加热炉控制及安全联锁系统

Operation Mode Normal 0 0.6413 12.9912 1.0105 3.2454 0.00518 24.4168 29.06 13.7297 11.8445 0.4567 0.73 0.7682 0.4571 0.4323 0 0.0389 0.1613 0.0092 0.0015 0.00012 100
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安全联锁

点炉阶段
§ 允许吹扫：
1）允许吹扫条件满足时，DCS画面上“允许吹扫指示灯”亮，提示可以吹扫； 2）如果条件不满足将通过逻辑块禁止“自动吹扫按钮”起作用。
§开始吹扫：
1）操作员在DCS画面上按“自动吹扫按钮”，启动吹扫，通过DCS将风道上 的调节挡板开度调到最大； 2）经过10分钟吹扫后，DCS画面中的“吹扫完毕”指示点亮； 3）成功吹扫完毕后通过逻辑块禁止“自动吹扫按钮”再起作用（除非空气流 量低于允许吹扫时的设定风量，紧急停车开关发生急停）； 4）成功吹扫完毕后将DCS里的风量控制器设为自动调节模式。
Y18 Y9 * N burners installed N burners in operation N burners in operation N burners installed
Y19 FI028 输出*
当部分火嘴熄灭时，燃料气总管的量仍为实际燃烧的燃料气量，而总风 道燃烧空气的量并不代表实际参与燃烧的空气量，熄灭火嘴处所对应的燃 烧空气并没有切断，而浪费掉了。为此通过计算块Y18将浪费的空气量在 别的分支风道上补偿回来。补偿后总风道燃烧空气量则会比实际参与燃烧 的空气量变大，在“空气主导”的控制系统里，计算块Y19就是用来计算 出实际参与燃烧的空气量，再去调节燃料气量。
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2.2.6空燃比的设定
加热炉专业根据燃料气的化学组分计算出理论空燃比（13.66）。而 进入燃烧器内的燃烧空气不可能完全参与燃烧，为了保证燃料气能完 全燃烧，需要使燃烧空气稍微过量些。我们把实际需要的空气量和理 论空气量之比称为过剩空气系数。 本控制流程中，空燃比通过手动设定:如果氧分析仪AT002检测到 烟气内O2过低或过高时，空燃比通过手操HC091重新设定。
炉出口温度
FRC 029
< >
加 热 炉
燃料
FT029
FV029 PT050 MIN
PT051 MAX
11
炉出口温度偏低－增负荷控制（增幅大于11％）——交叉限幅控制 空气
FT028
假定所需 燃料量由 100升为 120 × A/F
转换为空气量
FV028
÷ A/ F 120 100
转换为燃料量
FRC 028
19
UOP I
20
UOP II
21
IFP
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强制通风炉 安全联锁
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安全联锁
UOP以及SHELL工 艺包把燃料气系统 划分为：SIL2，可 见加热炉部分的安 全联锁之重要。
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安全联锁
1.强制通风加热炉安全联锁粗分为两 个阶段： 点炉阶段 正常生产阶段
火嘴1 火嘴2 总切断阀
火嘴N
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2.2.5燃料气密度补偿
燃料气主要是由C1,C2,C3，C4,氢气，以及少量惰性气体组成， 在实际燃烧过程中，燃料气组分会有波动，密度也将随之波动。我们 知道甲烷中碳含量占：75％，乙烷中碳含量占：80％，丙烷中碳含量 占：81.8％，丁烷中碳含量占：82.8％，C2~C4烯烃中碳含量占： 85.7％。这些组分的碳含量很接近，如果这些组分配比发生变化时， 几乎不影响整个燃料气的碳含量。所以当燃料气组分在小范围内波动 时，单位质量燃料气的热值几乎不变，单位体积燃料气在燃烧过程中 放出的热量与密度成正比，空燃比（质量比）几乎不变。故只要准确 测量出燃料的质量流量就能算出燃料气的热值，以及所需的空气量。 如果燃料气组分波动比较大，例如燃料气中惰性气体（氮气）含量波 动较大时，单位质量燃料气的热值变化将会很大，空燃比的变化也就 很大，此时需要工厂重新化验燃料气组分，重新设定空燃比。 燃料气流量(FI029)（kg/h）由密度计（AT001）在计算块（Y3）进 行密度补偿，补偿公式为：
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2.2控制方案的具体实现
2.2.1减负荷控制
控制流程
加热炉需要减少负荷时，将补偿后的燃料气流量通过计算块 （Y7）乘一系数（经典值为0.9，提供10%的余量），然后送至高选 器（Y17），再进计算块（Y9）内乘上空燃比，换算为空气流量作 为空气流量控制器(FICA028)的外部设定值。其中系数（0.9）有两 个作用：第一，当燃料气量要求小范围（不低于原来值的90％）减 小时，温度控制器(TICA034)的输出将同时作在燃料气流量控制器 （FICA030）和空气流量控制器(FICA028)上，平行调节燃料气流量 和燃烧空气流量。第二，如果要求燃料气流量减小幅度较大（小于 原来值的90％），而实际的燃料气流量没有响应，系数将会限制继 续减少空气量（最多减小至原来值的90％），以防止空气流量过低。 此控制系统从平行控制改变为“燃料气主导”的控制系统，燃料气 的减少将通过高选器（Y17）选中，进而减小空气量。高选器用于 限制空气量，使其随着燃料气量减小而减小。 调节器动作示意见 下图：
转换为燃料量
<
TRC 034
炉出口温度 85 76.5 90 × 0. 9 100 85
>
FRC 029
94 111 SP
< >
加 热 炉
燃料
FT029
FV029
PT050 MIN
PT051 MAX
8
注：假定各个变量 间为线性关系。
减负荷控制
9
2.2.2增负荷控制
控制流程
加热炉需要增加负荷时，与上述减负荷的控制方法相似。测 量的燃烧空气流量在计算模块（Y8）内除空燃比，换算成燃料气流 量，再除一系数（0.9）。计算模块（Y8）的输出通过低选器（Y16） 作为燃料气控制器（FICA030）的外部设定值。相应的两个作用是： 第一，当燃料气流量要求小幅度（不超过原来值的）增加时，将会 平行调节燃料气流量和燃烧空气流量。第二，如果要求燃料气流量 大幅度（超过原来值的）增加，而燃烧空气却没有增加，系数将会 限制继续增加燃料气（最多增加至原来值的）。此控制系统从平行 控制改变为“空气主导”的控制系统，空气量的增加通过低选器 （Y16）选中，进而增加燃料气量。低选器用于限制燃料气量，使 其随着空气量增加而增加。调节器动作示意见下图：
一种加热炉燃烧系统 控制方案
By zhaogd
1
1.加热炉燃烧机理
加热炉燃烧的主要机理可以用下列化学方程式表示： 2H2 + 02 →2H2O + Q CnH2m + （n+m）02 →nCO + mH2O + Q 2CO + 02 →2CO2 + Q 将⑵和⑶合并，得： CnH2m + （2n+m）02 →nCO2 + mH2O + Q ⑴ ⑵ ⑶ ⑷
注：吹扫过程中必须保证：a.一定风量；b.一定时间（可根据具体炉子调节）；c.紧急 停车按钮不能触发急停。否则，重新吹扫。
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安全联锁
§点火：
1）点燃长明灯：
成功吹扫完毕后，“点长明灯按钮”起作用； 操作员在DCS画面上按“点长明灯按钮”打开长明灯支线自动切断阀，人工 点燃长明灯，要求在15分钟内将主嘴点燃否则该长明灯将熄灭。 注：在打开第一个长明灯时，同时打开长明灯总阀。
Y3 FI029 输出* 燃料气密度测量值（ 001 AT ) 设计工况下燃料气密度 值
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某厂燃料气组分表
Fuel Gas Composition (Volume %) H2 O O2 N2 CO CO2 H2 S H2 C1 C2 = C2 C3 = C3 C4 = iC4 nC4 C5 = iC5 nC5 C6 + CH3OH MTBE Total
3
燃 烧 系 统 控 制 流 程 图
功能块说明
4
控制流程中：
Y-3: Y-6: Y-7: Y-8: Y-9: Y-16: Y-17: Y-18: Y-19: 燃料气密度补偿模块； 设定燃料气最大流量模块； 设定燃烧空气最小流量模块； 计算所允许燃料气最大流量模块； 所需空气量计算模块； 低选器，根据实际空气量给燃料气流量控制器一高限值； 高选器，根据实际燃料气量给空气流量控制器一低限值； 修正燃料气流量值模块； 修正燃烧空气流量值模块。
2）点燃主火嘴：
长明灯点燃后，对应的“点主火嘴按钮”起作用； 操作员在DCS画面上按“点主火嘴按钮” 打开主燃料气支线自动切断阀，点 燃主火嘴，主火嘴应在点燃命令发出5秒内点燃，否则该主火嘴的切断阀将 关闭； 成功点燃主火嘴5秒后将熄灭对应的长明灯，此后长明灯可以随时重点，并 在15分钟后自动熄灭； 在点火嘴的过程中如果发生点燃的火嘴熄灭的现象，1分钟后允许重新点火， DCS画面的“禁止点炉灯” 亮。 注：在打开第一个主火嘴时，同时打开主燃料气总阀。
SP
÷ 0.9
<
TRC 034
120 108 90 × 0. 9 100 120
>
FRC 029
111 133 SP
炉出口温度
< >
加 热 炉
燃料
FT029
FV029
PT050 MIN
PT051 MAX
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注：假定各个变量 间为线性关系。
增负荷控制
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2.2.3 部分火嘴燃烧控制
对于多火嘴加热炉，在燃烧的过程中，往往会发生部分火嘴熄灭，而部分 火嘴仍在燃烧的情况。对于装有火焰检测器的加热炉，当部分火嘴熄灭时，会 通过分支上的切断阀将熄灭火嘴的燃料气自动切断，而一般燃烧空气分支风道 上没有自动切断阀。如果熄灭的火嘴数量在加热炉允许的范围内，并且热负荷 也能通过其他燃烧的火嘴补偿回来，可以满足工艺的要求，这时我们需上述控 制方案做一些调整。计算块Y18、Y19就用于此。 火嘴1 火嘴2