加热炉的温度控制资料

二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.3 常压炉炉膛最高温度计算
3.3.1 该计算的目的：是得到常压炉Profit Controller的一个被控变量 。 3.3.2 该计算项目的原因：为了保证加热炉的安 全操作，炉膛温度是重要的安全约束。常压加热 炉中在不同部位有很多热偶来检测炉膛温度。本 项计算是获取众多监测点中的最高温度。常压炉 有两个炉膛，分别考虑 。
中国石化齐鲁分公司
加热炉的控制系统
胜利炼油厂仪表车间
吴 爱 泉
胜利炼油厂仪表车间
主 要 内 容
一、加热炉常规温度控制 二、加热炉的支路平衡控制
一、加热炉常规温度控制
一、加热炉常规温度控制
1、加热炉概述
在石油、化工生产过程中常见的加热炉主要是 管式加热炉。对于加热炉，工艺介质受热升温或同 时进行汽化，其温度的高低会直接影响后一工序的 操作工况和产品质量，同时当炉子温度过高时会使 物料在加热炉内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管。 加热炉的平稳操作可以延长炉管的使用寿命，因此 必须严加控制加热炉出口温度。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.2 常压炉出口温度偏差计算
3.2.1 该计算的目的：是得到常压炉Profit Controller的一个被控变量 。 3.2.2 该计算项目的原因：为最大限度的提高加 热炉的加热效率，抑制加热炉炉管内的结焦现象， 以保证加热炉长周期的稳定运行，需要实现加热 炉Fra Baidu bibliotek支路出口温度偏差的最小化 。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.1 常压炉进料流量偏差计算
3.1.4 常压炉一、二路与三、四路进料平均流量偏差(FPC0002) 计算公式如下：
FPC0002 .PV ( FIC1111 A.SP FIC1111 B.SP) ( FIC1111 C.SP FIC1111 D.SP) 2
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.3 常压炉炉膛最高温度计算
3.3.3常压炉炉膛最高温度一(TZD0006A)
计算描述 ：
TZD0006A.PV MAX (TI1712A.PV , TI1712 C.PV , TI1712E.PV )
计算输入 常压炉炉膛温度测量值一，TI1712A.PV，单位℃； 常压炉炉膛温度测量值三，TI1712C.PV，单位℃； 常压炉炉膛温度测量值五，TI1712E.PV，单位℃。 计算输出：常压炉炉膛最高温度一，TZD0006A.PV，单位℃。 备注：该计算项目在DCS中实现，运行周期为秒级。
加热炉的简单采用简单控制系统往往很难满足 工艺上对炉出口温度波动1～2℃的严格要求。因 为加热炉对象的传递滞后和测量滞后都较大，控制 不及时。为了改善控制品质，满足生产需要，石油 化工中的加热炉大多采用串级控制系统。由于扰动 作用及加热炉的型式不同，可以选择不同的副变量 组成不同的串级控制系统。
一、加热炉常规温度控制
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.3 常压炉炉膛最高温度计算
3.3.3常压炉炉膛最高温度一(TZD0006A) 。
计算描述 ：
TZD0006A.PV MAX (TI1712A.PV , TI1712 C.PV , TI1712E.PV )
其中： TZD0006A.PV：常压炉炉膛最高温度一，单位℃； TI1712A.PV：常压炉炉膛温度测量值值一，单位℃； TI1712C.PV：常压炉炉膛温度测量值三，单位℃； TI1712E.PV：常压炉炉膛温度测量值五，单位℃。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.2 常压炉出口温度偏差计算
3.2.3 常压炉支路一、二路出口温度偏差(TPC0004)
计算公式如下： TPC 0004 .PV TI1156 A.PV TI1156 B.PV 其中： TPC0004.PV：常压炉支路一、二路出口温度偏差，单位 ℃。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.2 常压炉出口温度偏差计算 3.2.3 常压炉支路一、二路出口温度偏差(TPC0004) 计算公式如下： TPC 0004 .PV TI1156 A.PV TI1156 B.PV
计算输入 常压炉支路一出口温度，TI1156A.PV，单位℃； 常压炉支路二出口温度，TI1156B.PV，单位℃。 计算输出 常压炉支路一、二路出口温度偏差，TPC0004.PV ，单位℃。 该计算项目在DCS中实现，运行周期为秒级。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.1 常压炉进料流量偏差计算 3.1.1 该计算的目的：是为常压炉的支路平衡控制提供一 个被控变量。 3.1.2 该计算项目的原因：在实现常压炉支路平衡控制方 案的过程中，应考虑到常压炉操作的合理性和安全性，其 中包括常压炉的各路分支流量偏差不要太大。实际操作中， 偏差的上限可由操作人员调整。常压炉有两个辐射室，每 个辐射室有两路进料。每个辐射室的进料偏差分别考虑， 同时也考虑两个辐射室进料的偏差。
二、加热炉支路平衡控制
下面以炼油厂第三常减压装置为 例，简要介绍先进控制系统中有关 加热炉支路平衡控制的有关知识。
二、加热炉支路平衡控制
2、仪表位号的构建规则
X XX 0 0 XX .PV 仪表编号，起始编号为1，取值域为整数域； 数字“0”代表该位号将用于APC； 数字“0”尊重装置命名习惯，以“0”开始； 表征位号来历的字符，取值域如下： PJ：平均值； CZ：差值； BZ：比值； PC：偏差； JQ：加权平均； ZD：最大值； ZX：最小值； TC：推测值； JH：加和值。 表征位号类型的字符，取值域如下： F：流量； T：温度； P：压力； L：液位； Q：热量； A：产品性质或组成。
二、加热炉支路平衡控制
4、常压炉系统Profit Controller设计
4.1 控制目标
4.1.1实现常压炉支路平衡控制。其中，常压炉支路平衡控 制包括： ★ 通过调整各支路的流量平衡加热强度 ★ 在调整各支路流量同时保持总流量恒定 ★ 实现各支路出口温度的平衡 4.1.2通过加热炉支路平衡控制，可以： ★ 改进加热炉热效率 ★ 降低加热炉炉管结焦的可能性 。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.2 常压炉出口温度偏差计算
3.2.4 常压炉支路三、四路出口温度偏差(TPC0005)
计算公式如下： 其中： TPC0005.PV：常压炉支路三、四路出口温度偏差，单位 ℃。
该计算项目在DCS中实现，运行周期为秒级。
TPC 0005 .PV TI1156 C.PV TI1156 D.PV
一、加热炉常规温度控制
2、加热炉特点
2.2 滞后 加热炉具有较大的时间常数和纯滞后时间。特别是炉 膛，它有很大的热容量，滞后更为显著。因此加热炉属于 一种多容量的被控对象，可以用一阶惯性环节加纯滞后来 近似加热炉的对象特性。其时间常数和纯滞后时间与炉膛 容量大小及工艺介质的停留时间有关，炉膛容量大，工艺 介质的停留时间长，则时间常数和纯滞后时间大；反之亦 然。根据实践经验，用一阶惯性环节加纯滞后来近似加热 炉的对象特性还是可行的。
5、加热炉串级控制
常见的几种串级控制方案 ：
（1）炉出口温度对燃料油(或燃料气)流量的串级 控制； （2）炉出口温度对燃料油(或燃料气)阀后压力的 串级控制； （3）炉出口温度对炉膛温度的串级控制，
二、加热炉支路平衡控制
二、加热炉支路平衡控制
1、平衡控制的目的
常见加热炉一般有两个辐射室，每个辐射室有 两路进料。这四路进料在设计上完全一样，从理论 上讲，操作结果（特别是出口温度）应该也一样， 但实际上相差较大。为最大限度的提高加热炉的加 热效率，降低能耗，抑制加热炉炉管内的结焦现象， 以保证加热炉长周期的稳定运行，需要实现加热炉 各支路出口温度偏差的最小化。
其中：FPC0002.PV：常压炉一、二路与三、四路进料平均流量偏差， 单位t/h 。 该计算项目在DCS中实现，运行周期为秒级。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.1 常压炉进料流量偏差计算
3.1.5 常压炉三、四路进料流量偏差(FPC0003) 计算公式如下： FPC 0003 .PV FIC 1111C.SP FIC 1111 D.SP 计算输入 常压炉支路三流量控制回路的设定值，FIC1111C.SP，单位t/h； 常压炉支路四流量控制回路的设定值，FIC1111D.SP，单位t/h。 计算输出 常压炉三、四路进料偏差，FPC0003.PV ，单位t/h。 备注 该计算项目在DCS中实现，运行周期为秒级。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.1 常压炉进料流量偏差计算
3.1.3 常压炉一、二路进料流量偏差(FPC0001)
.PV FIC 1111 A.SP FIC 1111 B.SP 计算公式如下： FPC0001 其中： FPC0001.PV：常压炉一、二路进料偏差，单位t/h。 注：在进行计算前，应首先检验参与计算的变量状态是否 正确。(以下同样要求，不再重复）
一、加热炉常规温度控制
4、加热炉简单控制
加热炉的简单控制系统仅对出口温度控 制要求不十分严格；外来扰动缓慢而比较小， 且不频繁；炉膛容量较小，即滞后不大的加 热炉。最常见的加热炉简单是以出口温度为 被控变量、以燃料油(或气)为操纵变量组成 的简单控制系统。
一、加热炉常规温度控制
5、加热炉串级控制
一、加热炉常规温度控制
2、加热炉特点
2.1 传热过程复杂 加热炉是传热设备的一种，燃料的燃烧产生炽 热的火焰和高温的气流，热量主要通过辐射传给管 壁，然后由管壁传给工艺介质。工艺介质在辐射室 获得的热量约占热负荷的70％~80％，其余热量在 对流段获得。因此加热炉的传热过程比较复杂，想 从理论上获得其对象特性是困难的。
一、加热炉常规温度控制
3、加热炉扰动分析
加热炉最主要的控制指标是工艺介质的 出口温度。此温度是控制系统的被控变量， 而操纵变量是燃料油或燃料气的流量。对于 不少加热炉来说，温度控制指标要求相当严 格，如允许波动范围为±(1～2)℃。
一、加热炉常规温度控制
3、加热炉扰动分析
影响炉出口温度的扰动因素主要有： （1）进料方面：工艺介质的流量、温度、压力、 组分等； （2）燃料方面：燃料油(或燃料气)的流量、温度、 压力、成分(或热值)、燃料油的雾化情况等； （3）其他方面：空气质量情况（氧含量）、喷嘴 的阻力、烟囱抽力等。
一、加热炉常规温度控制
3、加热炉扰动分析
在上述这些扰动因素中，有些是可控的， 有些是不可控的。为了保证炉出口温度稳定， 对扰动应采取必要的措施。如对可控干扰设 置控制回路，或与主要控制系统组成串级系 统；对可测干扰引入前馈补偿等。
一、加热炉常规温度控制
4、加热炉简单控制
加热炉的简单控制系统仅对出口温度控 制要求不十分严格；外来扰动缓慢而比较小， 且不频繁；炉膛容量较小，即滞后不大的加 热炉。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.1 常压炉进料流量偏差计算
3.1.3 常压炉一、二路进料流量偏差(FPC0001)
.PV FIC 1111 A.SP FIC 1111 B.SP 计算公式如下： FPC0001 计算输入 常压炉支路一流量控制回路的设定值，FIC1111A.SP，单位t/h； 常压炉支路二流量控制回路的设定值，FIC1111B.SP，单位t/h。 计算输出 常压炉一、二路进料偏差，FPC0001.PV ，单位t/h。 备注 该计算项目在DCS中实现，运行周期为秒级。
二、加热炉支路平衡控制
3、常压炉的工艺计算
3.3 常压炉炉膛最高温度计算
3.3.3常压炉炉膛最高温度二(TZD0006B) 。
计算描述 ：
TZD0006B.PV MAX (TI1712B.PV , TI1712D.PV , TI1712F.PV )
其中： TZD0006B.PV：常压炉炉膛最高温度二，单位℃； TI1712B.PV：常压炉炉膛温度测量值二，单位℃； TI1712D.PV：常压炉炉膛温度测量值四，单位℃； TI1712F.PV：常压炉炉膛温度测量值六，单位℃ 。