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1、直接式原油加热炉控制系统应用交流材料1 直接式原油加热炉控制系统应用交流一、引言石油号称“工业的血液” ，在世界的任何角落，石油都是必不可少的。加热炉是长输管道和油田生产中广泛使用的设备，也是主要的耗能设备，在石油长输管道以及油田生产中占有重要的地位。我们按照原油是否通过加热炉炉管，原油加热炉主要分为直接式和间接式两类。直接式原油加热炉是通过炉管直接对原油进行加热；间接式原油加热炉通过间接对原油进行加热。在 70年代初，当时由于原油长输管道刚刚起步，特别是当时的社会条件和技术能力所限， 在输油管道上使用的热力设备称为方箱式加热炉,方箱型加热炉存在的主要问题是：1、热效率低，排烟温度过高，无余热
2、回收装置，炉体表面散热损失大，自然通风无法控制空气量。2、采用大量耐火粘土砖、红砖砌筑，现场施工周期长，不能实现工厂预制化。 3、自动化程度低，缺乏自动保护措施，可靠性差。到了 80 年代，国外的原油输送技术不断的提高，我国开始引进了进口的管道运输加热设备间接式原油加热炉（热媒炉） ，热媒通过加热炉炉管被提高温度，并在换热器内与被加热原油进行换热。 （在管道储运分公司的中洛线、东黄线等采用了热媒炉）。热媒炉采用全钢制结构，并采用了热媒换热技术，使得热力设备在加热效率方面和安全方面都得到了很大的提高。整套设备由加热炉、换热器、热媒、膨胀罐、热媒循环泵、检测控制仪表与管道附件等组成。但是热媒炉的主
3、要缺点是设备复杂，占地面积大，造价高。我们今天不讨论这种炉型。 （这种目前在潍坊等处还有部分使用） 。进入 90 年代，输油生产持续不可间断的工艺特点和工业现场环境，要求直接式原油加热炉的控制系统必须具备更加高度的可靠性和灵活的调节功能。为适应这一市场的需要，作为中国石化集团管道储运公司下属定点生产直接式加热炉生产厂家，徐州管道技术作业分公司（原华东输油管理局徐州石油机械厂）自1992年开始研制、生产直接式加热炉及其控制系统，经过多年的努力，已形成了GW1800 8000kW等型加热炉，其控制系统均采用 PLC为核心的全自动监视控制系统(IPC-PLC 方式) 实现对加热炉的控制 , 并在实际
4、应用中都获得了成功 ,下面主要介绍该炉型。二、原油加热炉自动控制系统的发展70 年代初，由于当时技术能力的限制，方箱式原油加热炉基本上采用手动控制。但是，由于控制系统的不完善和人为操作不可避免的误动性，导致了方箱式原油加热炉存名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料2 在一定的安全隐患。 80 年代的热媒炉，控制系统的自动化程度有了大大的提高。引入了风油配比双交叉限幅调节的控制思想，
5、解决了热媒炉自动进行负荷调节问题。同时，增加了烟气含氧量测量，进一步优化火焰燃烧，提高了热效率，可以达到90。进入 90 年代，随着可编程序控制器（PLC ）等发展较为迅速的工业自动化控制产品的普及， 该类产品在国内外被广泛运用于自动化领域内。过去，PLC纯粹是将继电器逻辑控制线路用数字电路构成，它可避免由于控制要求发生变化而不得不重新连接控制线路的复杂操作。 现在，PLC硬件结构发生了重大变化， 由只能处理开关量， 到能处理模拟量输入 / 输出、特殊的脉冲量、伺服控制、PID、模糊控制等。计算机技术的发展使得更改数字电路的操作软件化，特别是PC机软件操作系统的出现，支持DOS 、WINDOW
6、S的编程软件更易操作。另一重大的变化是PLC通信功能的扩展，这使得PLC摆脱“孤岛”运行，进行联网，与计算机通信、交换数据，增加现场总线、通信、特殊模块。现在的PLC不再是原来的简单PLC了，它几乎可以完成所有的自动化控制任务，甚至包括过程控制，这使得 PLC获得强大的生命力和更宽的应用领域。因此，我们直接式原油加热炉的控制系统的目标：是使生产一线人员摆脱繁重的人工劳动实现高效率的工作，它把传统的控制室变成了计算机和一个个图形屏幕，计算机代替了控制室的许多功能，包括显示、监控、报警、控制等。它提供了丰富的数字、文字、图形等格式将现场数据实时显示给操作员，同时操作员可直接从计算机改变设定值或其他
7、关键值，从而实现原油、风的最佳燃烧工况，因此它在油田集输、长输管道领域得到了越来越广泛的应用。三、GW 系列加热炉工艺系统及流程 1800KW8000KW 等系列加热炉的本体为轻型快装式结构，主要由辐射室、对流室、烟囱、附件等组成。辐射室为八面体卧式结构，其中的辐射炉管沿辐射室周边对称水平布置，炉管之间由弯头连接，弯头置于前、后墙弯头箱内，焊缝不受火焰加热，处于低温区。对流室为长方体结构，置于辐射室之上。对流室内的对流炉管由钉头管和光管组成，钉头管的换热面积大，减小了对流室的高度和体积。对流炉管采用六管程平行重叠布置，每个流程炉管之间由弯头连接，弯头置于弯头箱内，焊缝处于低温区。烟囱位于对流室
8、之上，这样的结构减少了加热炉的占地面积，主要附件有烟囱挡板操纵机构、对流室侧门吊车、各种操作平台、炉前防雨棚等。辐射炉管和对流炉管采用20A 优质石油裂化用无缝钢管 (GB9948 88) ，每根炉管均采用整根钢管，中间没有拼接焊缝，确保炉名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料3 管的安全可靠和长寿命。 1800KW8000KW等系列新型直接式原油加热炉的燃烧器均采用进口一体化燃烧
9、器，也可根据用户选配其他燃烧器。整个运行流程自动化，燃烧稳定、充分、完全。完善的吹灰系统由计算机来控制实现，减少对流炉管积灰，使其保持良好的传热效果。四、直接式原油加热炉的工作过程直接式原油加热炉的被加热介质和高温烟气呈逆向流动，增强了整体的换热效果。燃料燃烧将其化学能转换为热能，高温烟气通过低温炉管表面，热量传递给被加热介质。原油加热炉的工作过程总体概括为四个过程：燃料油供给流程，燃烧过程，被加热介质烟 囱吹 灰 器对 流 室辐 射 室控 制 柜燃 烧 器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
10、 - - - - 第 3 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料4 （原油）流向和烟气流向。1、燃料油供给流向。存储在燃料油罐中的燃料油（一般为原油）带有一定的压力和温度，流向燃烧器，其间还通过燃料计量，以计算设备的耗油量。2、燃烧过程。具有一定温度和压力的燃料油通过燃烧器喷入炉膛被雾化成细小的油滴，然后吸收炉内热量，表面逐渐汽化成油气，在进入炉膛与空气混合，形成可燃混合物。可燃混合物继续吸收热量升温，达到着火点燃烧。3、被加热介质（原油）流向。原油经炉后分流后，从对流室上部进入对流炉管，在对流室内从上而下经多次进出，最后从对流室下部出来，经
11、汇管和转油线从辐射室下部进入辐射炉管，在辐射室内沿周边多次进出后再从辐射室下部流出。4、烟气流向。装在辐射室的燃烧器提供的火焰，直接通过辐射对辐射炉管进行辐射传热。高温烟气从辐射室后部转90。进入对流室，横向冲刷对流炉管，与对流炉管进行对流热交换，最后烟气通过烟囱排入大气。五、直接式原油加热炉的设计要求及工艺参数检测、自动调节目标：系统功能的设计要求：根据输油泵站原油加热炉应用的实际情况，对加热炉的主要工艺、电气设备进行全方位实时监控，应能同时在远程和现场相互独立地对加热炉进行控制，并且能够将数据远传至生产调度中心，应具备下述功能：总体功能： * 数据采集和处理* 显示动态工艺流程 * 具备与
12、其他系统联网功能： 可提供以太网通信， 并能满足 TCP/TP协议* 报警、事件故障显示* 动态趋势、历史曲线图显示* 报表生成和打印；包括定时打印、随时打印、报警打印* 标准组态应用软件和用户生成的软件的执行；允许参数在线修改* 系统自诊断、自恢复功能 * 掉电保护依据原油加热炉的工艺流程及安全的需要，通常要求在自动控制过程中对下列参数进行检测 : 温度检测 1) 炉膛温度的检测指示 ; 2) 烟道温度的检测指示 ; 3) 入炉原油温度的检测指示 ; ( 左右); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理
13、- - - - - - - 第 4 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料5 4) 出炉原油温度的检测指示 ; ( 左右) 5) 燃油温度的检测指示 . 压力测量 : 1) 炉膛负压的检测指示 ; 2) 入炉原油压力的检测指示 ; 3) 出炉原油压力的检测指示 ; 4) 入炉原油温度的检测指示; 5) 燃油压力的检测指示 . 流量测量 1) 原油流量的检测指示、记录和计算 ; 2) 燃料油流量的检测指示、记录和计算3) 燃料油罐液位的检测指示。电动阀检测： 1) 状态监测； 2)全开状态、全关状态、远程/ 现场；3）开、关、停输出。2、生产过
14、程控制功能：原油加热炉的生产任务是根据负荷的要求，保证加热炉本身运行的安全性和经济性，应实现以下调节目标 : 1） 、稳定原油出炉温度原油出炉温度是由整个管道运行生产调度决定的。若原油加热温度过高，会造成能源浪费，甚至对油品不利。原油温度过低是坚决不允许的，并且会影响加热炉的运行的效率。一般情况，原油出炉温度允许在设定温度的1内波动。因此，从安全生产和技术经济指标上看，必须对原油出炉温度进行自动调节，使温度保持在额定值范围之内。2） 、控制炉膛的负压在规定的范围内原油加热炉在正常运行中， 炉膛内压力应保持负压， 一般在 -50-100Pa 的范围之内。负压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量
15、损失增大，同时引风机的电耗增加，不利于经济燃烧。负压偏正，炉膛要向外喷火，不利于安全生产，有害于环境卫生。所以炉膛负压必须进行自动调节。 在加热炉的烟道上装有烟道挡板， 是通过 090行程的电动执行器加以调节开度的。负压值由安装在炉膛的差压变送器来检测，检测值与设定值比较，把偏差送给 PLC内的 PID调节器，PID 的输出控制信号来调节烟道挡板开度，实现炉膛负压自动调节。3） 、保持燃油罐内液位在规定的范围内名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 26 页 -
16、- - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料6 燃油罐内的燃油液位高度，关系着加热炉正常运行和燃油质量，也是确保安全生产的重要参数。要使燃油量随时适应加热炉燃烧的需要量，必须对燃油罐内燃油液位进行自动调节，将燃油量严格控制在规定的范围之内。自动调节是通过油罐上的液位开关反馈的高低液位信号来控制来油管线上的电磁阀动作，来实现自动加油和断油的。4） 、燃烧过程自动调节。5） 、启停炉程序控制。六、原油加热炉的启动前检查与准备：启动前应对加热炉和其他辅助系统进行全面、细致的检查减产：加热炉本体： 辐射段炉管、焊口应无变形和外观缺陷或其他异常情况。 辐射室内耐火衬里应无脱落、破
17、损。加热炉体应完好无损，无明显漏风处，地脚螺丝完好、紧固。加热炉附件： 人孔、看火孔、防爆门零件齐全、关闭严密。烟道挡板固定可靠，传动装置完好无损。操作平台、梯子安全可靠，防雨棚完好。燃烧器各部件齐全，安装符合要求。吹灰器完好，转动应灵活。加热炉进、出炉管保温层良好，油路畅通。压力表、温度计齐全完好。二次表、变送器等控制仪器完好。灭火报警装置完好。紧急放空阀连接完好，手轮完整，开关灵活，保持第一道阀常开，第二道阀关闭。燃料油系统： 燃料油管线畅通、无渗漏，保温层良好。燃油回油稳压阀及各阀门完好、灵活、无渗漏。燃料油过滤器、流量计完好。燃料油泵完好，无渗漏。电伴热系统完好。现场点炉前准备 ：送上
18、加热炉前控制柜中的电源，合上各路空气开关。检查手操器控制烟道挡板开度，确保烟道挡板开度在85% 以上。燃烧器部分 ：首先检查各油路阀门打开（并确认打开） ，不能有关闭的阀门存在（包名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料7 括炉侧加压系统）。在第一次的进油过程中要等排气完毕后再进油，进油后油路打通，才能进行以下工作：合上总闸和除Q3 、Q4的所有空气开关，电压表显示电压正常（380V
19、400V/AC ） 。合上电源开关，再将电伴热合上，等待油路油温上升，此时需要较长时间。将油泵预启开关合上，马上关闭。检查进出油路流量计是否转动，回油压力是否升高。如正常将预启开关关闭。 （此开关只能短时间闭合实验，如需在停炉后油路打循环才可以长时间闭合，也就是说必须是油路畅通的才行）。断开总电源开关，合上Q3 、Q4再合上总电源开关，等待加热器加热到MS设定值。此过程中将风机开关放置自动，负荷开关放置自动，温控开关放置现场。再次确认炉况和现场进出油路情况，将电加热器上的“油气水分离器”上的回油路手阀关闭（重点）。此时才可以按下启动按钮，启动燃烧器。需停止时按下停止按钮。在正常的出炉温度达到设
20、定值时会自己停止；当低于设定值时会自动启动燃烧器，此时无需按任何按钮。当有故障时会报警，此时需按消音，查完无故障后复位方可再次启动燃烧器。七、原油加热炉的正常停炉：正常停炉 1) 、短期停炉：按停止按扭。2) 、长期停炉：操作步骤与启炉步骤相反。将外围管线水扫线，关闭外围来油阀后，将燃烧器燃油系统放空（共4 个阀门） 。燃料油系统：打开燃料油泵的进出口阀门，关闭旁通阀，送上燃料油泵电源，在燃料油泵前操作柱上启动燃料油泵。导通燃料油系统，使燃料油循环2030 分钟。 燃料油系统建立循环后，合上炉前AP1柜内燃油电伴热电空气开关。 3.5.3 整定燃料油稳压阀干线压力，使之保持在0.3MPa以下。
21、八、原油加热炉的安全保护功能：1、紧急措施：直接式原油加热炉是依靠火焰的热辐射直接对在炉管中流动的原油进行加热，在这种工况下，控制系统的安全性就显得尤为重要。为此，系统设置了参数越限声光报警功能，当出现诸如进出炉压力过高/过低、燃油温度超高、两管程偏流超限等不安全因素时，显示画面中该参数的显示颜色便会发生变化，同时上位机会发出语音提示，以提醒值班人员采取相应措施，保证系统的安全稳定。此外，本系统还设置有多重安全名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 26 页 -
22、- - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料8 联锁保护，当有些意外的重大安全隐患出现时，系统会及时的自动停机并报警，保障整个生产的安全。这些紧急措施有：(1) 炉膛灭火自动顺序停炉。(2) 炉膛出口温度超高报警、超高高自动停炉。(3) 排烟温度超高报警、超高高自动停炉。(4) 风机故障停机自动停炉。(5) 进炉压力超低报警（管线停输） 、超低低自动停炉。(6) 出炉压力超高报警、超高高自动停炉。 （炉管阻塞）(7) 出炉压力超差报警。(8) 管壁温度超高自动停炉；2、联锁保护措施：加热炉启炉前对一些条件如燃油温度、压力、雾化风压力、液化气压力等都有一定的要求。如果某个
23、条件不具备，点炉就比较困难，为此设置了点炉条件具备判断模块，保证了点炉成功率。安全联锁保护，依据工艺情况进行监视、预警和安全联锁保护，如：* 加热炉紧急停炉保护* 加热炉熄火自动保护* 炉膛温度超高保护* 排烟温度超高保护* 进炉压力超限报警* 燃油温度超低保护3、现场手动措施：在原油加热炉的PLC 控制器出现故障时，现场控制是加热炉运行的最后防线。每台直接式原油加热炉都有一套手动操作，一旦PLC 控制站发生重大故障时，可无扰动地切换至手动操作，从而为整个装置的安全运行提供一套备份手操控制。操作柜内安装有一套用于系统自保的继电保护电路，通过操作台的手动按钮可直接控制加热炉。盘面上安装有指示灯，
24、分别显示系统供电状态及自保状态。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料9 现场操作柜是一个可独立运行的手动电气控制系统，它是专为过程测控而设计的专用型设备，基本上由机柜、电源、继电器装置以及指示器等组成。V 电压表MS 温度控制器H12 油泵运行指示H7 风机电机过载指示H8 油泵电机过载指示H3 1#加热器运行指示H4 2#加热器运行指示H13 电伴热运行指示S3 油泵预启S6
25、自动 风机 手动S7 风机停止S8 风机启动S9 停 电伴热 启备用已改为 吹灰控制现场/远程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料10 烟道手控器H11 燃烧停止S13 消音吹灰控制器S1 关电源停S10 紧急停止RWF 燃烧负荷调节S15 现场温控远程DL 蜂鸣器H9 电源S4 自动负荷手动H1 电源指示S5增大负荷减小H10 燃烧启动H2 燃烧故障H5 负荷自动S12燃烧停止
26、H6 负荷手动S11燃烧启动H14 燃烧运行S2 复位4、计算机的安全操作系统是热力设备运行、管理和控制的重要系统，因此不仅要确保硬件系统的安全、可靠，而且还要通过软件的设置， 严格地限制入网人员和操作人员进入系统区域的权限。对于进入数据库、系统的功能块、文件和程序都应加以安全限制。通过口令来控制名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料11 进入系统，允许登陆进入系统被指定的一个或
27、更多的组。九、硬件要求对于每台加热炉均应配套提供设备安全运行所需的现场就地及远传仪表和完成数据采集、燃烧器燃烧控制、加热炉安全保护控制任务的控制器以及控制、通讯电缆，并安装、组态、调试就绪。1、现场仪表：加热炉应配备以下参数检测仪表，进出炉温度、压力，炉膛温度、压力，排烟温度，燃料油温度、压力、进回油流量，灭火报警等。2、加热炉控制器。根据工业现场实际工作环境，选用可靠性高、功能强、易扩展的工业可编程序控制器来完成数据采集、燃烧器燃烧控制以及加热炉安全保护控制任务。控制器应具备网络接口，与操作员站通过以太网进行通讯。序号管线控制器类型备注1 鲁宁线A-B SLC 551B 系列2 沧临线A-B
28、 SLC 551B 系列3 中洛线OPTO 22 系列4 魏荆线OPTO 22系列/无笔记录仪5 东临线Modicon 3722 加热炉 PLC 控制器。对于单台加热炉来说，控制器由A-B SLC500 PLC 为核心构成的，完成对单台加热炉的控制。 PLC 站担负着重要职责，它负责采集加热炉的运行参数、发送指令，并负责计算机监视站与现场设备的沟通。直接式原油加热炉控制系统可以设置两台或多台 PLC 控制器，如图 4-1 所示。PLC 控制器完全可以脱离网络独立运行，是单台设备运行的核心（实际上可以作为网络的一个节点）。鲁宁线加热炉的PLC 控制器是美国 Rockwell 公司的 A-B SL
29、C 系列。 ，它的特点是可靠性高、功能强，可扩展性好，以下为PLC 具体配置：1）主机： CPU1747-L551B（内置 RS-232 接口/以太网通信口），SLC5/05 处理器数据内存高达 16K/32K/64K 字，典型用户程序处理速度为0.90ms/K ，输入输出点数最高可达 4096点。它支持在线编程 (包括运行时的编辑 )模式，并内置 10Base-T以太网通讯接口，提供可选的动态IP 地址分配。通过以太网， SLC500 为用户在实现程序上传、下载、在线编辑、对等通讯、数据采集以及上位机通讯等各方面提供了更强大的功能。CPU 是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
30、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料12 PLC 的控制中枢。它的主要功能是接收并存储从编程器键人的用户程序和数据，检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态、并诊断用户程序的语法错误。当PLC 投入运行时，首先以扫描方式接收现场各输入装置的状态或数据，并分别存人I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条取指令，按指令的规定执行逻辑或算术运算任务，并将运算结果存入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等到所有用户程序扫描执行
31、完毕后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。如此循环运行，直至停止运行为止。 SLC5/05 处理器内置实时时钟和日历，可选用1ms 定时中断和 0.5ms外部输入中断。处理器具备高级数学运算功能，包括三角函数、PID、指数、浮点和计算指令，支持间接寻址。2）模拟量输入（AI）模块：选用 1746NI4 或 N I8，它有多路个高电平模拟输入端，（可输入 4-20 mA 等标准信号， 12 位模/数转换精度，具有输入超调监控功能和测量滤波抗干扰功能。3）热电阻（ RTD）模块：选用 1746NR8，支持 8 路 Pt100 热电阻的三线制输入。模块上电时
32、，可以自动进行校正，提高了模块精度。4）模拟量输出（ AO）模块：选用 1746NO4I，它有四个模拟输出端，无需外部电源，可输出各种标准信号，包括020mA、420mA、10V 等。5）开关量输入（ DI）模块：选用 1746IB16，它有单端隔离的16 路 24VDC 输入。所有的输入均配有滤波器，能够保证最大0.1ms的抗扰性，滤除线电源干扰。6）开关量输出（ DO）模块：选用 1746OB16，它有 16 路继电器输出，内部提供过载和短路保护，并具有通道故障自诊断功能。PLC 主要用于生产过程中按时间顺序控制或逻辑顺序控制的场合，以取代复杂的继电器控制装置。它所面向的使用人员主要是电气
33、技术人员，因此PLC 所采用的编程语言主要是一种非常形象化的梯形图语言，它基本是由继电器控制电路的符号转化而来的。编程过程与绘制逻辑控制电路图的过程比较相似。在专用编程器上输入全部梯形图后，编程器即自动将其编辑成微处理器可执行的内部程序，经过试运行考验合格后，固化到EPROM 中，安装到 PLC 上就可以执行输入的程序， 实现工业生产线的自动化控制。PLC在运行过程中不停地巡回检测各接点的状态，根据其变化和预定的时序与逻辑关系，相应地改变各内部继电器或启动定时器，最终输出开关信号以控制生产过程。程序运行周期由程序长短和CPU 指令执行时间所确定，一般为数十毫秒。输出方式可为继电器、晶名师资料总
34、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料13 闸管或晶体管。PLC 控制器软件设计PLC 控制站的设计软件是基于RSlogix 500 开发的。 logix 500 是 Rockwell 公司的 SLC 500 系列 PLC 附带的 PLC 编程软件，该软件是一个基于Windows 环境的编程软件套件，支持梯形图 (LD) 、指令语句表 (IL)、顺序功能图 (SFC)等多种语言模式，风格统
35、一，使用简单，具有在线编程、诊断和在线仿真调试等功能，支持DF1、DH+、TCP/IP 等通讯协议。PLC 控制站的软件设计是由梯形图程序设计语言完成的。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。对于单台直接式原油加热炉来说，PLC 控制站的软件由一个主程序和四个以下子程序构成。* 参数采集子程序。加热炉须采集的部分运行参数包括：原油入炉温度左、原油入炉温度右、原油出炉温度左、原油出炉温度右、原油入炉压力左、原油入炉压力右、
36、原油出炉压力左、原油出炉压力右、炉膛温度、排烟温度、燃油温度、燃油压力、炉膛负压、 1#电动阀开度、 2#电动阀开度、 3#电动阀开度、 4#电动阀开度、燃烧运行指示、燃烧故障指示等参数。* 控制子程序。将炉前的现场控制柜内的现场/远程开关切换到“远程”状态，在PLC 控制站上可以执行启炉命令，也可以执行停炉命令。在加热炉正常运行后，在PLC控制站上可执行吹灰命令。 当然烧器在运行过程中出现故障时，若不需要人为排除故障，可以通过 PLC 控制站执行远程复位命令，然烧器可以自行复位。* 调节子程序。炉膛负压调节是通过PID 控制器来完成的。在加热炉炉壁上安装有差压变送器，所测量的负压值通过采集子
37、程序送入PLC，通过设定负压值的比较，将偏差送入 PID 调节器，进而控制烟道挡板电动执行器来调节炉膛压力，形成闭合回路，本文将不加详细论述。原油出炉温度是通过PID 来实现自动调节的。在加热炉出炉管线上安装有温度热电阻，温度信号远传到PLC 控制器，在工业计算机上显示原油出炉温度的值，PLC 根据设定的原油出炉温度值与采集的温度值相比较，作用于加热炉燃烧器的风油调节器，调节运行负荷。当偏差满足一定条件时，调节进入调节状态。反之，系统控制切换到PI 控制名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
38、 - - - 第 13 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料14 规律，根据 PI 的特点，系统当温度偏差较小时控制规律应舒缓，这样系统的超调才会较小，从而避免造成风油调节器的频繁动作。* 保护子程序。当有些意外的重大安全隐患出现时，会及时的报警或自动停炉并报警，保障整个生产的安全。这些紧急措施有：(1) 炉膛灭火自动顺序停炉。(2) 炉膛出口温度超高报警、超高高自动停炉。(3) 排烟温度超高报警、超高高自动停炉。(4) 风机故障停机自动停炉。(5) 进炉压力超低报警（管线停输） 、超低低自动停炉。(6) 出炉压力超高报警、超高高自动停炉。
39、 （炉管阻塞）(7) 出炉压力超差报警。(8) 管壁温度超高自动停炉；十、上位计算机及软件要求计算机要求及配置 :计算机应采用高可靠性的工业用微机，其防震、防磁、防尘、散热性优秀，配备高稳定性工作电源。一般上位计算机采用工业计算机或工作站如: DELL GX450 计算机，须达到以下基本配置 : CPU 800MHz 以上,内存 128MB， 21 寸彩色显示器，分辨率 1600*1200 像素， 1.44MB 软盘驱动器一个， 60MB 硬盘，有 USB 接口，通用键盘、鼠标。系统应允许将来数据库、存储器、磁盘容量和通信回路等可扩展。计算机操作系统能够确保硬件系统的安全、可靠，可以严格地限制
40、入网人员和操作人员进入系统区域的权限。对于进入数据库、系统的功能块、文件和程序都有安全限制，通过口令来控制进入系统。软件设计直接式原油加热炉控制系统的软件可以分为两个部分：系统软件(又称计算机系统软件)和应用软件 (又称过程控制软件 )。软件体系中包括了上述两种软件，但由于其分布式结构，又增加了诸如通信管理软件、组态生成软件以及诊断软件等，在系统中，过程控制软件包括：具有报警检测的过程数据的输入/输出，数据表示 (又称实时数据库 )，连续控制调节，顺序控制，历史数据的存储，过程画面显示和管理，报警信息的管理，生产记录报表的管理和打印，参数列表显示，人机接口控制等功能。操作系统软件。系统软件一般
41、指通用的、面向计算机的软件。系统软件是一组支持名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料15 开发、生成、测试、运行和程序维护的工具软件，它一般是与应用对象无关的计算机操作系统。它是一组程序的集合，它用来控制计算机系统中的用户程序的执行次序，为用户程序与系统硬件提供接口软件， 并允许这些程序 (包括系统程序和用户程序)之间交换信息。用在实时工业计算机系统中，应用程序是我们在功能规范中
42、规定的功能，而操作系统则是控制计算机自身运行的系统软件。现在的工业控制的操作系统有Windows NT 和Windows 2000 较为常见。监控组态软件的设计世界上第一个将监控组态软件商品化的公司是美国的Wonderware公司，它于 80 年代末率先推出第一个商品化监控组态软件Intouch，此后又有多家公司分别推出了自己的产品， 如美国 Intellution 公司的 iFix、 Rock-Well 公司的 RSView32、 Iconics 公司的 Genesis ，德国西门子公司的WinCC，等等。目前世界上的监控组态软件共有几十种之多，总装机量达上百万套，而且每年都有较大幅度的增长
43、。随着信息时代的到来，监控组态软件必将在信息化过程中发挥越来越重要的作用。组态软件是直接式原油加热炉控制系统的关键软件，是用户的工具软件。管道储运公司的加热炉主要根据管线的SCADA 系统所用软件进行配置， 主要的上位组态软件有：澳大利亚 CITECT 5.215.4。 （鲁宁线） / cimplicity 6.1( 沧临线 ) / Opto 22 FactoryFloor 组态软件包等工控软件，可运行于Windows 2000 平台，具有采样功能强、速度快、可靠性高的特点。对于报警功能、历史曲线、实时曲线制作简单，能够和其他软件如EXCEL等实现无缝链接，方便的实现数据调用和报表打印，具有下
44、述功能：* 用户登录： 用户可以利用系统管理员所授予的用户ID 与口令登录。 在登录过程中用户的口令， 不会被非法窃取， 系统的安全性可以建立在用户对口令完全私有的前提上。* 生产流程：组态完好的监控画面文件，让合法用户监控现场流程。* 实时曲线：可以根据用户需要查看不同变量的实时数据变化趋势曲线。* 历史曲线：根据需要查看不同变量、不同时间内的历史数据趋势分析图。* 报警提示：通过对工业条件的要求设置报警，提供的报警信息显示给监视客户，同时，远程客户也可以访问。* 设备诊断：用于查看现场设备的运行状态。* 组态：根据需要，实现了监控组态软件的在线画面组态功能。为方便值班人员的操作，本系统在监
45、控软件中编制了炉区工艺流程画面、控制仪表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料16 画面、自动点火画面、总画面、仪表画面、控制画面、趋势画面等画面，且有汉字提示。不同画面之间切换有鼠标和键盘快捷键两种方式，操作灵活、方便。1、加热炉监控软件的功能* 参数采集：对加热炉的运行的实时参数进行采集、显示及远程实时监视；流程画面为动画显示，形象逼真，响应速度快，操作简单、灵活、方便。*
46、自动点火功能：上位计算机给出点火信号，实现PLC 控制站程序自动点火。* 自动吹灰功能：上位计算机给自动吹灰信号，PLC 自动进入“自动吹灰”子程序，按程序顺次自动吹灰。* 参数的历史趋势显示及数据查询：从现场二次仪表收集信息，建立历史和管理数据库，监控、管理、记录各个参数的实时及历史趋势，实现定时报表打印功能。日报、班报自动打印和现场参数的随机打印。支持对历史曲线的曲线无级放大、曲线浏览和细节查看、多条曲线同时显示。实现现场数据远程调用、存储、对过程状态进行显示。* 用户权限管理：采用分层认证的方式，拥有完整的安全机制，可以充分保证企业运行软件时设备和企业信息的安全性。同时避免误操作造成的不
47、必要的损失。* 历史报表：可以实现各种类型的报表，从简单的报表到复杂的统计报表。通讯在通信网络中，采用以太网通信方式。在近程连接时，使用介质为超五类线，在远程连接时，使用介质为光纤。网络交换设备选用3COM 公司的 16 口 10/100Mbit/S 自适应集线器。在网络交换设备的接口处，还安装了网络避雷装置，保证网络的安全平稳的运行。十一、上位监控软件的操作与应用1、加热炉启炉：加热炉启炉有 “ 远程启炉 ” 、 “ 现场启炉 ” 两种启炉方式。远程启炉名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
48、- - - - 第 16 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料17 将上位机画面切换到 “ 控制画面”按“ 远程点炉” 按钮, 弹出“启炉确认窗口”，然后再点击“确定”后进入自动点炉运行状态。电炉成功后加热炉有火焰显示。自动点炉成功后 , 这时可切换到其他画面查看所采集的数据。现场手动：将炉前 AP1柜内操作面板上烟道手操器切换到“ 手动状态 ” 现场/ 远程开关切换到“现场”状态。 按下炉前 AP1柜内操作面板上“启炉”按钮，观察加热炉是否能够正常运行。加热炉在重新点炉后应做到：加热炉启动过程中，允许在2 小时左右，将炉膛温度升到规定值
49、（即满负荷） , 长时间停用且不走油的加热炉投用时, 可在 3-4 小时之内 , 将炉膛温度升到满负荷。 加热炉因故停炉， 在炉膛温度不低于 200，又要重新点炉时， 可在 1.5 2 小时左右，将炉膛温度达到规定值。加热炉在升温过程中，升温速度应保持一致。2、加热炉停炉将上位计算机画面切换到 控制画面按远程停炉按钮，出现以下画面： “确定” ，执行停炉操作， PLC 将自动完成整个停炉的过程， “放弃” ，则取消停炉操作面。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，
50、共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料18 3、远程吹灰按“远程吹灰”按钮，将出现以上画面： “开始吹灰”：执行吹灰操作。 PLC 自动将现场的吹灰控制器进行吹灰操作。画面显示“正在吹灰”， “吹灰指示 ”变为绿色。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料19 当开始吹灰后，出现以下画面：“停止吹灰”：停止吹灰操作。“吹灰指示”变回黑
51、色。4、参数显示画面本画面显示加热炉的运行参数的名称、位号及实时数值，含有：原油入炉温度左、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料20 原油入炉温度右、原油出炉温度左、原油出炉温度右、原油入炉压力左、原油入炉压力右、原油出炉压力左、原油出炉压力右、炉膛温度、排烟温度、燃油温度、燃油压力、炉膛负压、燃油来油流量、燃油回油流量、1#电动阀开度、 2#电动阀开度、 3#电动阀开度、4#
52、电动阀开度、燃烧运行指示、燃烧故障指示等参数。当参数超限值时，数据背景将变换颜色，（粉红色为高、低报警；红色为高高、低低报警）。4、出炉温度设定如图 6-5，按“出炉温度设定”按钮，出现以下画面，输入设定温度，“OK” ，对输入的设定温度进行确认， “CANCEL ” ，取消数据输入。5、报警画面本画面将显示加热炉在运行过程中的报警。包括加热炉的燃烧故障报警、加热炉停炉报警、加热炉排烟温度超限报警、 加热炉燃油超限报警、 加热炉出炉温度超限报警 （左、右） 、加热炉炉膛温度超限报警和1罐液位报警、 2罐液位报警、 3罐液位报警等，见图 6-7。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
53、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料21 6、曲线画面（1）温度曲线。本画面主要显示临邑站加热炉的主管线温度，主要有：绿色表示原油入炉左温；黄色表示原油入炉右温；红色表示出炉左温；青色表示出炉右温。量程和显示时间区间均可变，通过改变时间可以查看历史曲线；向前、向后的黑三角按钮也可以实现查看各个历史时段曲线的功能；可以选择白色竖线与曲线相交点；选择可以对单个曲线进行设定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -
54、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料22 （2）主管线压力曲线。本画面主要显示临邑站加热炉的主管线压力值，主要有：绿色表示原油入炉左压；黄色表示原油入炉右压；红色表示出炉左压；青色表示出炉右压。量程和显示时间区间均可变，通过改变时间可以查看历史曲线；向前、向后的黑三角按钮也可以实现查看各个历史时段曲线的功能；可以选择白色竖线与曲线相交点；选择可以对单个曲线进行设定。（3）炉膛温度曲线本画面主要显示临邑站加热炉的炉膛温度，用绿色表示。量
55、程和显示时间区间均可变，通过改变时间可以查看历史曲线；向前、向后的黑三角按钮也可以实现查看各个历史时段曲 线 的 功 能 ；可 以 选 择 白 色 竖 线 与 曲 线 相 交 点 ；选择可以对单个曲线进行设定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料23 （4）排烟温度曲线本画面主要显示临邑站加热炉的排烟温度，用绿色表示。量程和显示时间区间均可变，通过改变时间可以查看历史曲线；向前
56、、向后的黑三角按钮也可以实现查看各个历史时段曲名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料24 线的功能；可以选择白色竖线与曲线相交点；选择可以对单个曲线进行设定。7、电动阀控制画面本画面主要显示临邑站加热炉的电动阀开度控制，含有：西23、东 23、西 202、东 202电动阀的开度值，点击增加开度值，点击 减 小开度值。十二、 加热炉事故处理加热炉的紧急停炉：1）炉管穿管或燃料油加热
57、盘管穿孔，并威胁设备或人身安全时。2）炉管或燃料油加热管爆破时。3）炉管内原油流动中断时。4）炉管鼓包、明显变形、结焦，随时有爆管危险时。5）燃料油中断。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料25 6）炉体突然受到严重破坏时。7）发生严重的二次燃烧。8）原油出口压力持续上升不能消除时。9）炉管内原油气化且情况危急时。紧急停炉处理：炉管穿孔或爆破，并危及人身或设备安全时，应按以下紧
58、急停炉程序处理: 1）停止向燃烧器供油，停燃料油泵，关燃料油来油、回油总阀； 2 ）开启加热炉的紧急放空阀； 3）关闭加热炉的进出口阀门；4）切断电伴热系统； 5）用灭火器进行炉内灭火； 6）关烟道挡板及所有门孔；7）对炉管进行扫线； 8）向调度汇报事故及处理结果，并做好记录。当燃料油加热盘管爆破或穿孔并危及设备或人身安全时。应按以下紧急停炉程序处理: 1 ）停燃料油泵，停止向燃烧器供油，关燃料油来油、回油总阀；2）切断电伴热系统；3）向调度汇报事故及处理结果，并做好记录。其他事故的紧急停炉按以下程序处理。1）停燃烧器，停燃料油泵，关燃料油来油、回油总阀；2）关烟道挡板及所有孔门； 3）停电伴
59、热系统； 4）保持炉管原油流动。紧急停电关闭电气柜内各空气开关，拉开刀开关，以及室内控制柜内总开关。加热炉“打呛 ” 。加热炉突然产生正压，炉膛烟气和火从各孔门喷出，严重时防爆门动作。1）燃料油雾化不好，燃烧不充分。 2）加热炉灭火后，未能及时切断燃料油。3）烟道挡板开度偏小。4）加热炉超负荷运行，烟气排不出去。5）炉膛内存有可燃气体，启炉前未吹扫干净。6）炉内积灰太多。 7）燃烧器问题。加热炉“打呛 ” 的处理：1）加强通风，清扫炉膛内积有的可燃物。2）检查燃烧器。 3）停炉查找原因。加热炉爆炸：原因： 1）加热炉灭火后，未及时切断电源，燃料油继续喷进炉膛，在炉膛的高温下，由于自燃发生爆炸。
60、 2）加热炉启炉时前已经充满油雾和可燃气体，然后，加热炉启炉，火焰在瞬间传播到整个炉膛，引起爆炸。3）加热炉启炉时，最初点火未成功，炉膛内积存了燃料油和可燃气体，当再次点火时，炉膛内积存的燃料油和可燃气体也随之燃烧，引名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 26 页 - - - - - - - - - 直接式原油加热炉控制系统应用交流材料26 起爆炸。加热炉爆炸的处理： 1）迅速停止燃烧器，关闭燃料油阀。2）关闭已开启或动作的防爆门、看火孔、人孔。3）检查炉膛、烟囱和烟道内是否有余火。4）详细检查加热炉损坏情况，然后，将事故的损坏情况汇报给调度，并做好记录。 完 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 26 页 - - - - - - - - -
