加热炉远程监控系统的设计与应用

姜宏 范文斌 褚海威 南嘉雪

摘要：加热炉在石油行业广泛适用于原油加热与站区取暖，对站外加热炉的运行情况只能通过巡检完成监测，随着自动化技术的不断发展，对自动化的需求越来越大，生产过程数据监控已成为生产过程不可缺少的环节。青海油田采油三厂现有加热炉70台，燃烧器采用程控器控制，对站外加热炉的运行情况只能通过巡检完成监测。增加了劳动强度，在安全生产方面存在着隐患。本文针对存在问题，对加热炉燃烧器的电路及点火原理进行研究，将加热炉燃烧的程控器控制进行改进。应用PLC控制技术、网络通信技术、自动化组态软件，在加热炉加装小型PLC，实现加热炉燃烧器自动控制，实现了远程监控功能。减轻一线员工的劳动强度有着重要意义。

关键词：加热炉;远程启停;PLC;组态软件

1 前言

目前在油田上使用的加热炉都是独立的控制单元，对加热的温度控制主要依靠现场温控仪和燃烧器内部程序控制器完成，操作员工对加炉运行参数是通过巡检得知。加热炉在运行过程中如发生故障、集输管线冻堵、泄漏时，不能及时发现、解决问题，易引发安全事故，存在着一定的安全风险。

随着自动化技术的不断发展，对自动化的需求越来越大，生产过程数据监控已成为生产过程不可缺少的环节。青海油田采油三厂分管七个泉、花土沟等四个采油区块和花土沟联合站，现有加热炉70台，燃烧器采用程控器控制。对站外加热炉的运行情况只能通过巡检完成，增加了劳动强度，在安全生产方面存在着隐患。针对存在问题，对加热炉燃烧器的电路及点火原理进行研究，将加热炉燃烧的程控器控制进行改进，由加热炉燃烧器的程控器控制转换成PLC控制，在加热炉加装小型PLC，可远程监控加热炉温度、压力、液位，使燃烧器自动控制，实现了远程监控功能。

2 远程监控系统的设计

2.1 系统的硬件设计

根据需求选用了S7-224-CN、EM231 、CP243-1，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。16K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。

模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能，可适用于复杂的控制场合直接与传感器和执行器相连，12位的分辨率和多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连。

2.2 系统组成

燃烧器系统主要由 PLC（可编程逻辑控制器）、检测传感器（温度、压力、液位、）、天然气控制阀（电磁阀）、空气供给装置（风机）、空气检查装置（风压开关）、燃烧室和点火装置、火焰检查装置（火焰探针）、燃气及空气控制装置（伺服电机）。系统利用热电阻测得炉内温度值，输入给可编程控制器。可编程控制器把输入信号与给定值比较，根据比较结果进行逻辑运算。再将运算结果经D/A（数/模）转换，向燃烧器发出点火;停炉及大小火转化等控制指令。

2.3 系统功能

PLC改造后的燃烧器控制系统具有的主要功能有炉膛自动吹扫及合理配风、自动点火和灭火、炉内温度控制、炉膛安全检测、数据远传等功能。

炉膛自动吹扫及合理配风。停炉后点火、点火失败或运行过程中，都需要对炉膛及烟道系统完成一次吹扫。点火前吹风可以有效地清除在炉膛及烟道中可能集聚的可燃气体，提高燃烧器运行的安全性。

自动点火和灭火。燃烧器未改造之前点火时不能实时监测燃烧状况、预测突发故障，易出现伤害事故。PLC改造后的点火过程全部实现自动化。在成功吹扫完成后，进行点火准备，点火成功后，点火指示灯亮。若 PLC 在扫吹后未接收到点火成功的信号，就会发出“报警”（点火指示灯灭），立即停止所有设备运行，进行故障检测

炉内温度控制。加热炉燃烧过程中温度过高，导致压力上升，可造成爆炸事故，对炉内温度的控制尤为重要。根据设定温度与实际温度比较后，按照检测结果向燃烧器执行机构发出启停炉及大小火转换的指令信号。改造后的燃烧器通过控制伺服电机对风门及气门的调节来控制大小火的转换。控制柜触摸屏显示的功能。

2.4 数据传输

所有信号通过PLC通讯模块将数据传输到邻近配水间机房，由交换机完成数据交换，小站值班室通过组态后的监控图实时监控到加热炉的运行情况，一旦发生故障可第一时间进行处理，提高了加热炉运行安全性、可靠性。避免了因巡检不及时造成故障后停炉时间过长引起的管线压力升高问题，影响原油生产。

2.5 上位机组态

在上位机上利用力控组态软件进行程序开发，首先经过硬件I/O组态，使硬件联通，再进行数据组态，把监控点数据采集上来，最后再进行图形功能组态，实现加热炉主监控画面、报警画面、报表、历史趋势等效果。远程监控画面。

3 应用效果

3.1 实现加热炉远程自动监控，降低职工劳动强度。

通过对加热炉运行参数的远程监控，实现了燃烧器故障智能报警提示，员工在值班室可以及时解决问题，降低了劳动强度，节约了巡检费用。

3.2 优化燃烧状态，提高效率，降低污染。

根据设定温度与实际温度比较，按照检测结果向燃烧器执行机构发出启停炉及大小火转换的指令信号。对燃烧器的燃烧状态、加热炉进、出口油温实时监控，并对燃烧器风门进行优化控制，使燃烧更加充分，提高加熱炉效率，降低环境污染。

3.3 生产数据统一管理，协助安全生产部署。

实现了联网数据远传，使加热运行数据上传至计算机室的生产数据库，并以WEB形式发布在单位信息网上，授权用户可随时上网查看，统一管理。

参考文献：

[1] 刘华波等编著.西门子S7-300/400 PLC编程与应用.北京：机械工业出版社，2009

[2]西门子（中国）有限公司编著.深入浅出西门子S7-200.北京：北京航空航天大学出版社，2007.7

[3]王军.自动控制原理. 重庆：重庆大学出版社，2008

作者简介：

姜 宏，1970年9月出生，男，集团公司技能专家，仪表自动化助理工程师，现在青海油田采油三厂主要从事仪表自动化平台建设、生产数据的采集优化等工作。