SCADA控制系统在原油直接式加热炉控制中的应用

李建军

(中石化管道储运公司,江苏徐州221008)

SCADA控制系统在原油直接式加热炉控制中的应用

李建军

(中石化管道储运公司,江苏徐州221008)

着重介绍SCADA系统在加热炉区控制中解决的问题和实现的功能,实现多台加热炉的自动控制,提高了泵站的生产和运行管理的安全性和可靠性,确保输油泵站安全平稳的输油生产。

SCADA系统;氧量控制;干扰;输油生产

Abstract:The solved problems and realized functions by application of SCADA system to heating furnaces is introduced,i.e.,the successful auto-control of several heating furnaces,enhanced security and reliability in operation and management,which ensure the safety and efficiency in production of petroleum transportation to pumping stations.

Key words:SCADA system;control of oxygen quantity;production of petroleum transportation;disturbance

鲁宁输油管线是中石化管道储运公司所辖的输油管网最为重要的输油管道,也是保证胜利油田和沿江炼化企业平稳生产的一条生命线。临邑站作为鲁宁线的输油首站,承担重要的热力负荷,加热炉区共有6台加热炉,采用 SCADA系统完成炉区的数据采集和监控,实现系统自动化控制,达到安全、平稳、高效输油的生产目标。

1 硬件结构

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统是集数据采集、监视、控制为一体的自动化控制系统[1]。通过下位机(PLC)系统完成分布式的数据采集和控制功能,再通过上位机 HMI(Human Machine Interface人机界面)系统完成数据处理和显示功能,通过下位机和上位机的有机结合,以达到控制加热炉操作的目的。临邑站炉区SCADA系统由上位机系统、下位机系统、通讯设备、外围检测仪表及执行机构系统组成,下位机安装在加热炉现场控制柜内,通讯用交换机和上位机安装在加热炉监控中心,系统硬件结构如图1。

2 软件结构

系统软件由上位机软件和下位机软件2大部分组成。

下位机软件由通讯软件RSlinx、下位编程软件RSLogix500和下位应用软件构成。根据加热炉运行的工艺需要,采用模块化编程思想,编制了加热炉梯形图程序,即主程序和参数采集、启停炉、吹灰、炉膛负压调节、负荷调节等子程序,程序扫描周期＜0.9 ms/k。

上位机软件包括 WIN2000、CITECT5.42工控组态软件和上位应用软件3部分。本系统上位应用软件选用澳大利亚 CiT公司的 CitectVer 5.42 SCADA(500点)组态软件进行二次开发而成,通过本系统实现数据采集与显示、过程控制、报警管理、报表打印、曲线分析存储等多项任务。笔者利用Citect开发参数表、启停炉、温度曲线、压力曲线、日报表、报警总览、操作记录、炉区流程等画面功能。

图1 加热炉监控系统硬件结构

3 技术问题

3.1 氧量控制

加热炉燃烧排烟中含氧量是随着加热炉负荷的变化而变化,但是由于炉本体的漏风及空气、燃料油检测的误差而偏离了理想的比例,因此需要加以修正。在实际应用中,通过技术工人手工调节,可以在某一时刻使加热炉燃烧达到最佳状态,但是要想长期连续地保持加热炉高效率就很困难了。为了保证加热炉连续稳定燃烧,采用氧化锆氧量计来监测烟气中的含氧量。根据测量的含氧量,在氧量控制回路中对燃烧中的风油比进行修正,实现加热炉在低空气过剩系数下燃烧,达到优化燃烧和加热炉高效运行的目的。

3.2 控制系统抗干扰问题

电源线和传输线会影响PLC和现场仪表的工作。因此,采取以下措施解决系统干扰问题[2]。

a) 供给PLC及各种仪表的交流电源加数字参数电源,稳定电源电压,抑制共模干扰。

b) 输入输出信号电缆采用屏蔽电缆(注意:屏蔽电缆的屏蔽线一端接地),并要和电力电缆分开敷设。

c) PLC及仪表要有独立的接地线,仪表用电缆全部采用屏蔽线,并且屏蔽层单端接地;接地电阻＜4Ω。

d) PLC可编程控制器I/0输入输出模板设置光电隔离,有效防止外部干扰信号串入系统。

e) 上位机和弱电部分供电采用在线式500 VA UPS,既净化了供电电源,又可保证上位机不会因为突然掉电而丢失数据。

3.3 网络问题

在实际搭配时,经常有用户根据自己工艺需要或控制室面积所限,提出用1台上位机控制多台下位机或者1台下位机连接多台上位机的要求。这实际上是一个网络结构问题。目前的许多组态软件都可以在基于以太网络结构和TCP/IP网络协议的网上运行,使系统能够实现上、下位机以及与SCADA系统连网。TCP/IP网络协议提供了在不同硬件体系结构和操作系统的计算机组成的网络上进行通讯的能力。1台PC机通过 TCP/IP协议可以和多个远程计算机进行通讯,构成远程监控系统。

另一问题是把PLC放置到现场控制柜内,解决周围环境对PLC的影响,采取措施避开多尘、油烟、腐蚀性气体、振动、热源和潮湿的地方。解决上下位机远程通讯问题,实现PLC在现场控制柜内能正常工作。

3.4 吹灰系统 除尘系统与SCADA系统融为一体

由以前独立的吹灰器、吹灰器控制器与储气罐、空压机、除尘系统等组成一个吹灰除尘一体化系统,通过PLC的开关量输出、中间继电器(24 V)来控制6个吹灰控制器,实现加热炉系统吹灰除尘一体化系统由现场改为室内控制,达到吹灰除尘一体化系统与SCADA系统融为一体的目的。

4 实现功能

4.1 加热炉原油出炉温度的控制

加热炉运行中出炉温度过高,浪费了可观的燃料油,出炉温度过低,管道中的原油有可能凝结,影响输油生产。为保证加热炉出口温度的稳定,本SCADA系统采用原油出口温度单回路PID控制调节,保证系统能承受扰动的影响,在调节能力范围内使原油出口温度指示值按规定程序变化,始终稳定在设定值附近(±2℃),通过修改 PID函数中的P(比例)、Ti(积分)、Td(微分)及其他相关参数 ,控制加热炉燃油量和助燃风量的消耗,使加热炉保持最优空燃比,既保证了加热炉的低氧高效燃烧,也实现了加热炉原油出炉温度控制。

4.2 显示功能

应用SCADA系统,实现了加热炉的原油进出炉温度、原油进出炉压力、炉膛温度、排烟温度、燃油罐液位、燃油罐温度、燃油温度、燃油压力、燃油来油流量、燃油回油流量、电动阀开度、设备运行状态、设备故障状态等炉区工艺参数的显示、低限报警、历史曲线的显示和参数量程时间的设置及查询,有效地帮助用户分析参数的趋势。同时实现加热炉炉区的工艺流程、模拟实际的阀门、管线等工艺参数值实时地显示在相应的工艺位置附近的动态效果,使用户可以俯瞰加热炉区的全貌。

4.3 加热炉的现场/远程控制[3-5]

应用SCADA系统,实现了加热炉的现场/远程启炉、停炉、吹灰、出炉温度调节、烟道挡板开度、加热炉进出口电动阀的开度控制。当在现场操作时,只需将加热炉现场的电动阀或炉前仪表柜内的相应开关、手操器拨到手动位置即可;当在远程操作时,需先将加热炉现场的电动阀或炉前仪表柜内的相应开关、手操器拨到远程位置,然后在控制中心用计算机上相应的控制界面操作即可,现场/远程的操作均可做到无扰动切换。

4.4 事故追忆

通过SCADA系统的应用,可以实现对实时历史数据记录和查询的准确和高效的判断。本系统通过对存储在硬盘上的报警记录、操作记录和历史曲线、实时曲线的查询,可以在发生事故时能快速地找到事故的原因,并找到恢复生产的最佳方法。

4.5 系统联锁保护功能

应用SCADA系统,实现炉膛灭火自动顺序停炉、原油出炉温度超高报警停炉、排烟温度超高报警停炉、炉膛温度超高报警停炉、风机故障停机自动停炉等5项安全联锁保护功能。

4.6 网络功能

系统网络采用以太网实现了上位主机、上位热备机、6台加热炉PLC数据通信、资源共享、系统的升级、扩容以及与更上一级站控系统的数据通讯,实现集中控制和操作。

5 结论

1) SCADA控制系统在鲁宁线、仪长线和天津一体化等加热炉区已运行了几年,状况良好,性能可靠,加热炉效率达90%左右。

2) 各种保护系统灵活准确,安全系数高,改善了职工工作条件,减轻了劳动强度,提高了劳动生产率,提高了泵站生产和运行管理的安全性和可靠性,保证了各输油泵站安全平稳的输油生产。

3) SCADA系统达到了技术先进、运行稳定、升级和操作快捷方便及无人值守的功能;优化了空燃比,保证燃烧器燃烧充分,节约了燃料油,降低了加热炉的运行成本,有利于环境保护,节约了环保费用的支出,可带来可观的社会和经济效益。

[1] 吴九辅,吴 尽,李化龙.现场总线在油田注水监控系统中的应用研究[J].石油矿场机械,2008,37(7):27-29.

[2] 王立萍,吴黎明.单片机系统的抗干扰问题研究[J].石油矿场机械,2006,35(5):35-38.

[3] 王德玉,李才良,徐建平,等.计算机控制在井控系统中的应用[J].石油矿场机械,2007,36(1):52-55.

[4] 刘智勇,丁 亮,马玉华,等.天然气整体撬装加热炉的研发与应用[J].石油矿场机械,2008,37(6):99-101.

[5] 钟 文,朱世飞,曹崇辉.油套管生产线测控与管理系统[J].石油矿场机械,2008,37(2):43-45.

Application of SCADA System in Controlling In Direct Crude Oil Heating Furnaces

LI Jian-jun
(SINOPEC Pipeline Storage&Transportation Corporation,Xuzhou221008,China)

TE936

B

1001-3482(2010)08-0091-03

2010-01-15

李建军(1961-),男,甘肃敦煌人,工程师,1988年毕业于石油管道学院,主要从事石油储备油库的管理工作。