多路进料加热炉的控制

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内蒙古石油化工
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多路进料加热炉的控制
王云健 杨胜武
( 中原油田井下马寨地质组 ) 摘 要 总结了加热炉自动控制的各方面, 包括炉出口温度的控制, 防止炉管结焦控制 ,
炉膛压力控制, 氧含量控制和加热炉的联锁系统 。提出了对多路进料加热炉用热量均衡控制 防止炉管结焦的思路 , 并将热量均衡控制方案和流量均衡方案加以比较, 说明了两种方案的适 用条件和优缺点 。 关键词 加热炉 ; 温度; 结焦; 氧含量 ; 联锁; 控制系统 控制 ( 见图 4) 。
炉出口温度的四种控制方案 : 温度单参数 控制( 见图 1) ; 炉出口温度 ! ! ! 燃料油流量串 级控制 ( 见图 2) ; ∀ 炉出口温 度 ! ! ! 燃料气压力 串级控制 ( 见图 3) ; #燃料与空气交叉限幅配比
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当用燃料油作燃料时 , 可采用炉出口温度与 燃料油流量串级控制。同时, 还应考虑燃料油压 力与雾化蒸汽差压调节( 见图 5) 。 利用蒸汽的冲击和搅拌作用使燃料油喷成雾 状, 从而与空气充分混合。蒸汽量过少 , 雾化效果 不好 , 燃烧不完全; 蒸汽量过多 , 浪费燃料和蒸汽。 因此 , 应使蒸汽磁力高出燃料油压力一定值, 保证 雾化效果。若雾化蒸汽压力过低, 即燃料油压力 与雾化蒸汽差压过低 , 应启动联锁系统停炉。 1. 2 燃烧气加热炉 燃料气总管压力波动是引起炉出口温度波动 的主要干扰。为克服这一干扰的影响 , 可采用炉 出口温度与燃料气压力串级调节。当总管具有可 靠的压力控制时, 可用出口温度与燃料气流量串 级方案, 这样可提前感受燃料压力的干扰, 及时调 节。炉出口温度 ! 燃料气压力串级与燃料气流量 串级相比 , 具有测量简便的优点, 而后者的优势在 于可以了解燃料气消耗量。 1. 3 混合燃料加热炉 当遇到燃料油、 燃料气混合使用的情况, 应根 据工艺装置的具体情况决定控制方案。当生产装 置自产燃料气, 工艺要求优先烧燃料气 , 不足部分 由燃料油作补充时, 燃料气可采用压力定值控制, 炉出口温度与燃料油流量串级控制。如果有选择 地使用燃料油和燃料气, 可采用切换开关, 在炉出 口温度 ! 燃料油流量串级与炉出口温度 ! 燃料气 压力串级之间权衡。 另外 , 为避免计划外停炉 , 应对燃料流量或压 力调节器的输出实施低限位。当调节阀关小到一 定程度时 , 调节器输出嵌位, 确保调节阀保持在一 定开度上。 从环保角度考虑, 常采用燃料与空气交叉限 幅配比控制。提高炉出口温度时, 首先增加空气 量, 其次增加燃料量 , 反之 , 降低炉出口温度时 , 先 减少燃料量, 后减少空气量。这样可防止炉子冒 黑烟 ( 多余 CO) , 使能耗降到最低。 2 防止炉管结焦控制 如果物料流速太慢, 物料在炉管内停留时间 过长 , 很容易在炉管内结焦 , 堵塞炉管, 严重时会 把炉管烧焦。因此, 如何防止炉管结焦就成为设
热损失。在加热炉本体结构定型的情况下 , 热效 率主要取决于排烟热损失。而在最佳低氧燃烧状 态下 , 排烟热损失最小, 热效率也就最高。但降低 过剩空气系数和排烟温度 , 还受炉膛压力和烟道 气温度的影响。 由此, 可把氧含量作为热效率的主要控制参 数, 将炉膛压力作为副参数, 组成串级调节控制系 统来调整烟道挡板的转角。同时, 由于炉子的热 效率与进料及燃料的波动有直接或间接的联系, 这些影响又集中反映在炉子的出口油品温度上, 为此, 用炉出口温度调节燃料流量和压力并前馈 调节风门位置 , 以提高热效率。 为避免烟道挡板频繁动作, 当氧含量在一定 范围内波动而空气过剩系数没超出 1 05~ 1 18 的范围时, 烟道挡板可不动作 , 所以 , 氧含量调节 器可采用非线性调节。也可对炉膛压力采用非线 性调节, 当炉膛压力在允许范围内波动时, 风门挡 板不动作。 6 结束语 在设计加热炉控制系统时, 应根据现场情况 充分考虑各种因素, 如工艺要求、 干扰因素 , 可能 出现的异常情况等, 选用合理可行的控制方案, 保 证加热炉的正常操作。 参考文献 ∃1%陆德民主编 三版 ∃2%莫彬主编 石油化工自动控制设计手册, 第 过程控制工程 , 第一版 北京: 化
Key words: heater, t em perat ure, coking, oxygen cont ent , interlock, cont rol system 收稿日期: 2003 年 1 月 3 日
பைடு நூலகம்
计工作的重要任务之一。单流路进料的加热炉比 较容易控制, 而常用的是多路进料加热炉。对于 多路进料加热炉, 要防止炉管结焦 , 必须要保证热 负荷均衡。有两种方案可供选择: 一是流量均衡 方案 ; 二是热量均衡方案。 2. 1 流量均衡方案 流量均衡就是使多路进料的多个流路流量相 等。常采用的是多个流量定值控制。而在炉管的 分布上 , 如若已经考虑到了多流量路管路压力降 的平衡性 , 这时 , 就可以采用流 量均衡 方案。同 时, 为避免不同步提量造成各流路相互影响 , 使流 量控制不稳 , 可同时把多路调节器的给定值给定 同一个值, 这样可以有效地克服某些流路因物料 在炉管内流速过低或某些流路的流量过小而造成 的炉管结焦现象。 由以上分析可知 , 流量均衡方案的优点是控 制方法简单, 且只适用于炉管分布对称 , 管路压力 降平衡的情况。 2. 2 热量均衡方案 炉子如果 长周期运行造 成炉管结焦 程度不 同, 或者炉管的不对称分布造成管路压力降不平 衡, 建议最好选用热量均衡方案。下面以四流路 进料加热炉为例, 介绍热量均衡方案控制系统。 炉子的热负荷均衡是避免炉管结焦的关键。 该方案控制思路是先假设热量均衡然后反算各流 路流量。具体做法是 : 由实际总流量计算出总流 量差 , 进而计算出总能量差, 把总能量差平分到四 个支路上 , 计算出各支路能量差, 再由各支路能量 差、 各支路温差计算出各支路流量差, 用各支路流 量差来修正各支路流量 , 其结果给定各支路流量 调节器, 实现其控制。 这种方法实际上是采用热量均衡计算出各流 路流量调节器的给定值 , 该给定值随各流路实际 流量、 温度的变化而变化。 这种控制方案首先根据各路热量均衡原理, 并充分考虑各支路实际流量、 温度情况 , 计算出各 支路流量调节器给定值 , 最终控制结果是保证各 路流量均衡, 炉出口温度相等 , 热负荷均衡。 热量均衡控制方案具有操作稳定 , 燃料消耗 少, 炉子负荷能力高 , 炉管寿命长的优点, 缺点是
( Puyang Pet rochemical F act ory Puyang, Henan 457061)
Abstract: Automatic co ntrol of furnace is summarized w ith inclusio n of the control of heater ex it temper ature, av oiding cok ing in heater tubes, pressure and ox ygen content in the heater chamber and the inerlock system. A control scheme in w hich heat equalization is used to avoid coking in multi- pass feedstock heater tubes has been proposed and compared with the control scheme of flow r ate equalization. Suitable conditions of the tw o control systems, together with their advantages and disadv an tages, have been described.
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控制此法比较复杂, 但在 DCS 普及的今天, 这已 不是问题。此方案的四大功能是 : 流量怛定; 情况。 3 炉膛压力控制 炉膛压力过 高, 火焰 就会窜出 , 存在 安全隐 患, 且辐射室高温烟气的热量透过炉膛大量散失; 炉膛压力过低, 则高温烟气流速加大, 带走的热量 多。炉膛压力是一个分布参数, 且受进风量及雾 化蒸汽等的影响。为准确检测炉膛压力 , 可在炉 膛的上、 中 , 下各取压 , 对其压力平均值进行控制, 调节烟道挡板可有效地控制炉膛压力。若炉膛压 力过高, 应启动联锁系统停炉。 4 氧含量控制 燃烧是一种氧化反应, 若氧气不足则燃料不 完全, 烟气中将带走 大量 CO; 若氧气过量 , 则排 烟量增多, 烟气带走的热量多 , 同时, 由于冷空气 增多 , 一部分燃料白白消耗在为冷空气加热上 , 降 低了火焰温度, 导致热效率降低。因此 , 氧气的量 既要足够使燃料充分燃烧 , 又不能过剩太多, 即应 处于你氧 ( 适当的) 燃烧状态。在燃料与氧气量的 最佳配比点, 燃料能完全燃烧 , 热损失最少。 判断燃烧过程中氧气量是否适当的一项重要 指标是烟道气中的氧含量。要使加热炉处于最佳 的低氧燃烧状 态, 烟气中的氧含量为 1% ~ 3% , 空气过剩系数为 1 05~ 1 183。一般用氧化锆氧 含量分析仪来分析烟气中氧含量。 热效率的高低取决于加热炉本体结构和排烟 维持炉子总 改变各分支流量使各路出口温度相
采用温度单参数控制时, 由于传热和测量元 件滞后大, 燃料油流量或燃料气压力及热值稍有 波动 , 就会导致炉出口温度的较大变化。所以, 只 有在对于物料温度要求不高, 而且燃料总管压力 比较稳定的情况下, 才适用温度单参数控制。 当加热炉的燃料不同时, 其相应的控制思路 也会有所不同。 1. 1 燃料油加热炉
等; ∀ 显示各支路热负荷情况 ; # 检测各支路结焦
北京 : 化学工业出版社, 2000: 429- 432
学工业出版社 , 1995: 125- 132
Control of Heaters With Multi- Pass Feeding
W ang Y unj ian Yang Shengw u
加热炉是炼油化工生产过程中的关键设备, 对加热炉的控制是否 有效直接影响 整个工艺流 程。加热炉就其结构而言 , 可分为 方箱炉、 立式 炉、 圆筒炉和双面辐射炉。其控制系统基本相拟。 下面就加以阐述。 1 炉出口温度控制 炉出口温度是加热炉的主要控制指标。温度 能否稳定在所需数值上 , 直接影响后续工序的操 作工况和产品质量。加热炉的干扰因素较多 , 再 加上传热和测量元件滞后 , 对温度控制系统平稳 操作影响很大。因此 , 在选择控制方案时, 要充分 考虑各种因素。