陈　斌，刘　乔

应用PLC实现导热油炉程序控制平稳运行

陈斌，刘乔

（中石油云南石化有限公司，云南昆明 650300）

导热油系统设备包括导热油炉、循环泵、膨胀罐、导热油储罐等。导热油在循环泵、导热油炉、用户间循环，使用导热油炉对导热油加热。自动控制系统包括PLC 在内的主控制柜以及各种现场仪表和调节阀门。热媒炉和热媒系统共用一套PLC控制系统，采用上位机进行人机界面操作，使系统过程状态和过程控制实现可视化。该项目实施以来，系统运行平稳，成效显著。

导热油炉；PLC；联锁；控制；平稳；点炉顺序

1　工艺原理

导热油系统管线包括导热油供管、回管、泵后管线、连接导热油进出口母管的差压调节管线等主管线；连接膨胀罐的导热油膨胀管线、连接导热油储罐与主要管道及设备的放空管线、连接导热油充填泵与主要管道及设备的充填管线等辅助管线。

导热油循环时低温导热油从导热油回管经过滤器进入循环泵，经泵加压后进入导热油炉，经过导热油炉加热后，导热油炉出口达到装置使用温度，从导热油供管为用户提供高温导热油。导热油回管压力由膨胀罐的氮封压力和膨胀罐液位压力差决定，导热油供管压力由设置在导热油进出口母管间的差压调节阀进行控制，当导热油进出口母管间差压稳定时导热油炉流量保持稳定。

为了保证高温的导热油在运行中不被氧化，在可能接触到空气的膨胀罐、储罐通入氮气进行氮封，防止导热油氧化变质；氮气通过设置在氮气管线上的氮封阀控制氮封压力，在膨胀罐及储罐设置上设置安全阀，以保证设备不超压损坏。

2　控制要求

以PLC为核心的导热油炉自动控制系统可以实现自动启、停和操作范围内的自动负荷调节，并具有联锁保护功能。自动控制系统主要有如下技术特性：

燃料流量和风量既可独立调节，又可进行串级比例双交叉限制调节。

烟气氧含量引入燃烧控制系统，有效地控制导热油炉实施“低氧燃烧”，达到节约能源，减少污染物排放的目的。采用氧化锆分析仪对烟气中的含氧量进行在线分析，经过线性调节器修正燃气与空气的比例，保证系统处于最佳燃烧状态，从而达到提高热效率的目的。

无扰动切换：程序设置保证了系统在手动-自动和串级-自动各运行状态间的切换参数无扰动。

对风机变频输出、燃料流量调节阀采用了限位措施。避免导热油炉负荷较大变化时，由于阀位开度过小而引起炉子熄火等问题。

热媒炉的控制系统可以保证装置安全、稳定、长周期、优质运行，且维护操作简便易行。

搭建的工业级控制网络保证PLC、上位机及DCS系统间数据通讯的实时性、高效性及准确性。

人机界面具有美观，交互性强，功能强大等特点，实现过程状态及控制的可视化。

实现点/停炉时序由控制系统自动完成，并确保点炉一次成功。

自动调节热负荷确保加热媒的自动运行，无需人工干预。

自动调节空燃比并加残氧修正——在线的空燃比调节确保热媒炉适应燃料组分的实时变化；残氧修正确保热媒炉的低氧燃烧状态，可提高热效率。

精确稳定的热媒炉出口温度控制——实时的燃料量测量和助燃风量测量，通过串级、比例等控制手段，将稳态运行温度控制精度确保在±1℃以内。

3　控制原理

1）燃烧控制

燃烧控制系统是控制系统的重要组成部分。由热媒出口温度、燃气流量、助燃风量及残氧四个回路构成，采用我公司独有的负荷调节方案，由PLC自动完成调节作用。风量调节采用变频调节方案。燃气流量和风量既可独立调节，又可组成串级调节，以适应热媒炉热负荷变化的需要，有效防止负荷变化时燃烧不充分污染环境。

2）热媒系统控制方案

系统供热用户总管进出口设差压调节回路，以保证热媒循环系统运行的稳定。热媒炉热媒进出口设温度及压力测点。

热媒膨胀槽设有氮封压力调节回路和压力、温度测点，保证膨胀槽内压力稳定并随时监控膨胀罐压力温度变化。同时设有膨胀槽液位测点，以监测热媒液位，当此液位低低报警时，系统执行联锁停车。

热媒储罐设置液位和温度测点，可以在上位机上随时监控储罐参数。

4　项目实现

自动启停——确保热媒炉点火一次成功；启动炉子时只需按下启动按钮炉子就会自动启动。停炉时，只需按下停车按钮，PLC就会自动执行程序完成全部的停车操作，直至安全熄火并吹扫炉膛后风机停止。

自动调节热负荷——热媒炉稳态运行可实现热媒出口温度自动调节热负荷，不用人工干预。系统设计能确保整个装置的自动运行以及热媒出炉温度的控制精度。并能对燃烧状态进行自动低氧优化控制，确保燃烧效率。

控制系统确保热媒出口温度可控制在±1℃范围内。

自动调节空燃比并加残氧修正——在线的空燃比调节确保热媒炉适应燃料组分的实时变化；残氧修正确保热媒炉的低氧燃烧状态，可提高热效率。

系统控制灵活、方便，可单独对风、燃料气及氧含量进行调节，也可自动比例调节。

完善的安保联锁系统（有首出报警和后续报警）——确保热媒炉运行安全可靠。

热媒站控制系统与用户的通讯功能——上位机通过OPC SERVER与用户进行实时数据通讯。

具有手动、自动操作切换的功能。

导热油炉点炉动作顺序如下：

1）判断点炉条件，判断无不允许点炉的参数和信号存在；

2）启动风机；

3）大风吹扫；

4）风机变频器到点火开度，此后风机变频器被锁定在点火开度；

5）点火变压器工作；

6）点火电磁阀开启；

7）火焰检测器判断有火，如火检判断无火立即停车；

8）主燃气切断阀开启，放空阀同时关闭，此时的燃气流量调节阀被锁定在点火开度；

9）判断点火成功，如火检判断无火立即停车；

10）导热油炉点火成功，进入可调节状态。

备注：

（1）当按下“复位”按钮后，程序检查判断无不允许点炉的参数和信号存在，显示“允许点炉操作”；

（2）当按下“开车”按钮后，执行以上步骤；

当运行过程中出现不允许点炉的参数和信号时，程序将停止点炉操作，并做相应的处理动作。

5　系统设计的安全性考虑

设有火焰检测和灭火保护功能：在燃烧器上安装有两个火焰检测器，当一个火检判断无火时将报警，提醒操作人员检查燃烧情况或火检是否正常，当两个火检同时判断无火时，将切断燃料供应系统，并进行大风吹扫，防止大量燃料喷入炉膛造成爆燃。

设有热媒流量检测和过低保护功能：当热媒流量过低时将切断燃料供应系统，关断燃烧器，防止炉管过烧。

设有热媒液位过低保护功能：当发生热媒膨胀罐液位过低时将联锁停车，可以防止热媒大量泄漏造成火灾或其它危险。

设有热媒出炉温度过高保护功能：当热媒出炉温度高于设定的温度时，热媒炉不能启动，当热媒出炉温度在工作状态出现超温达到设定的规定值时将发生联锁停车，这样可以防止出现热媒过热。

设有风机故障的联锁保护功能：风机故障停车时，将不能保证燃料的完全燃烧，为防止大量燃料喷入炉膛，将联锁停车切断燃料的供应系统。

设有出炉烟气温度过高报警功能：出炉烟气温度过高往往是炉膛燃烧状况改变造成，当炉管发生泄漏热媒参与燃烧时，将造成出炉烟气温度过高。根据多个用户的运行经验，由于排烟温度影响因素较多，为防止误报造成不必要的停车，本测点不作为联锁点，当排烟温度过高时仪表系统将报警提醒操作人员检查设备及燃烧状况。

设有燃料气压力的报警和联锁功能：防止造成燃烧不完全或燃烧不稳定。

为确保热媒炉的运行安全及燃烧状况良好，系统设有以下自动报警联锁点；并设有紧急停车按钮，按下该按钮将切断系统所有进炉切断阀以及泵和风机的供电。

报警联锁：

1）热媒总管出口温度高HHS、HA；

2）热媒盘管出口温度高HHS、HA六取二；

3）热媒总流量低LLS、LA；

4）燃气压力喷前低LLS、LA；

5）预热器入口烟气温度HA；

6）膨胀罐液位LLS、LA、HA；

7）储罐液位HA、LA；

8）主火焰熄灭联锁二取二；

9）风机停止联锁；

10）热媒泵停止联锁。

6　结束语

新建导热油炉投用后，运行平稳，便于操作，虽然也出现过几次联锁，是由于泵流量开关联锁值设置不当、火嘴堵塞、炉膛火焰监测器故障等造成的，这些都是发生在装置投用初期2012.7～2012.10，从2012年10月至今再未发生过联锁停炉，成功有效的完成了沥青伴热的任务。

老装置中的导热油炉经常联锁停炉及点炉困难，操作繁琐，维护量大且维护成本高；而新建导热油炉联锁情况极少发生，点炉容易、操作简单，即使出现问题也便于查找，极大地减轻了工艺操作量及仪表日常维护工作量。

Application of PLC in Oil Furnace Process Control Running Smoothly

Chen Bin，Liu Qiao

HTF system equipment including thermal oil heaters，circulation pump，expansion tank，oil storage tanks.In conducting oil circulation pump，oil furnace，circulating among users，the use of oil furnace for oil heating.Automatic control system comprises contained PLC including the main control cabinet and all the field instruments and valves.HTM furnace and heat medium systems share a set of PLC control system，man-machine interface operation PC，the system process status and process control visualization.Since the implementation of the project，the system is running smoothly，with remarkable results.

oil furnace；PLC；interlock；control；smooth；EAF order

TE96

B

1003-6490（2016）06-0029-02

2016-05-18

陈斌（1988—），男，云南泸西人，工程师，主要从事石油化工仪表项目实施与维护工作。