管式加热炉出口温度串级控制系统设计

目录

1 管式加热炉概述...............................................................

错误!未定义书签。管式加热炉在石油工业中的重要性 (1)

管式加热炉的基本构成与组成 (1)

管式加热炉出口温度控制系统设计目的及意义 (1)

2 管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求.....................................错误!未定义书签。

管式加热炉出口温度控制系统工作原理..................... ........ . (2)

管式加热炉出口温度控制系统控制要求 (2)

3 管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计.........................................

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管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析 (2)

管式加热炉出口温度控制系统的工艺流程设计 (2)

4 管式加热炉出口温度控系统现场仪表的选型与连线图...............................

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控制系统中温度检测元件的选型 (3)

控制系统中变送器的选型 (4)

控制系统中执行器（调节阀）的选型 (4)

控制系统中调节器的选型 (5)

控制系统中的连锁保护与接线图 (6)

5管式加热炉出口温度串级控制系统分析...........................................

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控制系统方框图与工作过程 (7)

主、副调节器规律选择 (7)

主、副调节器正反作用方式确定 (7)

控制器参数工程整定 (8)

6 管式加热炉出口温度串级控制系统的MATLAB SIMULINK仿真与分析...................

错误!未定义书签。传递函数的选择 (9)

系统的参数的选择 (9)

系统的仿真分析 (10)

7 感受与体会..................................................................错误!未定义书签。

8参考文献....................................................................错误!未定义书签。

1 管式加热炉概述

管式加热炉在石油工业中的重要性

⑴加热温度高（火焰温度1000℃以上），传热速率快。

⑵是整个石油加工和石油化工过程中能耗最大的设备之一。

⑶是控制运转周期及自动化及自动化程度的关键设备。

管式加热炉的基本构成与组成

管式加热炉是一种直接受热加热设备主要用于加热气体或液体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主。

管式加热炉一般由辐射室、余热回收系统、对流室、燃烧器和通风系统等五部分组成，如图1所示。

（1）辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射

传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高

（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负

（2

种方法。

（3）对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。

（4）燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油

燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。

（5）通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式

和强制通风方式。

其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。

管式加热炉出口温度控制系统设计目的及意义

加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，

由于管式加热炉具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的

节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，

能耗很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个

重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。

2 管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求

管式加热炉出口温度控制系统工作原理

控制原理如图2所示，管式加热炉的主要任务是把物料加热到一定温度，以保证下一道工序的顺利进行。燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，物料流过炉膛四周的排管中，就被加热到出口温度。在燃料油管道上装设一个调节阀，物用它来控制燃油量以达到所需出口温度1T 的目的。

管式加热炉出口温度控制系统控制要求

影响出口温度1T 变化的因素有很多种，主要表现在：

（1） 被加热物料的流量与初温1D 。

（2） 燃料热值的变化、压力波动、流量的变化2D 。

（3） 烟窗挡板位置的改变、抽力的变化3D 。 其中燃料油压力和过热蒸汽压力都可以用专门的调节器保持其稳定，以便把扰动因素减小到最低限度，能够及时准确的实现控制过程。工艺上对出口温度要求不高，一般希望波动范围不超过±1～2%。

3 管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计

管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析

由于从燃料油调节阀开始作用到出口温度1T 的改变，整个控制通道的容量滞后大，时间常数大，这就会导致控制系统的控制作用不及时，反应迟钝、最大偏差大、过渡时间长、抗干扰能力差，控制精度降低。

除1D 外，2D 、3D 的变化进入系统的位置，都是首先影响炉膛温度2T ，而后经过加热管管壁的影响被加热油料的温度1T 。而炉膛的惯性小，而炉膛的惯性小，其温度变化很快就可以反映出来，则控制通道的容量滞后大大减小，对干扰2D 、3D 能够及时克服，减小它们对出口温度的影响。

所以单独用单回路的出口温度或炉膛温度控制系统各有优缺点，为了同时发挥它们的优点，考虑选用出口温度—炉膛温度的串级控制系统。

管式加热炉出口温度控制系统的工艺流程设计

加热炉温度串级控制系统是以原料油出口温度为被控参数的控制系统。其它被控参数有炉膛温度，膛壁温度，燃料流量，原料油流量。主温度调节器对被控参数精确控制，与图2