油田安全保护的自动控制系统.pdf

＼ ／ 主题词安全保护自动控制 蝙 安全系统的 自动控制系统和普 通的自动控制系统在结构和基本工 作原理方面是类似 的，主要差别是 由于控制 目标不同而引起的。普通 控制系统的作用是在无人直接参与 的情况下通过控制器使被控对象或 过程 自动地按照预定的要求运行。 而安全系统的控制是在可能发生事 故的情况下，控制器采取强制性的 操作防止事故的发生，保护设备和 人身的安全。 二、简单的安全保护 自动控制系统 简单的安全保护自动控制系统 由被控对象或过程、 测量变送装置、 控制器和执行机构组成。我们用一 个加热炉的安全保护 自动控制系统 为例来说明，其中加热炉是控制对 象，火焰监测器监测炉内火焰的情 况，在控制系统中起测量变送的作 用。当炉膛内火焰熄灭时，火焰监 测器将此信号送给控制器，控制器 发出信号，送给燃料控制阀，切断 进入炉子的燃料 ，同时送给蒸气或 惰性气体控制阀，将蒸气或惰性气 体送入炉膛。这些控制阀即为执行 机构 。 从这个简单 的例子可 以看出， 编 译 刘长宝王秀珍 审校 嵩 瓦 程 匠碡 虽然安全保护的 自动控制系统从结 构上和普遍 自动控制系统类似，但 是其工作情况和普遍 自剖控制系统 的工作情况有很大差异①安全保 护的自动控制系统只是在探测到危 险时才动作 ，而不是连续不断地进 行调节；②执行器操作的目的是排 除危险而不是保持最佳 生产状况； ③执行器操作的结果往往强制中断 某种正常生产；④因此 ，从理论上 讲这种系统没有稳定性问题，但要 求操作逻辑正确性和可靠性，以保 证生产系统的安全。 圉 1 加 热炉安 全控制 原理 圉 上面介绍的系统可称为硬保护 系统，当有产生危险的可能时，强 行中断生产过程 。这种保护方式的 缺点是在许多情况下会带来较大的 经济损失 。另外因为硬保护系统工 作频度非常低，一旦工作时可靠性 程度比较低 。 三、软保护 自动控制系统 为了克服上述硬保护 自动控制 系统的缺点，人们又提出了软保护 自动控制系统 ，软保护 自动控制系 统是在生产过程可能出现事故，但 未达到危险界限时 ． 提前发出声、 光 了1三 报警信号并 自动地将控制系统转入 一 个安全的状态下运行，而不是中 断运行 。而且逐步使系统恢复到正 常状态。只有当这种安全状态运行 过程中还不能阻止情况恶化、系统 达到危险界限时才采取强制中断运 行的办法。软保护的优点是可以避 免不必要停机或停运，减少经济损 失。采用软保护系统必须具 备的条 件是能将系统转入安全状态运行并 能将系统安全有效地控制在安全范 围之内。软保护控制系统一般是在 正常的 自动控制系统上叠加一个安 全超驰控制系统 。所谓超驰就是安 全性控制指令优先于正常控制器指 令，我们也用加热炉为例进行说 明 见图 2 。油田天然气的压 力有时 不稳定 ， 压力太低会引起炉子熄火， 反之当喷嘴前压力太高时会引起脱 火，为了保证加热炉安全燃烧，在 原来加热炉出口温度调节系统上叠 加一个安全控制系统 ，防止熄火或 脱火现象发生。系统在喷嘴前加一 个压力调节器 P I ，其设定值 P 是 防止脱火发生的允许压力，比正常 燃烧时的压力值 I 高。所以调节器 P I 的输 出比较高，通过低值选值 器时， 选中较低的 P I 的输出． 去控 制燃料 阀，出口温度调节系统形成 闭环调节回路，进行正常调节。反 之如果喷嘴前压力 I 有可能 发生 脱火 ， 这时 P I 调节器输出较低， 低 值选值器选中它 ，而使喷嘴前燃料 压力调节形成闭环．使喷嘴前燃料 气压下降 ．防止脱火发生。注意这 时对加热炉 出口温度不再进行 闭环 调节。同样用一个高值选值器来防 止熄火的发生 。当低值选值器的输 出 I ， 小于高值 选值器的 另一路信 国外油 田I程 1 9 9 4 3 5 维普资讯 号I 有可能熄火时， 高值选值器 自动选择 I ⋯， 维持加热炉不熄火所 需的最低燃料量 三、复杂安全保护的 自动控制系统 当有多种危险因素同时作用于 ～ 个系统，且各种因素之间可能存 在某些关联时，安全控制系统结构 比上述简单系统复杂。以燃气轮机 保护系统为例来说明 见图 3 。 燃气轮机超速、超温、超振和 熄火都能导致燃气轮机设备的严重 损坏 ，因此反映燃气轮机转速、温 度、振动和燃烧状态的各种变量通 过适当的传感器测量以后 ，送到控 制器。 本系统中控制器设置了三个， 这三个控制器都独立地接受各种传 感器传来的信号，对燃气轮机工作 状态进行独立的评估 ，然后发出控 制输出给伺服阀三个独立线圈中的 ～ 个。这种设计采用了冗余控制和 々 保护方案， 即所谓 “ 表决”方案。 0 0 表决方案的原理如下 如果 0 三个控制器之一例如 “ s ” 控制器故 障，这时燃气轮机在温度控制下工 作，故障使它输出最大电流向增加 燃料方面驱动伺服阀，实际燃料量 将增加，温度升高，超过 “ R ”和 “ T 控制器的温度设定值，因为 “ R 和 “ T” 控制器的作甩 比“ S ” 控 制器作用强，所以使温度恢复到正 常值 ， 这就避免了 “ s ” 控制器故障 而产生故障停机。同样如果系统需 要故障停机时，只要 “ R”“ s ⋯‘ T” 三个控制器中任何两个单独发生遮 断就决定遮断 ， 用逻辑关系表达为 R R *SS*T T *R 上面式中 “ *”和 “ ”分别表示 。 逻辑积与逻辑和。这种詈表决功能 提高了燃气轮机发电组的安全可靠 性 。 这个系统的执行机构用了两个 图0 燃气轮机保护 系统 伺服阀， 伺服阀执行正常调节作用， 伺服阀工兼有正常调节和事故中断 两种作用。 如果多种致危因素之问有关联 式生产过程的其它要求，控制器中 还应设置逻辑判断的功能。 五、小 结 本文介绍了几种典型的安全保 5 2 国盼油田I程l 9 9 4 ．3 护自动控制系统。 由于生产的发展， 对安全的要求越来越高 ，系统结构 趋于复杂，而现代电子技术和自动 化技术的发展又为实现复杂的安全 保护 自动控制系统提供 了新的技 术 资料来耀于美国 I 石油工程师 杂志 1 9 9 0年 收稿日期1 9 9 3 年 9月 维普资讯