用于油田加热炉的管控方法与流程

本发明涉及油田加热炉技术领域，具体涉及一种用于油田加热炉的管控方法。

背景技术：

油田加热炉是油气集输系统中处理、输送等环节应用最多的一种油田专用设备，其作用是将原油、天然气、油气混合物等加热至工艺所需要的温度，满足油气集输工艺及加工工艺的要求，是一种非常重要的油田生产设施。随着油气田勘探开发面积的增大、开发难度的增加，油田用加热炉的数量越来越多。由于国内油田厂站所用的加热炉型号不一、年代不一，导致不同加热炉的热效率并不均衡，另一方面不同加热炉在生产运行时的介质流量也不同，因此对于燃气的利用能力也存在较大差异。目前，国内油田企业一般采用人工值守的方式对加热炉进行控制，一方面需要大量的人力投入，另一方面无法精准控制以至于存在较大的能源浪费。随着技术的发展，油田企业更希望采用一些先进的算法，利用软件程序来自动实现加热炉的节能管控。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种用于油田加热炉的集中节能管控的管控方法，一方面提高整个系统的智能化、自动化程度，另一方面可以降低人力成本，提高系统稳定性和可靠性。

采用的技术方案如下：一种用于油田加热炉的管控方法，多台加热炉的介质出口连接至生产区，生产指标温度由所述多台加热炉共同决定；所述方法包括：将生产指标温度与预设的目标区间进行比较；根据生产指标温度距离目标区间的远近，对所述多台加热炉进行快速调节或慢速调节或缓冲段调节；所述快速调节步骤中一次对至少两台加热炉进行提火或降火，所述慢速调节步骤中一次对一台加热炉进行提火或降火，所述缓冲段调节步骤中根据生产指标温度的变化趋势一次对一台加热炉进行提火或降火或维持现状。

可选的，当生产指标温度落入目标区间之外，且温度差值大于第一设定值时，进行快速调节；当生产指标温度落入目标区间之外，且温度差值介于第一设定值和第二设定值之间时，进行慢速调节；当温度差值小于或等于第二设定值时，生产指标温度进入生产指标缓冲区，则根据生产指标温度的变化趋势进行缓冲段调节；其中，所述温度差值是指生产指标温度与邻近的目标区间的端点的差值，所述第二设定值小于所述第一设定值。

可选的，所述快速调节步骤包括：根据所述温度差值估算所需要的提火/降火次数；将估算的提火/降火次数分配至至少两台加热炉；按照分配的提火/降火次数对所述至少两台加热炉进行提火/降火；在提火/降火后等待时间间隔。

可选的，所述慢速调节步骤包括：选取一台加热炉，对该加热炉进行一次提火/降火；在提火/降火后等待时间间隔。

可选的，所述缓冲段调节步骤包括：计算一定时间内生产指标温度的变化趋势；若该变化趋势是向目标区间的中心靠拢，则维持现状；若该变化趋势是远离目标区间的中心，则选取一台加热炉，对该加热炉进行一次提火/降火，使生产指标温度向目标区间的中心靠拢。

可选的，所述方法还包括：针对加热炉温度预设合理区间，并在合理区间的上沿和下沿分别预设上沿缓冲区和下沿缓冲区；判断每台加热炉温度是否落入合理区间内的下沿缓冲区和上沿缓冲区之间，若是，则启动加热炉温度托管；所述加热炉温度托管包括：当加热炉温度落入下沿缓冲区或上沿缓冲区时，计算一定时间内加热炉温度的变化趋势；若该变化趋势是向合理区间的中心靠拢，则维持现状；若该变化趋势是远离合理区间的中心，则对该加热炉进行一次提火/降火，使加热炉温度向合理区间的中心靠拢。

可选的，所述方法还包括：计算每台加热炉的能源利用率；根据能源利用率进行一次温度调节，包括：对能源利用率最高的加热炉提火一次，并对能源利用率最低的加热炉降火一次。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

1、通过比较生产指标温度与预设的目标区间，从多种调节方式来精确选择适合的方式来调节加热炉的温度，能安全、快速、精确的达到生产目标；

2、一些实现方式中，还可以根据加热炉的能源利用率来进一步调节，宏观调配加热炉的燃烧，达到节能效果；

3、一些实现方式中，通过对加热炉温度预设合理区间和相应的缓冲区以及相应的自动控制，可以随环境，介质的变化来保持生产目标的时刻稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种用于油田加热炉的管控方法的流程图；

图2是本发明一个实施例中温度托管流程的示意图；

图3是本发明一个实施例中节能管控流程的示意图；

图4-1是本发明一个实施例中未实施节能调节的效果示意图；

图4-2是本发明一个实施例中实施节能调节后的效果示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

请参考图1，本发明的一个实施例，提供一种用于油田加热炉的管控方法，可用在油气集输系统中，用来实现油田加热炉的自动化集中/节能管控。一般的，油气集输系统中，将多台加热炉的介质出口连接至同一生产区，生产区介质的温度称为生产指标温度，该生产指标温度由所述多台加热炉共同决定。调节其中任一台加热炉的温度，都会影响到生产指标温度。通常，可以将提高加热炉温度的操作称为提火，即提高火力档位；将降低加热炉温度的操作称为降火，即降低火力档位；提高一个档位称为提火一次，降低一个档位称为降火一次。需要注意区分，加热炉温度是指加热炉的炉体温度，生产指标温度是生产区介质的温度，另外将加热炉出口处的介质温度称为加热炉的出口温度。加热炉温度、出口温度和生产指标温度通常并不一致。

请参考图1，所述管控方法可包括：

11、将生产指标温度与预设的目标区间进行比较；

12、根据生产指标温度距离目标区间的远近，对所述多台加热炉进行快速调节或慢速调节或缓冲段调节。

其中，所述快速调节步骤中一次对至少两台加热炉进行提火或降火，所述慢速调节步骤中一次对一台加热炉进行提火或降火，所述缓冲段调节步骤中根据生产指标温度的变化趋势一次对一台加热炉进行提火或降火或维持现状。

下面，分别对三种调节方式进一步详细说明：

（一）快速调节

本实施例中，当生产指标温度落入目标区间之外，且温度差值大于第一设定值时，进行快速调节。

所述温度差值是指生产指标温度与邻近的目标区间的端点的差值。所述端点包括目标区间的下沿和上沿。假设目标区间为[50，70]，单位为摄氏度，则该目标区间包括两个端点，分别是下沿50度和上沿70度。假设第一设定值设为3度，则生产指标温度低于47度或者高于73度时，进行快速调节。

以提火为例，一些实施例中，初始时生产指标温度较低，低于目标区间下沿，该快速调节功能是通过判定生产指标温度与目标区间下沿的差值，若差值较大，例如达到3℃（第一设定值，可配置）以上，则进行快速提火。

降火同理，一些实施例中，假设生产指标温度较高，高于目标区间上沿，该快速调节功能是通过判定生产指标温度与目标区间上沿的差值，若差值较大，例如达到3℃（第一设定值，可配置）以上，则进行快速降火。

一些实施例中，快速调节的步骤如下：

（1）根据所述温度差值估算所需要的提火/降火次数。

以提火为例，一些实施例中，估算方式如下：

基于用户现场的情况，根据对任一台加热炉提火一次时，生产指标温度的变化值（可以从历史数据中查询），取其中最大的变化值；

然后按照以下公式计算：温度差值/提火一次最大变化值=提火次数。

降火同理，公式替换为：温度差值/降火一次最大变化值=降火次数。

（2）将估算的提火/降火次数分配至至少两台加热炉。

首选，选取符合条件的加热炉。一些实施例中，选取条件如下：

①加热炉符合智控配置；

②加热炉温度在其缓冲区间内；

③根据加热炉温度与其出口温度的差值排序（例如小到大）。

其次，按照一定的策略分配前一步骤计算得到的提火/降火次数，可以分配给全部符合条件的加热炉，也可以仅分配给其中的一部分加热炉，对于如何分配本文不予限制，但通常应分配至至少两台加热炉，以便实现快速的温度调节。

（3）按照分配的提火/降火次数对所述至少两台加热炉进行提火/降火。

如果生产指标温度在目标区间下沿之下，可以按照分配的提火次数对分配的多台加热炉进行提火；如果生产指标温度在目标区间上沿之上，可以按照分配的降火次数对分配的多台加热炉进行降火。

（4）在提火/降火后等待时间间隔。

从对加热炉进行提火/降火开始，到生产指标温度做出相应改变并稳定下来，需要一段时间间隔，且该时间间隔不是固定的，可以由系统根据经验数据/现场数据按照一定方式动态生成并调整。

在提火/降火后等待时间间隔之后，才进行下一步操作。例如，继续将生产指标温度与预设的目标区间进行比较，判断下一步应用何种调节方式。

（二）慢速调节

本实施例中，当生产指标温度落入目标区间之外，且温度差值介于第一设定值和第二设定值之间时，进行慢速调节，其中第二设定值小于第一设定值。

假设目标区间为[50，70]，该目标区间的两个端点分别是下沿50度和上沿70度。假设第一设定值设为3度，并假定第二设定值为0.5度，则可以在生产指标温度介于[47，49.5]度或者介于[70.5，73]度时，进行慢速调节。

可选的，当生产指标温度落入目标区间之内，且温度差值介于第一设定值和第二设定值之间时，也可以进行慢速调节。例如，仍假定目标区间为[50，70]，第一设定值设为3度，第二设定值为0.5度；则可以在生产指标温度介于[50.5，53]度或者介于[67，69.5]度时，进行慢速调节。

以提火为例，当生产指标温度与目标区间下沿的温度差值较小，或已经进入目标区间时，只需要通过对单台加热炉的调整，即只需慢速调节即可实现对生产指标温度的有效调整。

提火时该慢速调节功能是通过判定生产指标温度与目标区间下沿的温度差值，若差值较小，或已经进入区间，例如达到3℃（第一设定值，可配置）以内，尤其是与端点的差值还不是非常小，例如超过0.5℃（第二设定值，可配置以上，则可以进行慢速调节。

降火时原理相同，不再详述。

一些实施例中，慢速调节的步骤包括：

（1）根据温度差值，动态调整时间间隔；

该时间间隔是指从对加热炉进行提火/降火开始，到生产指标温度做出相应改变并稳定下来所需要的时间。该时间间隔不是固定的，可以由系统根据经验数据/现场数据按照一定方式动态生成并调整。

（2）取符合条件的一台加热炉，条件如下：

①加热炉符合智控配置；

②炉体温度在其缓冲区间内；

③根据炉体温度与其出口温度的差值排序（例如小到大）。

（3）对选取的加热炉进行一次提火/降火。本文对于如何选取加热炉不做限定，例如可以随机选取一台加热炉。可选的，可以按照一定的策略，例如按照上述排序选取第一个加热炉，进行一次提火/降火。

（4）在提火/降火后等待时间间隔，该时间间隔动态生成。

在提火/降火后等待时间间隔之后，才进行下一步操作。例如，继续将生产指标温度与预设的目标区间进行比较，判断下一步应用何种调节方式。

（三）缓冲段调节

本实施例中，当温度差值小于或等于第二设定值时，生产指标温度进入生产指标缓冲区，则根据生产指标温度的变化趋势进行缓冲段调节。

本实施例中，该缓冲段调节功能是在目标区间的边沿包括上沿和下沿，设置生产指标缓冲区，若生产指标温度进入该缓冲区内，则还需根据温度变化趋势计算结果，判定是否提火/降火。其中，生产指标缓冲区可以有多个，例如可以基于第二设定值进行设置，以目标区间任一端点为端点，距离该端点距离在第二设定值以内的区间设置为一个生产指标缓冲区。

一些实施例中，所述缓冲段调节步骤包括：

（1）计算一定时间内生产指标温度的变化趋势。

所述变化趋势包括上升趋势、下降趋势、稳定趋势。

一些实施例中，可以在单位时间间隔内（可配置）取首尾两个时间点生产指标温度的平均值，接着取第二个单位时间间隔内的平均值，互减。若差值超过设定的阈值（可配置），则判定对应的趋势。例如，设置阈值为1，假设取到的点的温度为50、51、52、53，通过计算各个单位时间间隔内平均值得出，50.5、51.5、52.5，计算52.5-51.5=1则合点，将50替代51为50、52、53，再次计算平均值得51、52.5，计算52.5-51=1.5>1，得出变化趋势为上升趋势。下降趋势同理可得。若超过3次取点任未判断出上升、下降趋势，则视为稳定趋势。

（2）设置缓冲区，根据温度的变化趋势进行调节。

a）加热炉缓冲区

见下文。

b）生产指标缓冲区

为保证生产指标温度参数控制在目标区间内，一般可以设置4个缓冲区，结合温度变化趋势，判定是否需要提火或降火。假设目标区间为[52，55]，缓冲温度（例如等于第二设定值）为0.5，则可以设定以下缓冲区：

①区间下沿外的第一缓冲区[51.5-52]

当生产指标温度位于该第一缓冲区时，计算温度趋势，若为上升趋势，则不提火，维持现状，等待生产指标温度继续上升；若为下降趋势或稳定趋势，则提火，以使生产指标温度向目标区间中心靠拢。

②区间下沿内的第二缓冲区[52-52.5]

当生产指标温度位于该第二缓冲区时，计算温度趋势，若为下降趋势或稳定趋势，则提火，以使生产指标温度向目标区间中心靠拢；若为上升趋势，则不提火，维持现状，等待生产指标温度继续上升。

③区间上沿内的第三缓冲区[54.5-55]

当生产指标温度位于该第三缓冲区时，计算温度趋势，若为下降趋势，则不降火；若为上升趋势、稳定趋势，则降火。

④区间上沿外的第四缓冲区[55-55.5]

当生产指标温度位于该第四缓冲区时，计算温度趋势，若为下降趋势，则不降火；若为上升趋势、稳定趋势，则降火。

如上所述，根据变化趋势进行调节：若该变化趋势是向目标区间的中心靠拢，则维持现状；若该变化趋势是远离目标区间的中心，则选取一台加热炉，对该加热炉进行一次提火/降火，使生产指标温度向目标区间的中心靠拢。

以上，对本发明的三种调节方式进行了详细说明，通过这三种调节方式，可以实现对油田加热炉的集中管控。

为实现更好的加热炉管控，本发明一些实施例还提供另外一些调节方式，以保证安全生产，实现节能管控。下面，继续进一步说明本发明的第四种和第五种调节方式，该两种调节方式可以与上述的三种调节方式配合应用。

（四）加热炉温度监控

为实现安全生产保障方法，可通过对单台加热炉温度进行监控，提供温度托管功能。

该温度托管功能是通过设置缓冲区和结合温度的变化趋势，保证加热炉温度运行在合理区间内，防止低温重启和高温报警。加热炉缓冲区设置与生产指标缓冲区不同，由于加热炉有温度的硬性要求，可以只设置两个缓冲区，而且缓冲温度的值较大。假设加热炉温度的合理区间为[50-80]，单位为摄氏度，缓冲温度假设为3。则可以设定以下缓冲区：

①区间下沿内的下沿缓冲区例如[50-53]

当加热炉温度在该下沿缓冲区时，计算加热炉温度的变化趋势，若为下降趋势、稳定趋势，则强制提火；若为上升趋势，则不提火，保持现状。

②区间上沿内的上沿缓冲区例如[77-80]

当加热炉温度在该上沿缓冲区时，计算加热炉温度的变化趋势，若为上升趋势、稳定趋势，则强制降火；若为下降趋势，则不降火，保持现状。

其中，在温度托管功能开启前，优选对每个加热炉进行炉体温度自检，加热炉温度先控制在区间上下沿的两个缓冲区之间后，才能进行后续的托管。

如上所述，本发明实施例方法还可以包括如上的温度托管流程，如图2所示，该温度托管流程可包括如下步骤：

21、针对加热炉温度预设合理区间，并在合理区间的上沿和下沿分别预设上沿缓冲区和下沿缓冲区；

22、判断每台加热炉温度是否落入合理区间内的下沿缓冲区和上沿缓冲区之间，若是，则启动加热炉温度托管；

所述加热炉温度托管包括：

23、当加热炉温度落入下沿缓冲区或上沿缓冲区时，计算一定时间内加热炉温度的变化趋势；

24、若该变化趋势是向合理区间的中心靠拢，则维持现状；

25、若该变化趋势是远离合理区间的中心，则对该加热炉进行一次提火/降火，使加热炉温度向合理区间的中心靠拢。

（五）节能管控

该节能管控功能用于尽可能的提高整个系统多个加热炉的能源利用率，可包括以下流程：

1、能源利用率计算

每隔一段时间记录一次生产指标温度，例如使用方差或其它算法检测该温度是否平稳。

若生产指标温度达到平稳后，选取一台加热炉，提升/降低一档燃气（即提火/降火一次），然后检测生产指标温度变化，直到该温度稳定。记该过程前后，生产指标温度差为∆c，燃气流量差值为∆q，则能源利用率为∆c/∆q。

2、节能调节

在计算出各个炉子的能源利用率后，执行以下步骤：

①提高能源利用率最高的加热炉（即提火），降低能源利用率最低的加热炉（即降火），即，增加能源利用率最高的加热炉的燃气量，降低能源利用率最低的加热炉的燃气量。

②观察负荷率。负荷率的计算/测量方法按照现有技术实现。一般的，每台加热炉的各个温度档位对应有各自的最佳负荷率，该最佳负荷率一般在80%-90%之间。

③若能源利用率最高的加热炉达到负荷率之后，可依能源利用率排名高低，来调节下一台加热炉。当能源利用率降低到下限后，则可以依能源利用率由低到高的顺序，来依次调节对应的加热炉。

举例来说：假设加热炉a的能源利用率为：80%，加热炉b的能源利用率为：50%，加热炉c的能源利用率为：40%。如图4-1所示，人工操作时，不关注能源利用率，假定为了将生产指标温度提高一定度数例如3度，多个加热炉1小时需要消耗125+200+250=575m³天然气（加热炉消耗的天然气体积比等于各自的能源利用率的倒数之比）。如图4-2所示，如果采用本发明的节能调节步骤，尽量提高能源利用率高的加热炉，最终使加热炉消耗的天然气体积比等于各自的能源利用率之比，则为了将生产指标温度提高一定度数例如3度，多个加热炉1小时需要消耗的天然气变为250+100+125=475m³，则1小时可节约的燃气为575-475=100m³。

3、负荷率调节

加热炉高效负荷率，运行区间通常为80%-90%。

4、能源利用率更新

当温度稳定后，重新计算加热炉的能源利用率，然后重复上述步骤，按照最新的能源利用率来调节加热炉。

如上所述，本发明实施例方法还可以包括上述节能管控流程，如图3所示，该节能管控流程可包括如下步骤：

31、计算每台加热炉的能源利用率；

32、根据能源利用率进行一次温度调节，包括：对能源利用率最高的加热炉提火一次，并对能源利用率最低的加热炉降火一次；

然后，确定各加热炉的负荷率，并可以结合负荷率进一步进行温度调节，详见上述流程。

可选的，该节能管控功能的调节方式可以与前文所述的集中管控功能的三种调节方式相互结合应用，例如，一种应用可以是：前文所述的缓冲段调节步骤中，可以选取能源利用率最高的加热炉进行提火/降火。

综上，本发明实施例公开了一种用于油田加热炉的管控方法，包括了集中管控流程、温度托管流程和节能管控流程等，实现了以下技术效果：

1、通过比较生产指标温度与预设的目标区间，从多种调节方式来精确选择适合的方式来调节加热炉的温度，能安全、快速、精确的达到生产目标；

2、一些实现方式中，还可以根据加热炉的能源利用率来进一步调节，宏观调配加热炉的燃烧，达到节能效果；

3、一些实现方式中，通过对加热炉温度预设合理区间和相应的缓冲区以及相应的自动控制，可以随环境，介质的变化来保持生产目标的时刻稳定。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。