专利名称：油田加热炉的全自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及.一种油田加热炉的全自动控制系统，它属于石油工业 的自动控制技术领域，特别是油田加热炉的各系统的自动控制。
背景技术：
目前用于油田加热炉自动控制系统较多，通常由加热炉出口温度 检测元件和控制阀组成的出口温度自动控制系统；有出口压力检测元 件和调节阀组成的控制系统；有由点火器和点火电磁阀组成的半自动 点火系统。上述这类系统都是单回路常规仪表控制，其控制效果有限， 也存在如下的一些问题，比如不能及时的实现到燃气的漏气检测，不 能实现全自动的监控和检测等等。本申请人在2004年4月30日提出的专利申请号为 200410037150. 8的专利申请中所涉及的《油田加热炉自动控制系统》 与上述所提及的技术方案的类型相近似。该申请的技术方案虽然解决 了油田加热炉的自动控制，但是也属于单回路常规仪表控制，不能实 现真正意义上的全自动控制，即加热炉无人值守型全自动控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动控制程度高，且安全可靠的油田 加热炉的全自动控制系统。本发明的目的是这样实现的一种油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于它包括一个可以 实时检测炉管温度，并存储，且进行数字、棒图、实时曲线显示的可 编程控制器PLC以及设置在加热炉上的与可编程控制器PLC连接的检 测装置；所述的设置在加热炉中的检测装置如下加热炉出口温度变 送器、设置在炉管上的测温元件；出口压力变送器、出口流量变送器、 烟道温度变送器、入口温度变送器、炉膛炉管温度变送器、火焰4企测器、燃烧器之点火器、风门执行器、点火电磁阀、主电磁阀、燃气流量变送器；所述的出口温度变送器、可编程控制器和调节阀所组成加 热炉出口温度控制回路；由火焰检测器、电磁阀和可编程序控制器所 组成熄火自动保护系统；由燃气泄露检测开关，点火器，点火电磁阀， 风门执行器和可编程序控制器组成自动点火系统；由燃气流量、风门 执行器组成空气与燃气自动配风系统；由燃气流量，入口温度、烟道 温度以及可编程序控制器PLC所组成的加热炉热效率自动分析系统； 由炉管高温检测器，温度变送器和可编程序控制器PLC所组成火焰区 炉管表面温度检测系统。所述的炉管内壁上设有隔热保护层，所述的测温元件焊接在炉管的隔热保护层上。所述的火焰;险测器为紫外线火焰^r测器。所述的可编程控制器包括微处理器、时钟、定时器、计数器、随 机存储器，可抹存储器、显示单元、模拟量输入、模拟量输出、数字 量输入和^:字量输出部件。所述的加热炉还包括连接温度检测元件的焊点，温度检测元件 和在所述的炉口部分的内壁上设置有耐火砖。所述的设置在加热炉中的检测装置的安装和连接方式如下介质 入口温度变送器、出口流量变送器、出口压力变送器分别安装在出口 管线上，炉管高温检测温度变送器，分别焊接在火筒炉管钢板上，其 中温度变送器安装在耐火砖内，温度变送器TE3安装在无耐火砖的钢 板上，火焰探头安装在火咀旁并能观测到火焰的位置，风门执行器和 点火器安装在燃烧器上，燃气泄露;f全测开关、调节阀、主电-兹阀、燃 气流量变送器分别安装在燃气供给主管线上，点火电磁阀安装在调节阀的副线上；可编程控制器安装在室内仪表盘上，室内到现场每个变送器使用屏蔽二芯电缆连接。本发明利用可编程序控制器和炉内设置的各类检测装置的连接， 实现了油田加热炉的全自动控制程序，其中包括克服大滞后的出口温度调节回^^，利用燃气流量自动配比空气量；在全自动点火程序中， 增设燃气泄漏;险测，实行有漏不点火的安全点火程序；在熄火保护系 统中采用紫外线火焰检测器，实现有火开阀无火关阀；成功实现在火 焰区内检测钢管表面温度，经可编程序器进行数据处理后，对炉管表 面温度预报警、报警和停炉控制；通过对燃料流量、水流量以及加热 炉出口 、入口水温4企测，实现炉效的正平衡计算控制，从而实现加热 炉无人值守型全自动控制。
图1为本发明的系统结构示意2为本发明的加热炉出口温度控制流程接线3为本发明的自动点火控制流程接线4为本发明的熄火保护控制流程接线5为本发明的空气与燃气配比控制流程接线6为本发明的高温检测控制流程接线7为本发明的炉效检测控制流程接线图
具体实施例方式下面结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7,对本发 明进行进一步的说明为了实现本实用新型的目的，在本发明中，在现有的油田加热炉 中做了一定的改进，加热炉上安装的检测仪表与设备有加热炉出口 温度变送器TE1出口压力变送器PE1、出口流量变送器FE2、烟道温度变送器TE4、入口温度变送器TE5、炉膛炉管温度变送器TE2、 TE3、 火焰检测器BE1、燃烧器BN之点火器TH1、风门执行器ZV1、点火电 磁阀SV2、主电磁阀SV1、燃气流量变送器FE1。加热炉包括外封 筒l，被加热的介质2，如油或水，火筒钢板3，焊点4,温度检测元 件5，耐火砖6。上述的设备和仪表的安装和连接方式如下介质入口温度变送器TE1、出口流量变送器FE2、出口压力变送 器PE1分别安装在出口管线上，炉管高温检测温度变送器TE2、 TE3, 分别焊接在火筒炉管钢板3上，其中温度变送器TE2安装在耐火砖6 内，TE3安装在无耐火砖的钢板上，紫外线火焰探头BE1安装在火咀 旁并能观测到火焰的位置，风门执行器ZV1和点火器TH1安装在燃烧 器BN上，燃气泄露检测开关PSL、调节阀TV1、主电f兹阀SVl、燃气 流量变送器FE1分别安装在燃气供给主管线上，点火电;F兹阀安装在调 节阀的副线上。可编程控制器安装在室内仪表盘上，室内到现场每个 变送器连接均用屏蔽二芯电缆。如图2所示，所述的可以实时检测炉管温度，并存储，且进行数 字、棒图、实时曲线显示的可编程控制器PLC主要有^t处理器CPU、 时钟、定时器、计数器、随机存储器RAM，可4未存储器EPR0M、显示 单元AM1、模拟量输入AI、模拟量输出AO、数字量输入DI和数字量 输出部件组成。其接线方式采用标准的端子标注法，如AI之端子l, 标注TE1，表明接到加热炉出口管线的温度检测元件TE1上，AO之 13,标注TV1，表示接到调节阀TV1上，数字量输入D1和输出量DO 的接法也相同，DI之25,标注PSL,表示接到燃气泄漏检测开关PSL 上。由BE1紫外线火焰检测器电磁阀SV1和可编程序控制器PLC所组 成的熄火自动保护系统，即当炉膛内有火焰时电磁阀SV1自动打开， 当炉膛内无火焰时，电磁阀SV1自动关闭，防止无火时燃气进炉膛， 一旦有火源时炉膛爆炸；由燃气泄露检测开关PSL,点火器TH，点火 电磁阀SV2，风门执行器ZV1和可编程序控制器PLC组成自动点火系统，实现点火开始时，首先由燃气泄漏检测开关PSI^企测燃气管道内 有无燃气泄露，如有泄漏，停止点火，无泄漏时，点火开始，执行点火程序打开风门执行器ZV1， 5分钟吹扫炉膛，然后控制程序给点 火电磁阀SV2送电，开阀。同时给点火器TH送电，打火，当有火焰 时，紫外线火焰检测器BE1自动打开电磁阀SV1 (主阀)，转入正常 燃烧，同时点火电;兹阀SV2自动关闭。如点火失败，PLC自动控制点 火程序，从头开始，直到点火成功为止；燃气流量FE1、风门执行 器ZV1组成空气与燃气自动配风系统，当燃烧器点火后，燃气开始有 流量增加时，风门开度自动增加，燃气流量减少时，空气风门的开度 自动减少，空气流量与燃气流量始终成比例变化；由燃气流量FEl, 入口温度TE5烟道温度TE4以及PLC所组成的加热炉热效率自动分析 系统，实时计算与显示加热炉炉效；由炉管高温检测器⑤，温度变送 器TE3、 TE2和PLC所组成的在火焰区检测炉管表面温度，解决了以 前无法检测难度；对于蒸汽锅炉，由出口压力PE1代替出口温度TE1 进行负荷自动控制。上述系统与PLC共同组成加热炉全自动控制装 置。出口温度自动控制、空气与燃气配比控制、自动点火、熄火保护、 在火焰区检测炉管表面温度和加热炉炉效自动分析与计算，是以弱积 分窄比例实现调节大滞后的出口温度回路；以燃气流量FE1等比例调 节配风；以燃气泄漏检测开关PSL检测有泄漏否定全自动点火；以紫 外线火焰检测器BE1检测火焰有无实现熄火保护；将测温元件⑤焊接 在炉管上并带有隔热保护层上检测炉管表面温度;通过燃气流量FEl, 水流量FE2、出口温度TE1和入口温度TE5的检测，自动实现炉效的 分析计算，实现加热炉全自动控制。在本实施例中，具体的连接方式和工作原理如下由图三所示，加热炉出口温度控制回路由出口温度变送器TE1、 可编程控制器PLC和调节阀TV1所组成，其接线方式温度变送器 TM输出接PLC模拟输入接口 AI的1#端子，经PLC的PID比例积分 和微分运算后，经其模拟输出端子AO的13、 14端子输出，接到调节阀TV1，实现自动调节。此控制器由于采用窄比例，弱积分参数控制， 成功解决了加热炉大滞后环节的出口温度自动调节。由图3所示，自动点火系统是由程序控制器PLC和燃气泄漏检测 开关PSL、点火器TH1、点火电磁阀SV2所组成的。程序控制器模拟 输出接口 A0的14#端子接风门执行器ZV1,燃气泄漏检测开关PSL输 出信号接可编程序控制器数字输入接口 DI的25#端子，点火电磁阀 SV2来电接于PLC数字输出接口 DO的38#端子，点火器TH1接到DO 的29#端子。当点火开始时，人工闭合触摸屏AM1上的点火开关，PLC 开始执行点火程序，首先检测燃气泄漏开关PSL是否闭合，闭合表示 无燃气泄漏，打开风门执行器ZVl,吹扫炉膛5分钟，保证点火前炉 膛内没有任何可燃气体，5分钟过后，开始分别通过DO的38#、 39# 端子给点火电磁阀SV2和点火器TH1送电，当点火器TH1打火，点火 电磁阀SV2通电打开燃气和空气在燃烧器内部，必然点燃。待主电磁 阀SV1自动打开后，点火结束，主火燃烧。当点火开始时，泄漏检测 开关PSL断开，说明有燃气泄漏，程序系统锁定不准点火，直到PSL 开关闭合，说明无燃气泄漏，才开始执行点火程序。由图4所示，熄火保护系统由火焰监控器BE1可编程序控制器 PLC和电^f兹阀SV1所组成的。火焰监控器BE1的输出接入PLC数字输 入接口 DI的28#端子。PLC的输出DO的37#端子接电磁阀SV1。当火 焰监控器BE1检测到炉膛内有火焰时，自动打开电磁阀SVl,使燃料 进入燃烧器BN，供燃烧，当由于某种原因熄火时，通过火焰监控器 检测到无火，PLC自动给SV1断电、关闭，使燃气在点火之前，不准 泄漏到炉膛内，以免爆膛，实现熄火自动保护。由图5所示，燃气流量FE1、可编程序控制器PLC和风门执行器 ZV1组成空气燃气自动配风控制系统。燃气流量FE1输出接到PLC模 拟输入端子的AI的7，PLC输出经模拟输出AO的13接到执行器ZV1。 其PLC控制器设为纯比例控制器，当燃气流量变化时，其风门开度与 燃气流量成比例开关，实现燃气流量与风量自动配比控制。由图6所示，火筒耐火砖内温度变送器TE2、耐火砖外温度变送器TE3、可编程序控制器PLC和调节阀TV1组成炉管高温;险测系统， TE2输出接AI的2，TE3输出接AI的4, A0输出接TV1。 PLC通过TE2、 TE3实时检测炉管温度，并通过RAM、 EPRAM存储，通过AMI进行数 字、棒图、实时曲线显示，当检测的温度超过设定值时预报警、报警， 以及通过调节阀TV1降负荷，保证炉管安全进行。由图7所示，加热炉;故加热介质出口压力PE1、出口温度TE3、 出口温度FE2、入口温度TE5、燃气流量FE1、燃气温度TE6和PLC 组成炉效^f企测系统，出口压力变送器PE1、出口温度变送器TE1、出 口流量变送器TE5的输出、烟道温度变送器输出分别接在AI的5、 4 端子，燃气流量变送器FE1，燃气温度变送器TE6的输出分别接在AI 的7、 8端。输入信号经PLC运算后，指示出加热炉炉效，实现炉效 自动检测与分析，从而解决了加热炉炉效无法检测与分析的难题。利用燃气流量成比例控制风门开度这一空气与燃气自动配比技 术，当燃气流量增加时，配风量自动增加，燃气量减少时，配风量自 动减少。由于燃气流量很容易测量，选用的流量计精度为0. 5级，致 使配风流量配比精确，使烟气中氧含量精确稳定在1%—5%，远远高 于国标2°/。一7°/。的标准，比同类其它控制方案节能8%—10%。在自动 点火程序中，除了设有点火前先强制对炉膛吹扫5分钟，再通电、通 气点火外还设有点火前阀门是否泄漏检测，通过燃气泄露开关PSL检 测， 一但有阀门泄漏，拒绝点火，待泄漏处理完，再重新执行点火程 序点火，增加点火安全可靠性。在现场应用中，彻底杜绝"爆膛，，事 故发生。熄火保护系统由于采用世界上最先进的紫外线火焰检测器 BE，其探头只对火焰敏感，对其它如电光、阳光等，均不敏感，并 选用高灵敏电磁阀控制SV1,从现场测试结果， 一但由于某种原因熄 火，电磁阀SV1在一秒内切断天然气，实现安全自动停炉。将耐高温 的测温元件5，焊在火筒上的并有隔热层4保护和传热的作用，解决 了在火焰区内检测火筒壁3温度这一难题，其信号经温度变送器TE3 送给可编程序控制器进行数据处理，可为操作工提供管壁温度显示， 高温预报警、报警、超温降负荷或停炉。从而杜绝加热炉"爆管，，事故的发生。投入与节约比可达l : 4。加热炉炉效是至关能耗大问题， 本炉效自动检测与分析，可实时提醒操作，修改操作，降能耗，提高 炉效。本发明实施后加热炉炉温设定值为78°C,实际实时值77.5 °C;空气与燃气配比控制没安装前烟气含氧量5%—9%，安装后含 氧量2%—4%。自动点火 一次自点成功；熄火保护切断天然气与 关电磁阔同步动作。炉管高温检测20°/ 负荷，炉管表面150。C。 100% 负荷，炉管表面430。C。 110%负荷，炉管表面485。C (超温运行)。炉 效可达86. 5%，高于同类其它产品。
权利要求
1、一种油田加热炉的全自动控制系统，其特征在于它包括一个可以实时检测炉管温度，并存储，且进行数字、棒图、实时曲线显示的可编程控制器PLC以及设置在加热炉上的与可编程控制器PLC连接的检测装置；所述的设置在加热炉中的检测装置如下加热炉出口温度变送器(TE1)、设置在炉管(3)上的测温元件(5)；出口压力变送器(PE1)、出口流量变送器(FE2)、烟道温度变送器(TE4)、入口温度变送器(TE5)、炉膛炉管温度变送器(TE2)、(TE3)、火焰检测器(BE1)、燃烧器(BN)之点火器(TH1)、风门执行器(ZV1)、点火电磁阀(SV2)、主电磁阀(SV1)、燃气流量变送器(FE1)；所述的出口温度变送器(TE1)、可编程控制器(PLC)和调节阀(TV1)所组成加热炉出口温度控制回路；由火焰检测器(BE1)、电磁阀(SV1)和可编程序控制器PLC所组成熄火自动保护系统；由燃气泄露检测开关(PSL)，点火器(TH)，点火电磁阀(SV2)，风门执行器(ZV1)和可编程序控制器(PLC)组成自动点火系统；由燃气流量(FE1)、风门执行器(ZV1)组成空气与燃气自动配风系统；由燃气流量(FE1)，入口温度(TE5)、烟道温度(TE4)以及可编程序控制器PLC所组成的加热炉热效率自动分析系统；由炉管高温检测器，温度变送器(TE3、TE2)和可编程序控制器PLC所组成火焰区炉管表面温度检测系统。
2、 如权利要求1中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征 在于所述的炉管(3)内壁上设有隔热保护层(4),所述的测温元件(5)焊接在炉管(3)的隔热保护层(4)上。
3、 如权利要求1中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征 在于所述的火焰检测器(BE1)为紫外线火焰检测器。
4、 如权利要求1或2或3中所述的油田加热炉的全自动控制系统， 其特征在于所述的可编程控制器PLC包括微处理器CPU、时钟、 定时器、计数器、随机存储器(RAM)，可抹存储器(EPR0M)、 显示单元(AM1)、模拟量输入(AI)、模拟量输出(A0)、数字 量输入(DI)和数字量输出部件。
5、 如权利要求1中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征 在于所述的加热炉还包括连接温度检测元件(5 )的焊点(4 ), 温度4企测元件(5 )和在所述的炉口部分的内壁上设置有耐火砖(6)。
6、 如权利要求5中所述的油田加热炉的全自动控制系统，其特征 在于所述的设置在加热炉中的检测装置的安装和连接方式如 下介质入口温度变送器(TE1)、出口流量变送器(FE2)、出口 压力变送器(PE1)分别安装在出口管线上，炉管高温检测温度 变送器(TE2、 TE3),分别焊接在火筒炉管钢板(3)上，其中 温度变送器(TE2 )安装在耐火砖(6 )内，温度变送器TE3安 装在无耐火砖的钢板上，火焰探头(BE1 )安装在火咀旁并能观 测到火焰的位置，风门执行器(ZV1)和点火器(TH1)安装在燃烧器(BN)上，燃气泄露检测开关(PSL)、调节阀(TV1)、 主电磁阀(SV1 )、燃气流量变送器(FE1)分别安装在燃气供给 主管线上，点火电》兹阀安装在调节阀的副线上；可编程控制器 安装在室内仪表盘上，室内到现场每个变送器使用屏蔽二芯电 缆连接。
全文摘要
一种油田加热炉的全自动控制系统，它属于石油工业的自动控制技术领域，它由可编程序控制器PLC以及设置在加热炉内部的流量变送器、出口压力变送器、温度变送器，火焰探头、风门执行器、点火器、燃气泄露检测开关、调节阀、主电磁阀和燃气流量变送器组成了出口温度自动控制系统、空气与燃气配比控制系统、自动点火系统、熄火保护系统、在火焰区检测炉管表面温度系统和加热炉炉效自动分析与计算系统，成功实现在火焰区内检测钢管表面温度，经可编程序器进行数据处理后，对炉管表面温度预报警、报警和停炉控制；通过对燃料流量、水流量以及加热炉出口、入口水温检测，实现炉效的正平衡计算控制，从而实现加热炉无人值守型全自动控制。
文档编号F24H9/20GK101329110SQ200810141609
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者刘永才, 陈国玺 申请人:深圳市佳运通电子有限公司