氣田集輸工程井口加熱爐系統及自動控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種氣田集輸工程井口加熱爐系統以及自控控制該加熱爐的方法。
【背景技術】
[0002]天然氣加熱爐作為油氣田一種重要的加熱設備，廣泛地應用于天然氣集輸系統中。它工作原理是通過加熱爐中的水作為加熱介質，加熱水中的天然氣輸送管道，從而使管道中天然氣達到一定的溫度、壓力和流量，防止燃氣輸送管道內節流降壓形成水合物堵塞管道。國內很多氣田屬高酸性氣田，開發中面臨劇毒、強腐蝕性等諸多高風險因素，使安全成為關系工程建設成敗的決定性條件。目前國內氣田所使用的進口加熱爐自動控制系統，無法實現酸氣定產、穩壓以及流量的準確計量，酸氣加熱效果差，嚴重時會造成加熱爐停爐、關井。
【發明內容】
[0003]針對上述存在的技術問題，本發明提供一種氣田集輸工程井口加熱爐系統及自動控制方法，用于智能化自動控制其流量、壓力和溫度。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:一種氣田集輸工程井口加熱爐系統，包括開放式的罐體，罐體底部設置有加熱裝置；罐體內部安裝有一級加熱盤管和二級加熱盤管；所述一級加熱盤管兩端分別與一級進水管和一級出水管連接，所述二級加熱盤管分別與一級出水管和二級出水管連接；其特征在于:所述一級進水管上安裝有二級節流閥，一級出水管上安裝有三級節流閥；所述二級節流閥之前設置有壓力感應器P1、溫度感應器Tl ;二級節流閥和一級盤管之間設置有壓力感應器P2、溫度感應器T2 ;二級加熱盤管之后設置有壓力感應器P3、溫度感應器T3以及流量計Q3 ;所述加熱裝置為燃氣加熱裝置；該加熱裝置設置有進氣閥。
[0005]一種用于上述氣田集輸工程井口加熱爐系統的自動控制方法，包括流量控制、壓力控制、溫度控制。
[0006]作為一種改進，所述流量控制的步驟為:
步驟1，確定一個流量預設值Qset ；
步驟2，對Q3進行周期性采樣；
步驟3，將采樣結果帶入PID控制公式計算控制量；所述PID控制公式為u(t)=Kp[e(t)+1/TI / e(t)dt+TD*de(t)/dt]；
步驟4，通過控制量調節二級節流閥開度。
[0007]作為一種改進更進一步的改進，所述流量控制步驟3中，PID控制公式中比例部分設置有智能控制系數 Kint,即 u (t) =KintKpe (t);當 E (t)彡 5% 時，Kint=0.5;當 E(t)<5%時，Kint= (10/ Qset) (Σ | e (t) | /n) ；E(t)= (Σ | e (t) | /n) /Qset0
[0008]作為另一種更進一步的改進，所述流量控制步驟3中，PID控制公式中積分量部分設置有智能控制系數 Hint,即 i (t)= Hint(l/Ti) f e (t) dt ;當 E (t)彡 5% 時，Hint=0.5;當 l%<E(t) 5% 時，Hint= (10/ Qset) (Σ | e (t) | /n) =1E(t) ;iE(t) 1% 時，Hint=0.1 ；E(t)= (Σ I e(t) | /n)/Qseto對于傳統PID控制來說，P、1、D參數設定值都是靜態的固定值，對于單一控制的變化量適用，但是多變量的耦合控制就不行了，而且為了防止控制超調和死區，對PID的參數需要進行動態設定，即PID的調節參數值根據控制設定和實際反饋的差值按比例自動計算。
[0009]作為另一種改進，所述壓力控制的步驟為:
步驟I，確定一個壓力預設值Pset ；
步驟2，對P2進行周期性采樣；
步驟3，將采樣結果帶入PID控制公式計算控制量；所述PID控制公式為u (t) =Kp [e (t) +1/TI / e (t) dt+TD*de (t)/dt]，其中 E(t)= (Σ | e (t) | /n) /Pset ；
步驟4，通過控制量調節三級節流閥開度。
[0010]作為上述改進進一步的改進，所述壓力控制步驟3中，PID控制公式中比例部分設置有智能控制系數 Kint,即 u (t) =KintKpe (t) ;iE(t)彡 5% 時，Kint=0.5;當 E(t) ^ 5%時，Kint= (10/ Pset) (Σ | e (t) | /n) ；E(t)= (Σ | e(t) | /n)/Pset0
[0011]作為上述改進另一種進一步的改進，所述壓力控制步驟3中，PID控制公式中積分量部分設置有智能控制系數Hint,即i(t)= Hint(l/Ti) I e(t)dt;當E(t)彡5%時，Hint=0.5;當 l%<E(t) < 5% 時，Hint= (10/ Pset) (Σ | e (t) | /n) =1E (t);當E(t)彡 1% 時，Hint=0.1 ;E(t)= (Σ | e (t) | /n)/Pset0 對于傳統 PID 控制來說，P、1、D參數設定值都是靜態的固定值，對于單一控制的變化量適用，但是多變量的耦合控制就不行了，而且為了防止控制超調和死區，對PID的參數需要進行動態設定，即PID的調節參數值根據控制設定和實際反饋的差值按比例自動計算。
[0012]作為另一種改進，所述溫度控制的步驟為:
步驟1，確定二級盤管的出口溫度預設值tsetl、二級盤管的進口溫度預設值tset2、水浴溫度預設值tset3 ;
步驟2，對Tl、T2、T3進行周期性采樣；
步驟3，將采樣結果帶入PID控制公式計算控制量；所述PID控制公式為u(t) =Kp[Kinte(t)+Hint (1/Ti) f e(t)dt+Td(de (t)/dt)]；當 E (t) ^ 5% 時，Kint=0.5;當E(t) < 5% 時，Kint= (10/ Tset) (Σ | e (t) | /n);當 E(t) ^ 5% 時，Hint=0.5;當1% 彡 E(t)彡 5% 時，Hint= (10/ Tset) (Σ | e (t) | /n)=10E(t);當 E(t)彡 1% 時，Hint=0.1 ；E(t)= (Σ | e(t) | /n)/Tset; Tset=tsetl, tset2, tset3o
[0013]步驟4，首先將二級盤管的出口溫度和二級盤管的出口溫度預設值形成的PID輸出值，與二級盤管的進口溫度和二級盤管的進口溫度預設值形成的PID輸出值進行比較，選擇兩者中較大的值，再與水浴溫度和水浴溫度預設值形成PID輸出值比較，選擇兩者中較小的值；
步驟5，利用步驟4得到的PID值控制進氣閥的開度。
[0014]本發明的有益之處在于:由于智能控制系統采用PID智能模糊控制，解決了多變量相互干擾的技術問題，真正實現了多變量的解耦控制。流量、壓力、溫度在進行人為調整設定或者由于工藝環境變化參數波動后，都能在短時間內實現動態平衡。使得系統流量、壓力、溫度動態變化平緩，運行穩定。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的結構示意圖。
[0016]圖2為普通PID控制與可變比例系數效果對比圖。
[0017]圖3為普通PID控制與可變積分系數效果對比圖。
[0018]圖中標記:1罐體、2加熱裝置、3 —級盤管、4 二級盤管、5 —級進水管、6 —級出水管、7 二級出水管、8 二級節流閥、9三級節流閥、10壓力感應器Pl、ll溫度感應器Tl、12壓力感應器P2、13溫度感應器T2、14壓力感應器P3、15溫度感應器T3、16流量計Q3、17進氣閥。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。
[0020]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0021]PID控制器(比例-積分-微分控制器)是一個在工業控制應用中常見的反饋回路部件，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。
[0022]這個理論和應用的關鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統。
[0023]PID (比例(proport1n)、積分(integrat1n)、微分(differentiat1n))控制器作為最早實用化的控制器已有近百年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。
[0024]PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。其輸入e (t)與輸出u (0的關系為11(0=如[6(0+1/11 / e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中積分的上下限分別是O和t
因此它的傳遞函數為:G(s) =U(s)/E(s) =Kp[1+1/(TI*s) +TD*s] ο其中Kp為比例系數；TI為積分時間常數；TD為微分時間常數。
[0025]如圖1所示，本發明氣田集輸工程井口加熱爐系統，包括開放式的罐體1，罐體I底部設置有加熱裝置2 ;罐體I內部安裝有一級加熱盤管3和二級加熱盤管4 ;所述一級加熱盤管3兩端分別與一級進水管5和一級出水管6連接，所述二級加熱盤管4分別與一級出水管6和二級出水管7連接；所述一級進水管5上安裝有二級節流閥8，一級出水管6上安裝有三級節流閥9 ;所述二級節流閥8之前設置有壓力感應器Pl 10、溫度感應器Tl 11 ;二級節流閥8和一級盤