辽河油田曙光采油厂热注作业二区 辽宁盘锦 124000
摘要：曙光采油厂热注作业二区是拖车式移动注汽班站，年均搬迁百余次。随着座落区块不同，出现如点火时序错误、在不调火的情况下电马达无规则动作等异常现象，为保证安全平稳优质注汽，针对锅炉控制系统出现的异常现象，作业区多次召开技术例会研究解决方案。
关键词：注汽锅炉；控制系统；抗电磁干扰装置
一、研究内容
油田专用注汽锅炉主要用来生产高温高压湿饱和蒸汽，是稠油开采的专用设备。注汽锅炉的控制系统主要由触摸屏、PLC、变频器、电机、点火程序控制器及多种检测元件构成。其控制系统的可靠性，直接影响到锅炉的安全运行，因此控制系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键，是确保锅炉安全运行的重要保障。
1.1注汽锅炉控制系统故障案例
曙采热注作业二区7号锅炉控制系统为西门子S7-300系列PLC配套西门子MP377触摸屏，2008年投用以来，一直工作正常。2014年1月由采油五区杜212块搬迁到采油六区杜813块。锅炉运行过程中经常出现频繁灭火、参数显示波动大等异常现象。
以上不正常现象的发生，不但降低了注汽效果，增加了员工的劳动强度，也极大的影响了锅炉的安全运行。
1.2注汽锅炉控制系统故障现象
1、频繁灭火
锅炉在正常运行过程中，频繁出现灭火现象。从无纸记录仪曲线及现场实际情况看，灭火停炉前，锅炉运行正常，所有参数显示平稳，无异常波动；锅炉灭火后，有时显示程序器故障报警，有时无报警显示。
2、模拟量输入输出信号异常
主要表现在两方面：1.压力显示异常波动，在锅炉工况未发生变化的情况下，压力显示值波动，且幅度很大；2.在没有进行调火，火量未发生变化的情况下，电动执行器无规则动作。
3、触摸屏不显示参数值
触摸屏所有参数显示“#”，员工无法监测锅炉运行状态及进行参数调整，需要将整个控制系统断电后，才能恢复正常。
4、锅炉程序运行紊乱
PLC受到外界干扰后，在启炉过程中，点火时序紊乱，造成锅炉点不着火。
1.3注汽锅炉控制系统故障原因分析
在排除无硬件损坏的情况下，我们对所有地线进行了检查，无地零混接、接触不良等现象，接地电阻值也满足要求，最后对7号站周边环境及站内可能产生的干扰源进行了调查。
1、锅炉控制系统的运行离不开为其供电的电网，而由各种辐射所引起的感应电流和感应电压会对电网造成影响。如挂接在电网线上的各种设备如电器、电动机、变频器等装置的启停及运行均会造成电网电压电流的变化。7号锅炉站区周围半径20米范围内，有四口油井正在运行，由于抽油机上行和下行负荷发生变化，导致电流和电压发生波动。另外，抽油杆加热方式为中频控制，而7号名锅炉的电源线接在附近油井的中频柜内。为抽杆加热的中频柜发出的中频电磁波，产生浪涌电压，引起电压畸变。
由于浪涌电压的存在，影响电能质量，对锅炉控制系统造成了严重的威胁，直接地影响了锅炉控制系统的正常运行。其影响过程如图一。所以由电源系统引入的干扰是造成锅炉控制系统运行异常的主要原因。
干度自动监测装置的安装，虽然大大地降低了员工的劳动强度，但此装置发出的电磁波，直接影响锅炉控制系统终端设备的测量与控制精度。
3、柱塞泵采用变频控制，变频器控制柜与锅炉控制盘的直线距离一般不超过2米，变频器中的晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网产生干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量。变频器的输出部分一般采用IGBT等开关器件，在输出能量的同时将产生较强的电磁辐射干扰，影响PLC的正常工作。
二、技术方案及创新点
2.1增设滤波器
滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。随着电子市场的不断发展也越来越被广泛生产和使用。滤波器主要分为有源滤波器和无源滤波器。主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。
针对由于中频电磁干扰对锅炉控制系统造成的影响，在隔离变压器前加滤波器，抑制干扰信号从电源线传导到控制系统中，消除电源的绝大部分干扰。采用稳压电源抑制电网大容量设备起停(如抽油机等)引起电网电压的波动，保持供电电压的稳定。
2.2安装输出电抗器
电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器；有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入铁心，称铁心电抗器。电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器（电感器）和容抗器（电容器）统称为电抗器，然而由于过去先有了电感器，并且被称为电抗器，所以现在人们所说的电容器就是容抗器，而电抗器专指电感器。
在变频器与电动机之间安装输出电抗器，限制与电动机连接的电缆容性充电电流，吸收变频器输出谐波，降低电动机的噪声作用，减弱对控制系统的影响。
2.3关闭外挂设备电源
将干度监测装置的电源关闭，消除干度监测装置发射的电磁波对锅炉控制系统的影响。
通过上述措施的实施，大大地减弱了外来干扰对控制系统的影响，锅炉运行平稳正常。
三、经济效益
3.1锅炉因电磁干扰停炉造成的损失
锅炉控制系统因电磁干扰停炉一次至重新启炉恢复正常，大约需要1小时。当锅炉排量在7t/h，每吨蒸汽的利润盈余为70元/吨，受电磁干扰的锅炉控制系统每月大约造成停炉5次左右，每年因电磁干扰停炉引起的控制系统检查维护费用为3万元，每年造成的损失为：
7×1×70×5×12+30000=59400（元）
3.2投入成本
投入成本主要是滤波器、电抗器、连接导线，滤波器价格为100元/个；电抗器价格为200元/个；连接导线成本为50元。因此投入费用为：
100+200+50=350（元）
3.3实际创效
作业区目前查明因受电磁干扰锅炉控制系统造成停炉的锅炉为6台，因此每年实际创效为：
（59400-350）×6=35.43（万元）
四、总结及下步打算
注气锅炉PLC控制系统的干扰是一个十分复杂的问题，通过解决注汽锅炉控制系统电磁干扰，应用有效创新手段，大大地减弱了外来干扰对控制系统的影响，保证了锅炉的正常运行，为以后处理类似故障积累了经验。
针对夏季室外环境温度较高，柱塞泵变频易出现过热报警停运的问题，决定围绕《夏季如何保证柱塞泵变频正常运行》开展活动。
论文作者:王泉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/17
标签：锅炉论文; 控制系统论文; 滤波器论文; 汽锅论文; 干扰论文; 电网论文; 电压论文; 《防护工程》2018年第30期论文;