摘要：随着稠油开发力度不断加大，三次采油已成为原油稳产的重要手段，其中稠油热采因其见效快，效果明显而广泛应用于采油厂各油田稠油区块的原油开采。但由于锅炉控制系统落后、高温高压注汽及人工手动调控而引发的注汽安全问题日显突出，为解决这些问题，充分利用现代电子技术，在热采注汽锅炉上成功研制了触摸屏中控系统。
关键词：触摸屏中控系统；注汽锅炉；应用
引言
油田稠油热采工艺因效果好而广泛应用于稠油区的原油开采工作中。但由于注汽锅炉控制系统落后，注汽靠人工调控的安全问题日显突出，因此，必须采用自控技术对热采注汽锅炉监控系统进行改造。本文重点阐述目前注汽锅炉控制系统的现状及存在的问题，分析了该中控系统的优点，提出触摸屏中控系统改造方案并进行安全评估。
一、触摸屏控制系统的优点
（1）由可编程序控制器实现点火程序控制、水火跟踪调节及燃油温度控制，省去了点火程序器、定值器、偏值器、水量表和火量表等器件，采用模块化继电器，使系统更简单，结构更紧凑。
（2）应用先进的设计理念，采用软件替代硬件，使系统元件大为减少，提高了系统运行可靠性。
（3）触摸屏集状态、变量显示和系统操作为一体，全中文菜单显示使操作更简便。
（4）系统具有自诊断功能，可及时直观地显示故障信息，便于操作者迅速处理故障；模块化结构设计，只需更换相应模块就可以快速恢复系统运行，从而提高系统的可维修性。
（5）系统备有通信接口，能够在需要时通过有线或无线方式与生产、管理网络互联，为自动化生产与管理提供了良好平台。
二、注汽锅炉自控系统现状及存在问题
（1）控制方式落后。绝大部分油田注汽锅炉均采用常规的 “PLC+点火程序器”控制模式。可对18项联锁报警点进行监控，各参数只能分散显示于检测点上，设备参数及工艺流程参数只能靠人工分析，受主、客观各种因素影响较大，可信度较低。而一部分经过改造采用集中监控的注汽锅炉，基本上只能部分实现工艺参数的再现，缺乏对各参数的总体分析与调控。
（2）注汽数据的采集及设备运行情况的监控，只能由操作人员定时巡回检查来实现，部分仪表如对流段和辐射段的温度表、压力表就地安装在炉体上部，位置高，环境温度也较高，检查和观测极为不便。
（3）系统测量精度低，显示值误差大，受环境温度和振动影响较大。
（4）不能实现预警，易造成频繁停炉，降低注汽质量。18项报警只要有一项不正常，就会导致报警停炉，而这种报警通常反映在部分参数异常上，如提前发现可减少报警现象的发生。
三、触摸屏控制系统的结构及原理
3.1系统配电
配电系统采用母排供电方式分别给变频器、鼓风机、空压机、电加热器配电；采用施耐德电器元件提高系统运行的可靠性。采用三相隔离变压器为控制系统提供干净电源，提高系统抗干扰的能力。
3.2显示控制
通过一体化温变模块，采用屏蔽线将锅炉的温度信号接入控制系统；采用高静压差压变送器替代原有的气动差压变送器，提高了系统运行的准确性和可靠性。由可编程序控制器对系统变量和状态进行采集处理，并以通讯方式上传触摸屏显示，随时接受来自触摸屏的控制指令和设置参数。可编程序控制器完成对锅炉系统中的调节阀、电磁阀及风门等执行器的控制；实现点火过程的控制、水火量的自动跟踪和燃油温度调节。由触摸屏完成对锅炉系统进行集中监视、管理和控制参数设置。
3.3变频调节
采用通讯方式接收来自触摸屏的水量设定值，并将它转化为变频器输出频率，调节柱塞泵的给水流量；将变频器输出频率、电压、电流上传触摸屏显示。
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3.4上位机
根据锅炉的特点，配置笔记本电脑或工控机，同时配置 UPS电源及打印机。PLC借助通讯电缆经通讯适配器与上位机进行通讯。采用组态软件构成注汽锅炉的系统流程、各种报表、参数的实时曲线和历史曲线，实现对锅炉系统进行集中的监视管理。
四、触摸屏集中控制技术
（1）系统的核心仍为可编程控制器，而触摸屏是良好的人机界面，适用于工矿野外环境的恶劣条件；硬件方面能保证安全。
（2）系统采用模块化设计，故障判断准确，系统恢复迅速，且触摸屏本身有自诊断功能，可对系统内、外部硬件和软件故障进行初步诊断。
（4）增加锅炉预警功能，当锅炉运行参数偏差或异常时，根据系统设定采取预警或报警停炉，避免频繁停炉造成的安全隐患和注汽效果下降。
（5）增加锅炉运行测控点，并自动生成变量的运行曲线图和数据报表，使人们对锅炉运行参数的了解和分析更全面而快捷。
（6）系统提供故障历史记录，明确故障原因及具体时间，便于查找和分析。
（7）锅炉报警安全停炉后，经系统确认报警原因消除后方可正常启炉，避免了原系统强制或故障不明确情况下的启炉操作。
五、现场应用及效果
触摸屏中控系统自2004年初研制成功并投入使用以来，已累计完成注汽井106井次，完成注汽量17.1×104m³，增油50多万吨。试验结果表明，系统不论从硬件方面，还是软件方面，均能保证注汽锅炉的安全运行。现场应用得出如下结论：
（1）触摸屏中控系统性能可靠、维护方便。故障判断简单易行、准确，系统恢复迅速。
（2）管理简便、操作性强、准确率高。中控系统的研究应用，使数据采集由人工变为电气仪表自动计量，不但提高了数据录取的准确性，而且大大降低了操作工人的劳动强度。
（3）避免了频繁停炉现象，提高了注汽时率。触摸屏控制系统增加了预报警机制，对不影响锅炉安全运行或相对次要的参数只发出相应的声、光预警（区别于报警），锅炉并不停运，经过自动或手动调整后预警消除，设备仍正常运转，若仍不能排除，才发出报警信号，安全停炉。
六、触摸屏操作界面
（1）注汽锅炉系统流程图。以直观的图、像方式实时显示锅炉系统流程和重要变量瞬时检测值、当前累计量及相应的状态。
（2）调节控制。显示锅炉运行时的水量和火量值，设定水量的调节值以及火量的跟踪量，实时自动水火跟踪，自动调节燃油和空气比；显示燃油温度及实现燃油温度的自动调节；干度检测及调节；变频器输出频率与水量调控等。
（3）点火启炉。按程序自动完成点火启炉和设备的启停操作，显示点火过程及参数，在此过程中检测必要条件，异常时发出信号并自诊断显示原因。
（4）状态报警。监测锅炉系统的报警状况，自动生成报警表存档。
（5）实时曲线。跟踪锅炉系统运行的重要变量，实时生成运行曲线，以利于数据分析和参数调整。
（6）数据报表。
结束语
由于触摸屏中控系统具有原系统无法比拟的优点，随着数字化油田的建设，该中控系统将展现良好的应用前景。
参考文献：
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[4]殷华文，中控系统触控终端的平板化趋势及界面设计，电气自动化，2010（2）：27-35.
论文作者:陈绪斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/31
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