长输原油管道加热炉自动控制技术论述

刘治宝

摘 要：作为一种原油储运的主要方式，长距离原油输送十分重要。管道加热炉的自动控制技术一直是输油工艺的重点，也是长距离原油管道输送系统的重要环节，为原油的输送提供了保障。管道加热炉主要是将原油的温度提高，以此来达到降低原油粘度的效果。本文就长输原油管道加热炉的工程背景、运行条件、发展历程以及加热炉系统做了阐述，最终得出结论。

关键词：长输；原油管道；加热炉；自动控制技术

始于最早提出的使用离心调速机的蒸汽机系统的稳定分析，自1868年至今，自动控制理论有了很大的发展。现代的加热炉自动控制技术在前人的总结上，不断发展，发展中又补充了很多，使得自动控制技术更加成熟。当今的自动控制技术已经到了较为智能化的地步，在各种技术的发展下，整个系统的性能都有了较大提升。

一、长输原油管道加热炉研究的工程背景

进行长距离的管道输送原油是我国乃至世界输送原油的主要方式。在输送原油的过程中，由于原油本身的特点给输送带来了一定的困难。比如说，原油本身蜡的含量高，并且凝固点也比较高，基于原油的这一特点来说，我们可以通过给原油加热来降低原油的凝固点。输送过程中，为了保证原油较为顺畅地运送到目的地，需要不断地给原油加热，这就需要加热炉来完成。加热炉广泛的分布于各条长输原油管道上，是长输原油运输管道不可缺少的设备。

二、加热炉的一般特征

（一）高耦合的特性

加热炉本身的构造比较复杂，它输入和输出都比较多，这就要求了各个工艺和系统参数耦合性较高，要使得原油出力达到最大化，就必须合理的搭配温度、流量、压力。此外，烟道挡烟板的位置也应该适当，否则会降低加热炉的加热效率。

（二）纯滞后的特性

原油加热需要由热传递来完成，传递的过程就不免有一定的滞后性，原油出炉时的数据也会滞后于其他方面的参数。这是因为，加热炉本身的工艺和构造情况以及各参数在采集时的位置有所差异，这就致使烟道含氧量的采集数据具有一定的滞后性，与燃油的流量和助燃空气的流量出现一定的差距。

（三）不确定的特性

输油管道中的原油成分不尽相同，处于变化的状态当中。或者说管道中的燃料的热值变化不定，这就使得最佳的风油比变化不定。除此之外，由于加热炉本身的构造，在运行过程中，预热器有结垢的现象，这就改变了加热炉的温度场，也给优化燃料油的控制带来了困难。

（四）惯性大的特性

一般来说，热量的完全散失需要有一定时间，因此，在熄灭加热炉后，再加热炉中依旧有大量的剩余热量。这一特性造成了原油的汽化，给实际的工作带来了一定的困难。

三、加热炉运行的条件和要求

（一）有较高的安全性

我国对输油工艺方面有相关的规定，其中之一就是不允许管道内的原油汽化，。输油管道中原油的汽化会带来严重的后果，尤其是在长距离输送的过程中，比如，火焰偏烧和输油管道泄漏等事故都是来源于管道内的原油汽化。在上文中也有提到，加热炉的滞后性给工艺中的这个环节带来了很大困难。

（二）要有一定的平稳性

根据输油工艺规程，原油管道在输送过程中是不允许产生凝管现象的。这就意味着，即使是在部分设备出现问题的情况下，加热炉依然能够正常平稳的运行。这就给目前国内的长输原油管道的加热炉控制系统提出了较高的要求。

（三）应该有高效性

高效性是人们永远的追求，更是输油管道加热炉要到达的一个目标，高效性也是降低能耗，节约资源的重要体现。目前的烟道含氧量数据采集的滞后性是达到高效性的重要制约问题。

四、长输管道加热炉的技术发展

（一）将控制系统网络化

加热炉的控制系统应该符合长输管道的密闭输送流程的要求，原油的气化很大一部分是由于控制方式的不当，因此，管道发生泄漏时应当特别注意。加热炉是一个惯性较大的同时又滞后性较强的系统，在管线原油出现泄漏的情况下输油泵会智能化的停泵，这样一来，管道原油会出现暂时性的停止流动。但是如果此时的加热炉在高负荷高速度的运行下，那么即使是停止加热炉的运行也会会导致原油的汽化，这是因为炉膛内温度过高，无法一时释放。我们所说的控制系统的网络化就是在长输管道中的任意一点中有问题，或是有潜在问题的话，就会出现全线联动。随着输油管道检漏技术的不断提高下，现今已经有将管道加热炉纳入整个管道系统的做法了。这样一来，即使在长输送过程中有原油的泄漏情况也可以及时的对此加以控制，将原油泄漏带来的危害降到最低。

（二）加强管道加热炉的故障诊断能力

加热炉有着十分复杂的结构，因此，它的辅助系统也就较多。加热炉各个辅助系统之间密切的关联性给系统的故障诊断带来了极大的困难。因此，加强管道加热炉诊断程序的诊断能力很有必要，对于保障加热炉长期稳定的工作也有着十分重要的作用。

（三）融合多领域的先进技术

目前的管道加热炉炉膛的火焰监视一般都是采用的火焰监视器。火焰监视器输入的是开关量，这就意味着，它只能反映出炉膛中是否有火，而不能真实地反映出炉膛内此时此刻火焰的温度和火焰的形状。随着现在技术的不断发展，监视设备和监视方法也有了较大的进步。比如，有的窑炉和锅炉就有应用图像处理的方法来检测和判断炉膛内火焰的温度和形状。因此，在管道的加热炉技术上也可以利用这个方法，利用图像来分析和检测炉膛火焰的实际情况。目前，烟道含氧量的测量是优化加热炉燃烧的关键。但是，由于目前我国科技的发展有一定的不足，在仪器和设备上还不能更好的解决这个问题。

（四）加强容错控制能力

一个系统应当有冗余能力，对于长输原油管道来说就是系统的容错控制能力。它使得在某些部件出现故障的情况下（只要是在可接受的条件内），系统依旧可以按照原定的步骤程序来完成控制任务。一般来说，目前常用的容错控制方式是通过控制设备以及控制一些设备。

五、总结

由于每个控制理论都有它本身的适用性和局限性，不能一种控制理论来解决实际工作中出现的任何问题，这些因素使得自动控制技术的多样化。长输原油管道加热炉的自动控制技术对于原油的输送有着重要的意义，应当引起重视。

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