加热炉的控制

二蒸馏加热炉的优化控制

陈坤

（中石化北京燕山分公司炼油厂北京 102503）

摘要：在常减压装置的工艺流程里，管式加热炉的主要任务是把原油或重油加热到一定温度，以保证下一道工序的顺利进行。加热炉出口温度的控制直接影响着该装置的各线的产品质量。本文就影响炉子出口温度变化的各种干扰进行了简单分析。炉子出口温度的变化对常减压各线产品有何影响进行剖析。然以霍尼韦尔的TDC3000为控制平台，从控制方案和控制操作等方面进行了优化，从而达到优化生产，提高效益的目的。

本文重点论述了控制方案的实施过程。例如在TDC3000系统里如何实现串级控制回路的主回路的单控，如何利用TDC3000提供的CL语言进行编程实现油/气燃料的自动切换的，如何实现简单操作和如何把控制操作简单明了地体现在流程图里。

关键词：串级控制 TDC3000 加热炉 CL语言

一．前言

在常减压装置里，炉子出口温度是决定汽化率，塔内各点温度以及热平衡的关键，对炉用空气预热温度，过热蒸汽温度及原油换热都有重要影响。要保持蒸馏塔的平稳操作，最重要的是要维持炉出口温度和原油流量的恒定。当处理量一定时，炉子出口温度如果偏低直接影响进塔油料的汽化量和带入的热量，相应地塔顶和侧线温度都要降低，产品质量也随之变轻，重油比例增大；相反，炉子出口温度偏高，会造成轻组分比例增大，重组分容易焦化，结焦，二蒸馏减压塔在2004就因为减低出口调节阀内结焦严重造成该控制阀无法打开，一致导致装置停工一次。

目前，二蒸馏装置的原油性质变化较大，所掺外油比例有逐渐加大的趋势，原油轻组分较多，这样为防止大量轻油汽化造成雾沫夹带严重，要求炉子出口温度一定要控制稳定。另外，因为炉子负荷的增加，炉管表面热强度超高，引起炉管局部过热，甚至烧坏，所以炉子出口温度对该装置的安全高效长期运行十分重要。

现在由于降能节耗已成为考核各装置的一个重要指标，所以该经常会根据燃料的市场价格来决定是否用油还是用气作为燃料。控制上就要求油/气能自动切换，即如果将油作为燃料时，要求气路作为手动辅助调节，并且将油路投自动的同时将气路控制自动切换到手动控制。这样就可以避免控制紊乱，所以，对炉子的控制要求更加严格和复杂。

二．加热炉的优化控制方案的设计

管式加热炉的主要任务是把原油或重油加热到一

定温度，以保证下一道工序的顺利进行。加热炉的工

艺流程图如1图所示。燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛

中燃烧，被加热油料流过炉膛后，就被加热到出口温

度T1。在燃料油管道上安装一个调节阀，用它来控制

燃料油量以达到调节温度的目的。

引起温度T1改变的扰动因素很多，主要有：

（1）燃料油方面（它的组分和调节阀前的油压）的扰动D2；

（2）喷油用的过热蒸汽压力波动D4。

（3）被加热油料方面（它的流量和入口温度）的扰动D1。

（4）配风，炉膛漏风和大气温度的扰动D3。

其中燃料油压力和过热蒸汽压力都可以用专门的调节回路保持稳定，以便把扰动因素减少到最低限度。从调节阀动作到温度T1改变，这中间需要相继通过炉膛，管壁和被加热油料所代表的热容积，因此反应很缓慢。工艺对出口温度T1要求很高，一般希望波动范围在±1～2%。实践证明，采用简单的控制系统无法达到要求。

采用串级控制系统可以大大提高调节品质。在这个控制系统中，用炉膛T2来控制调节阀，然后在用出口温度T1来修正炉膛温度的给定值Tr2。控制系统的方框图如图2所示。

调节对象中包括炉膛，管壁和油料等三个容积。而诸扰动D1，D2，D3和D4则作用于不同地点。从图中可见，扰动因素D2，D3和D4包括在副环之内，因此可以大大减少这些扰动对出口油温T1的影响。对于被加热油料方面的扰动D1，采用串级调节可可以收到一定的效果。串级系统和简单系统有一个显著的区别，即其在结构上形成了两个闭环。一个闭环在里面，被成为副环或者副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用；一个环在外面，被称为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求。无论主环还是副环都有各自的调节对象，测量变送元件和调节PID。应该指出，系统中尽管有两个调节器，他们的作用不同。主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调节器的设定值，而副调节器的输出信号则是送到调节阀去控制生产过程。比较串级系统和简单系统，前者只是比后者多了一个测量变送元件和一个调节器，增加的仪表投资并不多，但控制效果却有显著的提高。

串级控制虽然克服了干扰，提高了调节品质，但因为是温度调节，因为有个热传导过程，所以滞后大，如果在加一个副环，滞后更大。有时，工艺条件变化比较大，需要立即改变出口油的温度，这时使用主回路单控，可能效果更明显。

总上所述，二蒸馏炉子控制使用串级控制，同时可以在必要时能主回路单控，这样更利于操作和应付以外情况的处理。

控制燃料的调节阀流量特性也很重要。如果选择直线性的调节阀，在小开度工作时，流量相对变化大，调节作用太强，易产生超调引起震荡；而在大开度时，流量相对变化小，调节太弱，不够及时。为了解决上述问题，希望在任意开度下的流量相度变化不变，可以选用对数特性的调节阀。由于对数特性的放大系数K随着开度增加而增加，因此有利于系统调节。这样在小开度时，流量小，流量的变化也小，调节阀放大系数小，调节平稳缓和；在大开度时，流量大，流量变化也大，调节阀放大系数大，调节灵敏有效。在二蒸馏实际运行中，由于调节阀前后压差总是变化的，当流量介质是瓦斯时，对阀体和阀芯冲刷和腐蚀随着时间的推移而日益严重，这样调节阀就会关不严，流量特性就会向线性过渡，在控制过程中就会引起振荡。所以要求在实际控制中要对燃料控制阀的流量特性进行修正。

现在由于提倡降能节耗，能耗的多少已经成为各单位考核业绩的一个主要指标，而且燃料油的价格也越来越高。为了节能，二蒸馏炉子燃料有燃料气和燃料油两种，工艺根据市场二者价格的高低选用何种燃料。但在控制中，就需要人为地去切换控制，当燃料油作为燃料