油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法及系统，该方法包括：步骤1，测量加热炉介质出口温度；步骤2，判断介质温度是否达到设定值，如果达到设定值，则执行步骤5；若远未达到设定值，则执行步骤3；若接近设定值，则执行步骤4；步骤3，判断燃料量是否达到最大值的65%，若未达到，则增大燃料供给量，直到达到最大值的65%，若达到则返回到步骤1；步骤4，计算燃料流量的变化量，并在调节燃料流量后，返回到步骤1；步骤5，关闭燃料流量调节阀，停止燃料调节，进行热效率自寻优。该控制方法及系统避免了油田加热炉因定温控制带来的额外能量浪费，使油田加热炉达到了既有效控制又高效运行的目的。

Self optimizing control method and system for heating and thermal efficiency of oil field heating furnace

The invention provides an oil heating furnace temperature and the thermal efficiency of heating system and self searching optimal control method, the method includes: Step 1, medium heating furnace outlet temperature measurement; step 2, determine whether the medium temperature reaches the set value, if it reaches the set value, executes step 5; if not reach the set value step 3; if close to the set value, executes step 4; step 3, determine whether the amount of fuel to reach a maximum value of 65%, if not reach, can increase the supply of fuel, until you reach the maximum value of 65%, to achieve the return to step 1; step 4, calculate the change of fuel flow. And in the regulation of fuel flow, return to step 1; step 5, close the fuel flow regulating valve, stop fuel control, the heat efficiency of self optimization. The control method and system avoid the extra energy waste caused by the fixed temperature control of the heating furnace in the oilfield, so that the heating furnace of the oilfield achieves effective control and efficient operation.

【技术实现步骤摘要】
油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法及系统
本专利技术涉及油田加热炉节能领域，特别是涉及到一种油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法及系统。
技术介绍
在油田的油气处理和集输过程中，不少工艺过程要求把生产物流加热升温到一定温度，因此，在油田的油气处理和集输过程中，采出液的脱水和原油的外输都大量使用着加热炉。油田使用的加热炉大多数是以天然气或原油作为燃料，它们属于燃油加热炉或燃气加热炉。在生产过程中，为了保证生产的正常运行，要求生产物流必须达到一定的工艺温度。因此，加热炉输出物流的实际温度总要超过工艺温度。可见，加热炉物流超出工艺温度所多付出的能量为无功能量，物流的实际温度超出工艺温度越多，产生的无功能量越多，浪费的能源越多。目前，还没很好的方案对此加以解决。另外，定温加热技术可以自动地调节加热炉负荷，减少无功能量。但还不能做到在每一运行工况实现加热炉的最优运行，而且容易牺牲加热炉热效率，带来额外能源浪费。为此我们专利技术了一种新的油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法及系统，解决了以上技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以实现油田加热炉定温加热和热效率自寻优，有效地克服油田生产现有的加热炉存在的缺陷的控制方法及系统。本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法，该油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法包括：步骤1，测量加热炉介质出口温度；步骤2，判断介质温度是否达到设定值，如果达到设定值，则执行步骤5；若远未达到设定值，则执行步骤3；若接近设定值，则执行步骤4；步骤3，判断燃料量是否达到最大值的65％，若未达到，则增大燃料供给量，直到达到最大值的65％，若达到则返回到步骤1；步骤4，计算温差及温差变化率，依据温度差异和变化情况，采用模糊–神经网络控制方法实时计算燃料流量的变化量，并在调节燃料流量后，返回到步骤1；步骤5，关闭燃料流量调节阀，停止燃料调节，进行热效率自寻优。本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：步骤5包括：a，采用热效率自寻优控制方法测量热效率；b，将热效率测量值与初值比较，判断热效率差值；c，若差值的绝对值大于收敛因子且差值大于零，调节风门开度，增大供风量，返回步骤a；d，若差值的绝对值大于收敛因子且差值小于零，调节风门开度，减小供风量，返回步骤a；e，若差值的绝对值小于或等于收敛因子，结束调节。步骤a包括：(1)建立如下油田加热炉热效率计算式：η2＝100-(q2+q3+q5)其中，η2为油田加热炉的反平衡热效率，％，q2为油田加热炉排烟热损失率，％，q3为油田加热炉的气体未完全热损失率，％，q5为油田加热炉的表面散热损失率，％；(2)建立如下油田加热炉排烟热损失率q2计算式：由上式可见，在其它量保持不变的情况下，油田加热炉排烟热损失率是过量空气系数αpy的函数，上式可表示为：q2＝f1(αpy)其中，B为油田加热炉的燃料消耗量，Qr为单位kg燃料的输入热量，为单位燃料排烟中三原子气体RO2的容积，为单位燃料理论氮气容积，αpy为排烟中过量空气系数，V0为单位燃料理论空气量，cgy为干烟气的比热容，tpy为排烟温度，为单位燃料理论水蒸气容积，为排烟中水蒸气比热容，(ct)lk为冷空气的热容，K为油田加热炉的燃烧系数；(3)建立如下油田加热炉的气体未完全热损失率计算式：q3＝3.2αpyCO当上式中CO保持不变时，油田加热炉的气体未完全热损失率q3是过量空气系数αpy的函数，上式可表示为：q3＝f2(αpy)其中，CO为排烟中一氧化碳含量；(4)油田加热炉的表面散热损失率q5与加热炉的负荷有关，对于某一容量的加热炉其负荷一定时，油田加热炉的表面散热损失率保持不变；(5)在定温控制的基础上，即加热炉被控制在某一负荷下时，可建立油田加热炉的热效率与排烟处过量空系数的函数，即η2＝f(αpy)(6)油田加热炉的热效率是排烟处过量空气系数的函数，排烟处过量空气系数的大小直接受燃烧器风门开度的影响，建立热效率与燃烧器风门开度系数的函数，自寻优节能控制就是通过寻找热效率获得极值的可控变量，即风门开度系数的数值；(7)建立热效率与风门开度系数的关系η2＝f(K)，给定热效率初值η2,0，用风门开度系数Ki计算热效率η2，i，比较η2，i与η2,0的大小可获得Δη2，i，若Δη2,i增加,风门开度系数增加ΔKi，若Δη2,i降低，风门开度系数降低ΔKi，当Δη2,i变化小于或等于收敛因子ξ时，此时的风门开度系数为最佳值，即为加热炉在该工况下的最佳运行工况。在步骤4中，采用的模糊–神经网络采用五层模糊神经网络：第一层神经元为输入点，表示模糊控制器的输入信号，此神经网络有两个输入点，可表示温度偏差和偏差变化率，第一层神经元仅把输入值传给下一层，因此有：第一层的连接权重为1，其中，xi为输入值，即温度偏差e和偏差变化率ec；为第一层的输入变量；为第一层的输出变量，第二层为模糊化层：这一层表示输入信号的语言变量的辞集即语言值，每个神经元代表一种语言值，表达为一个隶属函数，每个神经元的输出应该是相应的隶属函数，其中，为经过模糊化后的第二层输入值；为第二层的输入变量；为第二层的输出变量；mi和σi分别表示第i个输入xi的语言变量的第j个语言值的高斯形隶属函数的中心和宽度，第二层的连接权重作为第三层为规则层：共35个节点，每个节点代表一条模糊规则，这一层与第二层之间的连接用来匹配模糊规则的条件，它的输出决定每条规则的激励强度。即其中为第三层的输入值，即每一节点的模糊规则；为第三层的输入变量；为第三层的输出变量，第三层的连接权重为1，第四层为去模糊层：包含7个节点，其中7为油流量输出变量的模糊分割数，这一层的每个节点执行模糊“或”操作以合成具有同样输出条件的规则，这一层的函数表示为权值Wij表示第i个输出语言值与第j条规则间的连接强度，它只取0或1，其中，为第四层的输入值；为第四层的输入变量；Wij为第i个输出语言值与第j条规则间的连接强度，它只取0或1；为第四层的输出变量，第五层为输出层：表示神经元起到解模糊的作用，如果第四层第j个神经元代表的模糊子集的隶属函数的中心和宽度分别为mj和σj，下列函数用模仿重心法进行解模糊：其中，为第五层的输入值；为第五层的输入变量；为第五层的输出变量，即确定状态的燃料变化量，第五层的连接权重为在步骤4中，采用的模糊–神经网络控制方法包括以下步骤：(1)对数据进行初始化，根据设定的出口温度和采集的温度值，计算出温度偏差e及偏差变化率ec，作为模糊神经网络的输入变量；(2)利用公式对输入变量进行模糊化；其中，为第二层的输入变量；为第二层的输出变量；mi和σi分别表示第i个输入xi的语言变量的第j个语言值的高斯形隶属函数的中心和宽度；(3)进行模糊推理，用神经网络对采样数据进行参考学习，利用公式建立完善的模糊推理规则；其中，为第三层的输入值，即每一节点的模糊规则；为第三层的输入变量；(4)对模糊量进行清晰化，利用公式和实现去模糊化，其中，为第四层的输入值；为第四层的输入变量；Wij为第i个输出语言值与第j条规则间的连接强度，它只取0或1；为第四层的输出变量；(5)利用公式和计算并输出确定状态的燃料流量的变化量，其中，为第五层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法，其特征在于，该油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法包括：步骤1，测量加热炉介质出口温度；步骤2，判断介质温度是否达到设定值，如果达到设定值，则执行步骤5，若远未达到设定值，则执行步骤3，若接近设定值，则执行步骤4；步骤3，判断燃料量是否达到最大值的65％，若未达到，则增大燃料供给量，直到达到最大值的65％，若达到则返回到步骤1；步骤4，计算温差及温差变化率，依据温度差异和变化情况，采用模糊–神经网络控制方法实时计算燃料流量的变化量，并在调节燃料流量后，返回到步骤1；步骤5，关闭燃料流量调节阀，停止燃料调节，进行热效率自寻优。

【技术特征摘要】
1.油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法，其特征在于，该油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法包括：步骤1，测量加热炉介质出口温度；步骤2，判断介质温度是否达到设定值，如果达到设定值，则执行步骤5，若远未达到设定值，则执行步骤3，若接近设定值，则执行步骤4；步骤3，判断燃料量是否达到最大值的65％，若未达到，则增大燃料供给量，直到达到最大值的65％，若达到则返回到步骤1；步骤4，计算温差及温差变化率，依据温度差异和变化情况，采用模糊–神经网络控制方法实时计算燃料流量的变化量，并在调节燃料流量后，返回到步骤1；步骤5，关闭燃料流量调节阀，停止燃料调节，进行热效率自寻优。2.根据权利要求1所述的油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法，其特征在于，步骤5包括：a，采用热效率自寻优控制方法测量热效率；b，将热效率测量值与初值比较，判断热效率差值；c，若差值的绝对值大于收敛因子且差值大于零，调节风门开度，增大供风量，返回步骤a；d，若差值的绝对值大于收敛因子且差值小于零，调节风门开度，减小供风量，返回步骤a；e，若差值的绝对值小于或等于收敛因子，结束调节。3.根据权利要求2所述的油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法，其特征在于，步骤a包括：(1)建立如下油田加热炉热效率计算式：η2＝100－(q2+q3+q5)其中，η2为油田加热炉的反平衡热效率，％，q2为油田加热炉排烟热损失率，％，q3为油田加热炉的气体未完全热损失率，％，q5为油田加热炉的表面散热损失率，％；(2)建立如下油田加热炉排烟热损失率q2计算式：由上式可见，在其它量保持不变的情况下，油田加热炉排烟热损失率是过量空气系数αpy的函数，上式可表示为：q2＝f1(αpy)其中，B为油田加热炉的燃料消耗量，Qr为单位kg燃料的输入热量，为单位燃料排烟中三原子气体RO2的容积，为单位燃料理论氮气容积，αpy为排烟中过量空气系数，V0为单位燃料理论空气量，cgy为干烟气的比热容，tpy为排烟温度，为单位燃料理论水蒸气容积，为排烟中水蒸气比热容，(ct)lk为冷空气的热容，K为油田加热炉的燃烧系数；(3)建立如下油田加热炉的气体未完全热损失率计算式：q3＝3.2αpyCO当上式中CO保持不变时，油田加热炉的气体未完全热损失率q3是过量空气系数αpy的函数，上式可表示为：q3＝f2(αpy)其中，CO为排烟中一氧化碳含量；(4)油田加热炉的表面散热损失率q5与加热炉的负荷有关，对于某一容量的加热炉其负荷一定时，油田加热炉的表面散热损失率保持不变；(5)在定温控制的基础上，即加热炉被控制在某一负荷下时，可建立油田加热炉的热效率与排烟处过量空系数的函数，即η2＝f(αpy)(6)油田加热炉的热效率是排烟处过量空气系数的函数，排烟处过量空气系数的大小直接受燃烧器风门开度的影响，建立热效率与燃烧器风门开度系数的函数，自寻优节能控制就是通过寻找热效率获得极值的可控变量，即风门开度系数的数值；(7)建立热效率与风门开度系数的关系η2＝f(K)，给定热效率初值η2,0，用风门开度系数Ki计算热效率η2，i，比较η2，i与η2,0的大小可获得Δη2，i，若Δη2,i增加,风门开度系数增加ΔKi，若Δη2,i降低，风门开度系数降低ΔKi，当Δη2,i变化小于或等于收敛因子ξ时，此时的风门开度系数为最佳值，即为加热炉在该工况下的最佳运行工况。4.根据权利要求1所述的油田加热炉定温加热和热效率自寻优控制方法，其特征在于，在步骤4中，采用的模糊–神经网络采用五层模糊神经网络：第一层神经元为输入点，表示模糊控制器的输入信号，此神经网络有两个输入点，可表示温度偏差和偏差变化率，第一层神经元仅把输入值传给下一层，因此有：第一层的连接权重为1，其中，xi为输入值，即温度偏差e和偏差变化率ec；为第一层的输入变量；为第一层的输出变量，第二层为模糊化层：这一层表示输入信号的语言变量的辞集即语言值，每个神经元代表一种语言值，表达为一个隶属函数，每个神经元的输出应该是相应的隶属函数，其中，为经过模糊化后的第二层输入值；为第二层的输入变量；为第二层的输出变量；mi和σi分别表示第i个输入xi的语言变量的第j个语言值的高斯形隶属函数的中心和宽度，第二层的连接权重作为第三层为规则层：共35个节点，每个节点代表一条模糊规则，这一层与第二层之间的连接用来匹配模糊规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓寿禄，王贵生，齐光峰，王春光，周亮，范路，郑炜博，杨秀丽，胡晓峰，范荣霞，许涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心，
类型：发明
国别省市：山东,37