火筒式加热炉控制方法研究及应用

2020-01-13何建强大庆油田第十采油厂第五油矿一工区黑龙江大庆166401

化工管理 2020年21期

何建强(大庆油田第十采油厂第五油矿一工区，黑龙江大庆 166401)

0 引言

在油气集输过程中，火筒式加热炉是一种应用比较广泛的加热设备，本身具有体枳庞大、局部非线性、分布复杂等特点，从而增大了加热炉过程控制难度，容易对最终产品质量和生产效率带来不利影响。

1 加强火简式加热炉控制方法研究的必要性分析

在油气集输过程中，火筒式加热炉是一种应用比较广泛的设备，该设备的主要功能作用是通过加热原油，利用原油不同物质熔点的不同，实现原油的分馏。为更好的发挥这一功能，火筒式加热炉一般有着比较大的体积，结构也比较复杂，这大大增加了火筒式加热炉加热过程控制的难度，同时在加热炉运转过程中，一些必要的参数，比如炉内的温度、流量、压力等，都需要进行严格的自动控制，才能从根本上保证火筒式加热炉作业得到充分发挥。特别是对于温度这一参数而言，最终控制好坏将直接影响油气产品生产的质量。基于此，为了保证火筒式加热炉的功能作用得到有效发挥，有必要加强对其控制方法的研究，通过引入先进的控制方法，使得炉内各种参数得到精准有效的控制，不仅有助于生产质量提升，还能够降低能耗，节约生产成本，提高生产效益。

另一方面，火筒式加热炉在实际运行过程中，还会受到各种干扰因素的影响，比如空燃比、环境因素、生产负荷等。与此同时，在火筒式加热炉内部，由于采用的是温度检测仪，因此还会受到测量结果误差的影响，最终都会导致火筒式加热炉的控制指标不理想，难以达到满意的控制效果。因此有必要加强对火筒式加热炉控制方法的研究，除了控制自身一些运转参数，还能够有效控制各种干扰因素对加热炉运转的影响，最终有效提升火筒式加热炉的控制效果，使其能够保持最佳的运行状态，推动油气生产实现更好的发展。

2 火简式加热炉结构与仪器表的选择

火筒式加热炉是一种钢式容器，带有鞍式支座，在加热炉内部，安装有火简，火简呈长圆状，整体结构属于育种轴对称结构，内径最小0.8m，最大1.2m，烟气并在火简管壁内流动，同时在管壁内，存在有油水混合物。火筒式加热炉主要由三部分构成，分别是辐射室、对流室与烟囱。在实际进行石油化工生产过程中，加热炉会受到多种因素的干扰，比如热负荷、大气气压等，因此做好加热炉控制方法的实施，促使控制效果不断提升，更有助于提升火简式加热炉的热效率，推动石油化工稳定顺利生产。

火筒式加热炉需要进行以下仪器表选择：一是变送器的选择，在控制系统中，变送器主要功能是检测相应的变量，并对这些变量进行转换，使其成为能够被控制系统进行接收的标准信号，在具体信号传输方面，变送器通常会分为两种，一种是两线制变送器，一种是四线制变送器，主要由检测机构与变送机构组成，能够对火筒式加热炉的整个控制系统造成直接的影响。变送器又分为温度变送器与差压变送器，在选择温度式变送器时，可以选择四线制热电偶温度变送器，这种变送器能够将热电偶传输的信号进行补偿与放大，然后通过线性化处理，有效降低信号误差，最后输出准确的直流电信号，保证温度控制的精准性。差压变送器能够有效消除机械传动所造成的瞬时冲击，有效提升温度的测量精度。二是需要进行执行器选择，执行器分为两种，一种是电动执行机构，由于本身有着强大的功能被广泛应用，但并不适合在安全防爆场合进行应用。由于火筒式加热炉具备安全防爆场合，因此需要选择应用气动执行机构。同时为了有效满足执行器线性要求，一般还需要在气动机构上增加阀门定位器，这种定位器能够有效将把电信号转换成气压信号，气动执行器的执行部分接收气压信号并转变成作用力促使调节部分发生动作，更好的实现控制的稳定性。

3 火简式加热炉控制方法

3.1 物料进口流量控制方法

在原本的闭环控制系统之中，可以再引入“控制回路串级控制系统”，这种控制方法在具体实践中应用比较普遍，有效提升了控制效果，出口的温度也更加稳定，但由于没有对燃料比例进行充分的考虑，难以进行空气量的控制，因此无法保证排气的稳定性，通过在原本的控制系统上采用V1 驱动器，形成一个更加良好的控制系统，在相应系统程序的控制下，有效消除了故障，弥补了原本的缺陷，有效提升控制效果与控制稳定性。当前对于制造商而言，针对于物料进口流量的控制，通常都依赖于一个单一控制环路的反馈。对于闭环反馈控制来说，本身有着良好的控制效果，但这种控制方法在具体实践应用方面，还会受到原料加料速度的影响，因此导致物料进口流量不够稳定，一定程度上也会造成原料浪费问题。

3.2 物料辐射段出口温度控制方法

针对于物料辐射段出口温度的控制，在具体控制过程中，应从燃料流量控制阀管线入手，通过选择V1104 阀，在整个控制系统出现相应的故障问题时，在这一过程中相应的气体信号会逐渐衰弱，与此同时相应的阀门也会自动进行关闭，此时，火简式加热炉不再有燃料喷入，从而有效避免炉内热量在短时间内快速的升高，有效预防出现爆炸安全事故。基于此，需要做好燃气阀门的开度的选择，从而更好的实现对燃流动的控制，在辐射段，材料通常在炉中进行稳定的燃烧，气体供应应确保充足，如此能够更好的避免空气烟囱出现冒黑烟的现象，并且也会有效的减少因过量空气带来的热量损失。通过在温度串级控制系统的帮助下，有助于炉内的燃烧效果得到显著的增强。与此同时，针对燃料消耗量，可以将其作为主耍变量，在副变量选择时，应选择空气的流动速率，使得控制程序更好的运转。

对于串级控制系统而言，能够使得过程控制效果的显著的提升。针对系统出现的干扰问题，在电路中做好滞后量的干预，更好的优化串级控制系统，使得二次回路扰动得到有效的消除。对于控制回路PID 而言，使得高容量系统干预得到有效的克服。促使相应的工艺质量得到有效的提升。从而能够全面保证相应的燃料能够在炉内进行充分的燃烧，有效提升燃料的利用率，使得相应的节能效果达到最佳。如有必要，还可以通过进行负荷的增加，先进行空气量的增加，再进行燃料量的增加，然后通过降低相应的负载与燃料量，从而能够使得烟气中的氧含量得到有效的降低。

3.3 热物料出口温度控制方法

由于在石油化工生产中，火简式加热炉内的解释本身具有一定的易燃性，因此还需要加强对热物料出口温度的控制。在正常生产工况下，当材料问题能够对政策生产造成影响时，需要在这一过程中，做好温度指标的严格控制。但同时在生产实践中，受温度大量积压的影响，实际的温度指标控制难度也比较大，传统温度指标控制多采用单回路控制，但这种控制方式也一定的缺陷，因此在实际选择控制方法时，可以选择主回路的温度控制，通过控制相应的设定值，有效提升控制的精准性，更好的发挥其控制效果。

4 火简式加热炉系统应用

在系统实际开车运行过程中，主要分为三个阶段，一是进料阶段，二是加热阶段，三是恒温阶段。通过对这三个阶段的应用进行分析，希望能够达到火简式加热炉系统的安全，节能、减排等控制耍求，使其能够与实际工业过程更加接近。

首先是进料阶段的应用。在这一阶段中，需要将待加热介质，直接送入火简式加热炉之中，这些待加热的物质通常会经过换热器以及相应的管道，最终，会到达对流段与辐射段，从而为后续的生产工艺提前做好相应的准备。与此同时，通过采用进料泵，在将待加热介质送入加热炉之后，通过控制阀V1101，使的相应的流量达到要求的指标。在整个进料过程中，为保证整个生产过程顺利稳定的进行，需要实现扰动切换双向无扰动。

其次在升温阶段的应用。在这一阶段之中，通过将待加热介质，继续向上进行提升，此时的待加热物质会进入到对流段和辐射段，并在这两段之中，继续进行加热，同时值得注意的是，需要加强炉内压力的控制，使得相应的指标符合实际生产工艺要求，才能更好的确保生产稳定顺利的进行。在实际进行控制过程中，注意控制方法为通过进行阀V1104 的控制，在此基础上，再做好鼓风机的调节，从而使得空燃比更加的科学合理，最终能够的使得温度得到有效的控制，更好的实现物料的加热，保证生产稳定顺利进行，同时也为下一阶段恒温阶段做好充足的准备。

最后在恒温阶段的应用。在该阶段之中，通过对待加热介质进一步加热，从而使其能够顺利达到预定温度，同时在实际工艺生产过程中，在恒温阶段，还需要进行相应冷料的加入，因此对于整个温度指标而言，通常会产生一些比较严重的干扰。在恒温阶段，针对一些冷物料，通过进一步进行相应的预热。与此同时，在温度串级控制系统的帮助下，对最终温度指标进行准确的控制，通过对控制系统相关的温度参量进行适当的调整，使得控制线路尽可能多的包含干扰，促使控制系统的响应速度得到有效的提升；通过主线路，来稳定主参量温度，使其能够顺利的达到相关温度控制的要求。总体而言，对于副回路来说，它起到的作用是“粗调”，二对于主回路来说，它起到的作用是“细调”，经过上述三个阶段过程，可以使待加热介质温度指标到达预定要求，有效提升火简加热炉控制的效果。

此外，针对于火简式加热炉节能，可以采用密闭式微正压对火筒式加热炉，能够有效解加热温度偏低的问题，还能够有效降低炉体内热量吸收率。否则长期进行负压燃烧，通常会产生较大的烟气，受烟气的影响，在排出时还会带走部分热量，导致火筒式加热炉热效率降低；同时由于空燃比不够科学合理，由于实际的氧气比较对，这会进一步加速燃烧室内表面氧化，同时还会产生大量的氧化氮最终引发严重的环境污染。通过缩小火筒式加热炉容量，能够有效解决上述问题，主要原因有三点，一是容量变小，空燃比更加合理，从而有效提升燃烧效果与传热效果；二是采用密闭式微正压燃烧，同时还会使得烟气生成量得到有效的降低，相应消耗的热量也会逐渐变小，有效提升了火筒式加热炉热效率。三是密闭式微正压燃烧，还能够使得炉内的内烟气流动速度得到有效的降低，热量损耗也会因此减少，使得火筒式加热炉热效率得到进一步的提升。