自動燃燒器改造和監(jiān)控功能完善，經(jīng)過近一年的運行取得了較好的應(yīng)用效果。

（1）結(jié)合國家環(huán)境保護和企業(yè)降本增效的要求，與原簡易火嘴燃燒器相比，單臺全自動燃燒器每小時用氣量平均節(jié)約60方，王南采油作業(yè)區(qū)改造后的16臺全自動燃燒器全年節(jié)氣約為52.56萬方。全自動燃燒器的應(yīng)用實現(xiàn)了加熱爐加熱的精準監(jiān)控，提高了原油加熱效率，減少了對環(huán)境的污染。

（2）全自動燃燒器自動化控制的應(yīng)用，減輕了員工的勞動強度，降低了員工現(xiàn)場操作的安全風險。

（3）全自動燃燒器的良好應(yīng)用提高了現(xiàn)場生產(chǎn)管理水平，成為油田站點實現(xiàn)數(shù)字化無人值守運行的一項重要保障。