单点开排罐加热器控制系统的优化与应用研究_孔令雷.pdf

2023.05/单点开排罐加热器控制系统的优化与应用研究孔令雷(中海石油(中国)有限公司天津分公司)摘要:本文对加热器控制系统的故障原因进行理论分析，对加热器控制系统改造的可行性进行分析研究，将风机的温控器运用到加热器温度控制中，采用区间加热方式取代 PID 加热方式，降低了元器件的故障率。重新设计控制电路，对控制电路的稳定性进行运算分析，跟踪设备的运行状况，解决了开排罐加热器控制系统故障的问题，保证了单点开排罐内液体的温度满足项目实施需要，维持了流程的稳定。关键词:加热器;控制系统;温控器;改造;优化0引言单点是 FPSO 与各平台之间各种介质进行输送的枢纽，其重要性毋庸置疑，如果单点的设备出现故障很可能会影响到油田的稳定生产，所以保障单点上设备的稳定运行就是保证 FPSO 的稳定运行，就是保证生产流程的稳定。单点的开排罐位于单点下层，其主要作用是收集单点的废油、污油、雨水和污水进行油水分离，再分别处理，是单点设备的重要组成之一，具体位置如图1 所示。图 1单点开排罐位置图79电气技术与经济/技术与应用/2023.051开排罐加热器存在的问题及原因1.1开排罐加热器存在的问题开排罐通过内部的堰板和溢流板进行油水分离，其内部的加热器可以促进介质流动、提高油水分离效果、维持开排罐温度，达到节能环保的效果1。但是开排罐投用以来，加热器经常发生故障，多次维修效果都不太理想。尤其是当极寒天气到来时，如果加热器发生故障，开排罐就有结冻甚至液位计失效导致冒罐的风险，对稳产和环保造成威胁。为了消除这一隐患，对加热器的改造刻不容缓。1.2开排罐加热器主要故障及原因分析(1)温控器故障及原因分析在对温控器检查的过程中，我们发现加热器前面板显示错误、按键失灵、端子锈蚀严重，部分端子还有过热的痕迹，如图 2 所示。通过梳理图纸及查找手册，发现加热器故障的原因是温控器模块发生了故障，导致了加热器的停止工作。图 2温控器检查故障图(2)继电器故障及原因分析故障加热器的控制方式属于 PID 控制，在设定了目标温度后，温控器会自动计算实际温度与设定温度的差值，根据差值改变触点吸合与断开的时间比2。当差值比较大时，吸合时间会更长，断开时间会更短;当差值比较小时，吸合时间变短，断开时间变长。这种加热方式虽然可以精确控制被加热物质的温度，但是更适用于允许频繁开断的电力电子器件。温控器内部的控制元件采用继电器、接触器等电气元件，这类原件都是通过触点的接触与断开来实现线路的通断。在 CD901 温控器的控制模式下，其触点就会频繁的接触和断开，长期工作就容易造成线圈烧毁和损坏，图 3 为控制盘内烧毁的继电器。图 3控制盘内烧毁的继电器2控制系统的优化2.1控制系统优化的可行性分析本次优化决定对温控器模块进行换型，采用意大利 Tecsystem 公司生产的 NT538 温控模块替代原有的温控模块。NT538 的主要功能是散热风机的起停控制，通过在模块上设定启停温度值、报警值、跳闸值，该模块就会根据 TD 的温度信号，对风机的启停触点进行控制，当温度再继续升高还有可以配置的报警值触点和跳闸回路触点，具体面板如图 4 所示。图 4NT538 温控模块面板图NT538 的温度信号通道数量是可以选择的，最多可以达到 8 路温度信号同时输入。另外，该模块还带89电气技术与经济/技术与应用2023.05/有自我诊断功能，如果运行过程中出现 TD 短路或断路的情况，都可以通过自诊断系统在控制屏上显示故障代码，让使用者可以直观观察。NT538 具有 IP65 的高防护等级，在相对湿度达到 90%的情况下也不结露，运行可靠性高，适用于单点的恶劣环境。2.2控制系统的逻辑分析与优化原温控器 CD901 在温度达到目标温度后输出触点断开，而新的温控器 NT538 会在温度达到设定温度后闭合触点，这与原先温控器的控制逻辑正好相反，所以决定配合 NT538 的逻辑修改继电回路控制逻辑，图 5 为新旧温控器输出点的对比图。图 5新旧温控器输出点的对比图通过对控制盘内继电回路的梳理，发现温控器的输出通过了一个中间继电器 KA 的辅助触点将信号发送到接触器3，因此决定将原常开触点更换为常闭触点，来配合新的 NT538 温控器的逻辑，达到控制加热器低温启动高温停止的目的。2.3系统运行稳定性分析为了保证控制系统运行的稳定性，我们以控制盘内电气元件的参数为标准，对控制器吸合时控制回路的电流进行计算。通过现场测量和查找设备参数，可知中间继电器KA 的线圈阻值 a=1800，接触器线圈阻值 b=535，控制电源电压 Un=230V，可知:Ia=Una=128mAIb=Unb=430mA通过计算得出中间继电器 KA 的线圈回路电流Ia=128mA，温控器的额定触点电流 Ina=5A，可以满足要求。而接触器 KM 的线圈回路电流 Ib=430mA，中间继电器 KA 的额定触点电流 IKA=3A，可以满足要求。通过梳理单点开排罐的流程，发现单点的废油、污水和雨水全都通过地漏进入了开排罐等待处理，同时我们也结合指导手册上给出的温度设定的参考值(见表)，将温度设定在 33 43 之间，在该温度区间内，开排罐内的液体既不会结冰也不会挥发，还能保持较好的流动性，满足生产流程的稳定性要求。表开排罐内的液体状态与温度区间液位高度温度动作高高58高温跳闸高48高温报警正常38正常设定点低26低温报警3研究实施情况单点开排罐加热器改造前后的温度变化如图 6 所示，3 月时单点开排罐的内部温度在 5 左右，在加热器不工作的情况下，全年最高温度保持在 25 左右，每年 1 月份平均温度接近 0，如遇极寒天气就有上冻的危险。9 月初对加热器进行改造后，温度曲线有了明显的提升，且罐内温度也一直保持平稳。99电气技术与经济/技术与应用/2023.05图 6单点开排罐加热器改造前后的温度变化对比图如图 6 所示，目前室外气温已经接近 0，罐内温度也能保持在 28 上下，介质的流动性得到了保障4，油水分离效果得到了提高。4结束语采用区间加热模式取代 PID 加热模式，降低了信号输出的频次，减小了开关的损耗，提高了运行可靠性。配合全新温控器的控制需求，对继电控制回路进行了改造，达到了预期的控制目的。将风机的温控模块成功应用于加热器的控制中，风机与加热器的控制方式是存在一定差距的5，通过对设备功能的充分挖掘，配置出了一套满足加热器控制要求的风机温控器控制方式。本次对单点开排罐温控器控制系统开展的优化工作，消除了加热器故障的隐患，消耗了库存，节约了经费，避开了备件的采办周期，在寒冬到来前顺利将加热器投用，保证了单点开排罐内液体的温度，维持了流程的稳定。参考文献 1谢玲 温控加热器控制电路可靠性问题 J 包装工程，2002，23(4):69-70 2刘志芳，高树凤，刘志强 海洋平台间接电加热器控制系统设计 J 石油和化工设备，2017，20(6):8-11 3苏胜锋 电加热器控制系统的改造 J 电工技术，2010(6):63-64 4孙家栋 石油平台用燃料型加热器自动控制与防腐 J 装备制造技术，2014(8):94-95，99 5段临志 大功率直流加热器 DCS 控制系统的设计与应用 J 通信电源技术，2018，35(2):100-102(收稿日期:2023-03-28)001电气技术与经济/技术与应用