印 濤YIN Tao

（遼河油田總機(jī)械廠 自動(dòng)控制研究所，盤錦 124209）

0 引言

目前，我國油田使用的產(chǎn)生濕飽和蒸汽的設(shè)備是直流式蒸汽發(fā)生器，即：注汽鍋爐。通過注汽鍋爐產(chǎn)生高壓、高溫的濕飽和蒸汽，注入到生產(chǎn)油井的油層區(qū)域內(nèi)，將油層溫度提高到200℃以上，這樣可以降低原油的粘度，提高原油的流動(dòng)性，增加油氣的驅(qū)動(dòng)力，從而提高生產(chǎn)油井的稠油產(chǎn)收率，增加原油的產(chǎn)量[3]。由此可見注汽鍋爐是稠油熱采工藝中的重要設(shè)備。目前注汽鍋爐發(fā)展趨勢(shì)正朝著安全、節(jié)能、大注氣量方向發(fā)展，本文針對(duì)遼河油田總機(jī)械廠生產(chǎn)的50t/h注汽鍋爐，設(shè)計(jì)出一套鍋爐的風(fēng)油比例自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和燃油加熱系統(tǒng)，來保證鍋爐在滿足油田生產(chǎn)工藝要求的情況下，安全運(yùn)行，始終處于最佳燃燒狀態(tài)，提高鍋爐熱效率。

1 風(fēng)油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及原理

1.1 風(fēng)油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

傳統(tǒng)的經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)都是事先知道被控對(duì)象（或過程）精確的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型以及給定的性能指標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律，進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在許多情況下，被控對(duì)象很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)這類對(duì)象和過程就很難進(jìn)行自動(dòng)控制，而對(duì)于這些較難控制的一些生產(chǎn)過程中，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員進(jìn)行手動(dòng)控制，憑借其豐富的經(jīng)驗(yàn)，卻可以收到令人滿意的效果。這就是人腦的重要特點(diǎn)之一就是有能力對(duì)模糊事物進(jìn)行識(shí)別與判決，看起來不確切的模糊手段常?？梢赃_(dá)到精確的目的[7]。

依據(jù)上訴思想設(shè)計(jì)了總機(jī)械廠風(fēng)油調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們?nèi)∪加土髁繛橄到y(tǒng)的輸入值，將燃油流量所能達(dá)到的允許取值范圍分成十段，在每一段內(nèi)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)風(fēng)門開度值，這個(gè)值是通過有經(jīng)驗(yàn)的操作人員人工設(shè)定的。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)首先判定燃油流量輸入值屬于哪一段，然后向風(fēng)門控制器輸出這一段所對(duì)應(yīng)的風(fēng)門開度值，這就是我們對(duì)風(fēng)油自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。為了達(dá)到更好的控制效果，我們又增加了帶有PID控制器的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，對(duì)風(fēng)門的開度進(jìn)行修正使其達(dá)到最優(yōu)的風(fēng)油比。在工程中我們?nèi)″仩t排放煙氣中的含氧量作為反饋量，與我們所設(shè)定的值求差輸入到PID控制器中，得出風(fēng)門開度的調(diào)節(jié)值。最后我們將這個(gè)調(diào)節(jié)值和之前確定的風(fēng)門開度值相加后得出風(fēng)門的最終開度值。如圖1所示。

圖1 風(fēng)油調(diào)節(jié)原理框圖

1.2 程序的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上訴控制原理我們完成了相應(yīng)的程序編制，這里我們給出某一段風(fēng)門開度程序控制圖具體如圖2所示。

圖2 風(fēng)油調(diào)節(jié)程序圖

1.3 本風(fēng)油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）系統(tǒng)響應(yīng)快速。本系統(tǒng)采用人工經(jīng)驗(yàn)控制為基礎(chǔ)，當(dāng)然后有燃油輸入量后，輸出風(fēng)門值直接達(dá)到了最優(yōu)控制點(diǎn)處，上下誤差很小，直接達(dá)到了較好的控制效果。對(duì)比傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)，減少了尋找最優(yōu)點(diǎn)，和調(diào)節(jié)震蕩的過程，所以說響應(yīng)速度快。

2）穩(wěn)定性好。本系統(tǒng)以人工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的PID控制量只起調(diào)節(jié)作用，減少了傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)用氧化鋯測量含氧量不準(zhǔn)，和氧化鋯使用壽命短從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。即使系統(tǒng)不啟用PID調(diào)節(jié)，依靠人工數(shù)據(jù)也可以達(dá)到較好的控制效果。

3）精度高，實(shí)現(xiàn)無靜差控制。風(fēng)油調(diào)節(jié)本身就是一個(gè)純滯后、大慣性和時(shí)不確定性的復(fù)雜控制對(duì)象，本系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)量中我們特意將比例環(huán)節(jié)作用調(diào)低，將積分環(huán)節(jié)作用調(diào)大，減少系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)PID控制器的影響，是系統(tǒng)輸出始終處于最佳狀態(tài)。

4）程序簡化，簡化硬件。本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所以所需硬件及編程語句也都簡化，減少了開發(fā)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。簡化硬件，簡化程序的同時(shí)，也減少了成本，減少了系統(tǒng)因硬件損壞而失效的概率，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 燃油加熱控制系統(tǒng)

注汽鍋爐燃油一般是渣油或重油，這些油的粘度高，流動(dòng)性差。使用前要經(jīng)過預(yù)熱，才能降低燃料油的粘度，以便達(dá)到易于泵送、易于控制、易于霧化的目的。在鍋爐處于點(diǎn)火啟爐階段時(shí)我們采用電加熱器的方式加熱燃油，當(dāng)燃油溫度小于70℃時(shí)啟動(dòng)電加熱器，把燃油加熱到85℃后電加熱器停止工作。電加熱器由PLC控制啟停，具體梯形圖見圖3。圖3為電加熱器動(dòng)作梯形圖。

圖3 電加熱器動(dòng)作梯形圖

當(dāng)注汽鍋爐鍋爐正常運(yùn)行后，鍋爐可以產(chǎn)生高溫、高壓的蒸汽，為節(jié)約電能，我們引出小部分蒸汽對(duì)燃油加熱，即：采用蒸汽伴熱的方式對(duì)燃油進(jìn)行加熱。通過控制燃油蒸汽伴熱電動(dòng)閥門的開度來控制加熱燃油的蒸汽量，當(dāng)燃油溫度過低時(shí)，我們?cè)黾尤加驼羝闊犭妱?dòng)閥的開度增加加熱燃油的蒸汽量，使燃油溫度慢慢升高；當(dāng)燃油溫度過高時(shí)，減少燃油蒸汽電動(dòng)閥門開度即可。總之我們通過調(diào)節(jié)加熱燃油的蒸汽量，能夠很好的保證燃油溫度在我們需要的范圍內(nèi)[1]。燃油溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用采用閉環(huán)控制方式，將燃油溫度經(jīng)溫度傳感器檢測出來，與我們?cè)O(shè)定好的值求差，把此值經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后得出電動(dòng)閥的開度輸出值，從而達(dá)到了我們控制燃油溫度的目的。具體見圖4燃油溫度控制結(jié)構(gòu)框圖。

圖4 燃油溫度控制結(jié)構(gòu)框圖

3 結(jié)束語

這兩套控制系統(tǒng)在遼河油田生產(chǎn)的50t/h燃油注汽鍋爐上得到應(yīng)用，控制效果良好，完全可以保障注汽鍋爐安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行，滿足油田生產(chǎn)的需要。

[1]卓娜,李素華,魏永捷,等.油田燃油注汽鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2009,7：124-127.

[2]Parts,M.Effect of steam injection into two nearby layers.Journal Of Petroleum Science and Engineering,2003：117-124.

[3]劉繼和,孫素鳳.注汽鍋爐[M].北京：石油工業(yè)出版社,2007：113-122.

[4]宋伯生.PLC編程理論、算法與技巧[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006：311-325.

[5]楊公源.可編程控制器(PLC)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.

[6]陳在平.可編程控制器技術(shù)(PLC)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007.

[7]紀(jì)春萌.模糊控制在燃煤注汽鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].大連：大連海事大學(xué),2008.