海上油气田锅炉控制系统参数优化研究与实践.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 10 日 作者简介:孙丰泽(1990),男,汉族,山东泰安人,本科,工程师,研究方向为仪器仪表维修。-65-海上油气田锅炉控制系统参数优化研究与实践 孙丰泽 冯延涛 宋佳超 刘长青 中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东 湛江 524057 摘要:摘要:锅炉是海上油气田的重要设备,直接影响海上油气田的正常生产,锅炉控制系统参数优化是海上油气田锅炉控制系统优化的重要工作。某油田热介质锅炉由燃烧器、现场操作柜、配套仪表阀门等组成,锅炉分为燃气、燃油两种模式,锅炉燃气模式下热介质出口温度波动大、燃气锅炉尾烟温度波动大问题经常出现,需要
2、将此类问题彻底处理,保障海上油气田的正常生产。关键词:关键词:油气田;燃气锅炉;参数优化 中图分类号:中图分类号:TE 1 概述 某油田的锅炉系统主要为油田的原油及 LPG 生产处理装置热用户提供热源,某油田锅炉系统有燃油与燃气两种模式,根据海上油气田的特性,海上油气田锅炉的常用模式为燃气模式,燃油模式作为备用模式。海上油气田锅炉系统的正常运行直接关系到原油天然气的产量,是海上油气田的重要生产设备。海上油气田的锅炉系统在运行过程中经常遇到热介质出口温度不稳定、锅炉尾烟温度波动大、锅炉冒黑烟等问题,严重的还会引起锅炉系统停炉。通过锅炉控制系统的参数优化使锅炉系统稳定运行对与海上油气田具有重要的意
3、义。2 某油田锅炉系统原理介绍 2.1 热介质锅炉的结构 热介质锅炉以天然气或柴油为燃料,通过燃烧器马达提供助燃空气,喷入炉膛内燃烧,炉管盘成圆筒型形受热面,燃烧火焰产生的热量通过辐射和对流的形式将热能传递给盘管内的导热油,由热油循环泵建立导热油加热系统的循环,被加热的导热油在热用户处与用热工质进行换热,从而将燃料燃烧产生的热量间接传给用热工质完成加热目的。换热后的导热油再返回到热介质锅炉里进行再次加热,如此循环往复,实现连续加热。热介质锅炉配置有燃烧器、现场操作柜、配套仪表阀门等。热介质锅炉入口仪表管线设有入口波纹管截止阀。热介质锅炉出口仪表管线设有出口孔板流量计。燃烧器配有燃气管线和燃油管
4、线。燃气管线设有球阀,燃气过滤器,涡街流量计,减压阀等部件。锅炉排烟出口设有防爆门。热介质锅炉上设有氮气灭火装置,灭火原理是降低炉膛内氧气浓度,通过窒息作用使炉内无法维持燃烧而达到灭火的目的。热介质锅炉出油分支管均设有温度变送器,用于每根炉管温度检测。2.2 热介质锅炉燃烧器介绍 某油田锅炉系统采用燃烧器为威索 RGL70 油气两用一体式燃烧器。燃烧器配备有风门驱动装置、燃气减压阀组、燃油/燃气自动控制装置,可以保证燃料燃烧充分,提高热效率。天然气、轻油双燃料燃烧器有两套燃料供应系统,其中燃气供应系统由燃气站过来的燃料气体经过手动球阀、燃气过滤器、燃气减压阀减压至燃烧器工作压力后送至燃烧器。燃
5、烧中所需要的空气,由燃烧器风机送入炉膛辅助燃烧,产生的高温烟气经内外盘管换热后经烟道送入烟囱进行排放。燃油供应系统包括,球阀、离合器、油泵及燃料油阀、油枪电磁阀等组成。使用柴油作为燃料时,风机通过离合器带动燃料油泵运行,当伺服马达到底点火位置时,先点火变压器打火,然后同时打开两台燃料油阀和油枪电磁阀,通过压力雾化把柴油喷射到炉膛内,这时雾化柴油被火花塞点燃。2.3 热介质锅炉控制系统 控制系统采用典型的 PLC+HMI(触摸屏)控制。其中 PLC 对锅炉的各个测点进行实时监测,判断其是否中国科技期刊数据库 工业 A-66-正常,并将传感器信号通过 PLC 转换成工程量送至触摸屏显示。热介质锅炉
6、自控系统集控制仪表、就地仪表、强电控制于一体。这是加热炉控制的中心与关键,对加热炉的温度、压力、压差、流量等进行检测与显示,并自动调节加热炉输出热负荷。系统正常运行模式下可以为热用户提供稳定的热源。3 某油田锅炉热介质出口温度不稳定及尾烟温度波动大问题分析处理 3.1 某油田热介质锅炉问题现象 锅炉在燃气模式下运行,出现尾气温度高高报警停炉,关停设点为 380 摄氏度。中控操作人员发现锅炉在自动调节负荷过程中,热油出口温度和尾气温度波动很大,会短时间上升然后又快速下降,不能稳定在设点范围内。因为尾气温度的急剧上升才导致超过高高设点产生关停,再次启动锅炉后,仍然出现上述问题。3.2 某油田热介质
7、锅炉问题研究分析 3.2.1 检查风机风门位及凸轮位置 维修人员首先对影响锅炉燃烧的风机的风门和伺服电机进行检查。在检查风门时,发现风门活动卡滞,开关不顺畅,于是按照技术参数要求对风门进行活动保养;同时检查凸轮机构上的钢带和伺服电机位置,核对大小负荷位和点火位,未发现异常。此后,维修人员将锅炉负荷调节打到手动位置,通过手动慢慢增大或减小负荷,观察到风门和燃气蝶阀开度可以稳定,热油出口温度也可以稳定在一定的范围内,3 小时内基本上无波动现象。3.2.2 检查程序设置,优化调节参数 锅炉负荷自动调节是根据锅炉热油出口温度与设定值之间差值的绝对值来调节的。死区设定为 5 度,在设定值与热油出口温度差
8、 6 度至 10 度时,伺服马达每 100S 便加大或减小风门开度 1S 时间;在差值 10 度-30 度时,伺服马达每 100S 加大或减小风门开度 2S;在差值大于 30 度时,伺服马达每 100S 加大或减小风门开度 3S。调整 PLC 控制程序。通过仔细检查锅炉 PLC 控制程序发现,锅炉负荷在自动调节时,在增大负荷时,是设定值(N7:0)与热油出口温度(N7:20)差绝对值作为调节负荷的设定值来进行程序控制,而减小负荷运算时,应该也是设定值(N7:0)与热油出口温度(N7:20)差的绝对值作为调节负荷的设定值来进行程序控制,而原程序是将增负荷时设定值与热油出口温度差的绝对值(N7:4
9、0)与设定值(N7:0)相减作比较,这样导致减负荷时风门快速关闭,温度下降较快。因此维修人员将原图中的 N7:40 改为 N7:0。逐次修改调节参数。程序修改正常后,现场将锅炉负荷打到自动调节,观察风门开度变化。依据程序逻辑,在设点为 155 度,当热油出口温度低于 149 度时,风门应该增大,现场观察发现在 3 分钟内风门开度增加了 0.5 度,而热油升高 1 度需要 5 分钟左右,温度传递存在严重滞后,等热油达到死区 5 度范围内时,风门开度已经很大,这样便导致艉烟温度急剧升高,进而导致艉烟高高关停。因此,维修人员分析是伺服马达动作周期太短所致,应加大周期进行调试。根据以往其他控制系统的经
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