再生氣加熱爐工況異常原因分析及優(yōu)化

趙紀(jì)濤 鄭國瑞 常國軍 楊艷濤 孫艷霞

【摘要】N-B終端進(jìn)行分子篩及再生氣加熱爐進(jìn)行調(diào)試試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，再生氣加熱爐由小火切至大火過程中，出現(xiàn)爐膛內(nèi)燃燒不平穩(wěn)并有火焰從火盆處底部撲出的異常工況。通過對再生氣加熱爐PLC控制程序進(jìn)行修改。增加燃料氣調(diào)節(jié)閥開大過程的渡值，及時(shí)在爐膛內(nèi)建立對流狀態(tài)下的動態(tài)平衡，優(yōu)化再生氣加熱爐運(yùn)行工況，解決火焰外撲問題。

【關(guān)鍵詞】再生氣加熱爐 動態(tài)壓力平衡 工況異常 控制程序優(yōu)化

1 項(xiàng)目背景介紹

N-B終端利用固體吸附法對含水天然氣進(jìn)行脫水處理。脫水設(shè)備采用加拿大PROPAK廠家生產(chǎn)的三臺分子篩干燥塔。天然氣經(jīng)分子篩干燥塔吸附脫水后達(dá)到合適的露點(diǎn)（-110℃左右），進(jìn)入深冷單元進(jìn)一步處理。

分子篩干燥塔為固體可再生吸附劑，采用周期性循環(huán)運(yùn)行，單臺分子篩干燥塔每個(gè)運(yùn)行周期分為四個(gè)階段：吸附階段、再生階段、冷卻階段和待用階段。

（1）吸附階段：利用分子篩干燥塔吸附天然氣中攜帶的水分，使天然氣達(dá)到合適的露點(diǎn)（-110℃左右）后，進(jìn)入深冷單元進(jìn)行進(jìn)一步處理；

（2）再生階段：吸附結(jié)束后，再生氣加熱爐將生產(chǎn)流程來的天然氣加熱后得到288℃左右的高溫再生氣，在分子篩干燥塔內(nèi)循環(huán)，對分子篩進(jìn)行加熱，使分子篩吸附的水分氣化，并隨著再生氣的循環(huán)帶出干燥塔，從而實(shí)現(xiàn)對分子篩的再生；

（3）冷卻階段：再生結(jié)束后，再生氣加熱爐由大火切換至小火模式運(yùn)行，提供60℃左右低溫再生氣，在分子篩干燥塔內(nèi)循環(huán)流動，對再生后的分子篩干燥塔進(jìn)行冷卻降溫，以滿足進(jìn)入吸附階段吸收天然氣中水分時(shí)的溫度需求；

（4）待機(jī)階段：分子篩干燥塔經(jīng)過再生和冷卻后，滿足了吸附條件，即將進(jìn)入吸附階段前的等待時(shí)間。

N-B終端采用加拿大PROPAK廠家生產(chǎn)的明火式再生氣熱爐將工藝流程來的天然氣加熱至288℃后作為再生氣，通過加熱循環(huán)的方式對吸附水分后的分子篩干燥塔進(jìn)行再生處理。為了滿足分子篩干燥塔各個(gè)運(yùn)行階段的對再生氣溫度不同的需求，再生氣加熱爐設(shè)計(jì)為連續(xù)運(yùn)行，通過PLC自動控制系統(tǒng)進(jìn)行大小火切換，從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

再生氣加熱爐運(yùn)行過程中，可以通過調(diào)節(jié)底部火盆風(fēng)門大小和頂部煙道擋板角度來控制爐膛內(nèi)對流壓力，建立合理的動態(tài)對流平衡，以保證燃料氣在爐膛內(nèi)充分燃燒，并控制火焰的平穩(wěn)，提高加熱效率。

2 再生氣加熱爐工況異常描述

2011年12月，該廠開始對分子篩及再生氣加熱爐進(jìn)行調(diào)試并投入運(yùn)行。在調(diào)試試運(yùn)行過程中出現(xiàn)以下異常工況：

（1）再生氣加熱爐在分子篩冷卻階段再生氣溫度為80℃，不能達(dá)到設(shè)計(jì)冷卻溫度（32℃），冷卻效果不理想；

（2）再生氣加熱爐在小火切大火過程中，爐膛內(nèi)燃燒不平穩(wěn)，火焰從火盆底部撲出；

（3）再生氣加熱爐大火切換小過程中部分火頭頻繁熄滅。

調(diào)試期間，試圖通過調(diào)節(jié)火盆風(fēng)門和煙道擋板，建立新的對流動態(tài)平衡來解決決這一問題，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)無明顯效果。

3 再生氣加熱爐工況異常原因分析研究

（1）再生氣加熱爐由加拿大PROPAK廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮浙江地區(qū)夏季的最高氣溫可達(dá)到40℃，在不加熱的情況下就能滿足32℃的再生氣冷卻溫度要求，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況將低溫設(shè)定值調(diào)整為60℃；溫度調(diào)節(jié)閥10%的最小開度不便于再生氣冷卻時(shí)的溫度調(diào)節(jié)；

（2）再生氣加熱爐由小火切換至大火時(shí)，再生氣溫度設(shè)定值自動由小火時(shí)的60℃變?yōu)榇蠡饡r(shí)的288℃。由于再生氣加熱爐控制程序中PID調(diào)節(jié)中缺D值，導(dǎo)致溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開關(guān)控制不夠準(zhǔn)確，打開和關(guān)閉速度過快。因此，用于控制燃料氣流量的溫度控制閥TCV-1150迅速開大，瞬間由小火時(shí)的10%左右開大到60%以上。燃料氣供應(yīng)量瞬間增大并在爐膛內(nèi)燃燒，導(dǎo)致爐膛內(nèi)壓力短時(shí)間內(nèi)迅速升高，失去原來對流狀態(tài)下的動態(tài)平衡?；鹧嬖跔t膛內(nèi)瞬時(shí)高壓作用下，迅速向爐體底部偏移，直至火焰撲出火盆。同樣原因造成大小火切換時(shí)部分火頭熄滅。

4 再生氣加熱爐工況優(yōu)化思路及實(shí)施

（1）將溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150的最小開度值在PLC程序中改成可調(diào)節(jié)變量，根據(jù)實(shí)際環(huán)境溫度情況，通過調(diào)整TCV-1150最小開度設(shè)點(diǎn)，控制冷卻階段的再生氣冷溫度；

（2）將PLC控制程序在由小火切至大火期間溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開大過程中增加一個(gè)中間過渡值，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，待爐膛內(nèi)燃燒平穩(wěn)，建立新的動態(tài)對流平衡后，溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150繼續(xù)在溫度設(shè)定值288℃的控制下進(jìn)一步開大，直至滿足再生氣溫度的需求。

在充分分析研究的基礎(chǔ)上，按照既定的思路，對再生氣加熱爐PLC控制程序進(jìn)行了修改。將溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150的最小開度值在PLC程序中改成可調(diào)節(jié)變量，根據(jù)實(shí)際溫度情況，在保證安全的情況下調(diào)小閥門最小開度值，降低再生氣的冷卻溫度；增加了再生氣加熱爐由小火切至大火期間溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開大過程的渡值，并把這一過渡值設(shè)為可調(diào)節(jié)變量，可以根據(jù)再生氣加熱爐再不生產(chǎn)條件下的實(shí)際運(yùn)行工況來調(diào)整該過渡值和過渡時(shí)間，避免由于溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開關(guān)過快而造成再生氣加熱爐工況異常。

經(jīng)過多次試驗(yàn)和調(diào)試得出，過渡至開度設(shè)定為30%-35%，過渡時(shí)間設(shè)定為30-40秒，再生氣加熱爐由小火切至大火期間運(yùn)行工況良好。

5 再生氣加熱爐工況異常原因分析研究

經(jīng)過分析研究，確定再生氣加熱爐在由小火切至大火過程中出現(xiàn)工況異常原因?yàn)椋涸偕鷼饧訜釥t由小火切換至大火時(shí)，再生氣溫度設(shè)定值自動由小火時(shí)的60℃變?yōu)榇蠡饡r(shí)的288℃。因此，用于控制燃料氣流量的溫度控制閥TCV-1150迅速開大，瞬間由小火時(shí)的10%左右開大到60%以上。燃料氣供應(yīng)量瞬間增大并在爐膛內(nèi)燃燒，導(dǎo)致爐膛內(nèi)壓力短時(shí)間內(nèi)迅速升高，失去原來對流狀態(tài)下的動態(tài)平衡?；鹧嬖跔t膛內(nèi)瞬時(shí)高壓作用下，迅速向爐體底部偏移，直至火焰撲出火盆。

6 PLC控制程序優(yōu)化思路及實(shí)施

根據(jù)分析結(jié)果可知，造成再生氣加熱爐在由小火切至大火過程中出現(xiàn)工況異常的根本問題在于溫度控制閥TCV-1150的開關(guān)速度太快。針對這一問題做進(jìn)一步的分析研究，假如將PLC控制程序在由小火切至大火期間溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開大過程中增加一個(gè)中間過渡值，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，待爐膛內(nèi)燃燒平穩(wěn)，建立新的動態(tài)對流平衡后，溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150繼續(xù)在溫度設(shè)定值288℃的控制下進(jìn)一步開大，直至滿足再生氣溫度的需求。

在充分分析研究的基礎(chǔ)上，按照既定的思路，對再生氣加熱爐PLC控制程序進(jìn)行了修改。增加了再生氣加熱爐由小火切至大火期間溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開大過程的渡值，并把這一過渡值設(shè)為可調(diào)節(jié)變量，可以根據(jù)再生氣加熱爐再不生產(chǎn)條件下的實(shí)際運(yùn)行工況來調(diào)整該過渡值和過渡時(shí)間，避免由于溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開關(guān)過快而造成再生氣加熱爐工況異常。

經(jīng)過多次試驗(yàn)和調(diào)試得出，過渡至開度設(shè)定為30%-35%，過渡時(shí)間設(shè)定為30-40秒，再生氣加熱爐由小火切至大火期間運(yùn)行工況良好。

5 實(shí)施效果與結(jié)論

通過對PLC控制程序進(jìn)行修改化，解決了再生氣加熱爐溫度調(diào)節(jié)閥TCV-1150開關(guān)過快的問題，優(yōu)化了再生氣加熱爐由小火切換至大火過程中運(yùn)行工況，解決了的火盆撲火問題。

經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行監(jiān)測，再生氣加熱爐運(yùn)行工況良好，大小火切換過程平穩(wěn)，消除了安全隱患，保證了分子篩干燥塔的再生效果，為N-B終端平穩(wěn)運(yùn)行和安全生產(chǎn)起到保障作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 王義軍、趙紀(jì)濤等.N-B終端操作維修手冊[M].浙江寧波：西湖作業(yè)公司，2009.9