火筒式加熱爐控制方法研究及應(yīng)用

何建強(qiáng)(大慶油田第十采油廠第五油礦一工區(qū)，黑龍江 大慶 166401)

0 引言

在油氣集輸過程中，火筒式加熱爐是一種應(yīng)用比較廣泛的加熱設(shè)備，本身具有體枳龐大、局部非線性、分布復(fù)雜等特點(diǎn)，從而增大了加熱爐過程控制難度，容易對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率帶來不利影響。

1 加強(qiáng)火簡(jiǎn)式加熱爐控制方法研究的必要性分析

在油氣集輸過程中，火筒式加熱爐是一種應(yīng)用比較廣泛的設(shè)備，該設(shè)備的主要功能作用是通過加熱原油，利用原油不同物質(zhì)熔點(diǎn)的不同，實(shí)現(xiàn)原油的分餾。為更好的發(fā)揮這一功能，火筒式加熱爐一般有著比較大的體積，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，這大大增加了火筒式加熱爐加熱過程控制的難度，同時(shí)在加熱爐運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，一些必要的參數(shù)，比如爐內(nèi)的溫度、流量、壓力等，都需要進(jìn)行嚴(yán)格的自動(dòng)控制，才能從根本上保證火筒式加熱爐作業(yè)得到充分發(fā)揮。特別是對(duì)于溫度這一參數(shù)而言，最終控制好壞將直接影響油氣產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量?；诖耍瑸榱吮ＷC火筒式加熱爐的功能作用得到有效發(fā)揮，有必要加強(qiáng)對(duì)其控制方法的研究，通過引入先進(jìn)的控制方法，使得爐內(nèi)各種參數(shù)得到精準(zhǔn)有效的控制，不僅有助于生產(chǎn)質(zhì)量提升，還能夠降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。

另一方面，火筒式加熱爐在實(shí)際運(yùn)行過程中，還會(huì)受到各種干擾因素的影響，比如空燃比、環(huán)境因素、生產(chǎn)負(fù)荷等。與此同時(shí)，在火筒式加熱爐內(nèi)部，由于采用的是溫度檢測(cè)儀，因此還會(huì)受到測(cè)量結(jié)果誤差的影響，最終都會(huì)導(dǎo)致火筒式加熱爐的控制指標(biāo)不理想，難以達(dá)到滿意的控制效果。因此有必要加強(qiáng)對(duì)火筒式加熱爐控制方法的研究，除了控制自身一些運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，還能夠有效控制各種干擾因素對(duì)加熱爐運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，最終有效提升火筒式加熱爐的控制效果，使其能夠保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)，推動(dòng)油氣生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

2 火簡(jiǎn)式加熱爐結(jié)構(gòu)與儀器表的選擇

火筒式加熱爐是一種鋼式容器，帶有鞍式支座，在加熱爐內(nèi)部，安裝有火簡(jiǎn)，火簡(jiǎn)呈長(zhǎng)圓狀，整體結(jié)構(gòu)屬于育種軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑最小0.8m，最大1.2m，煙氣并在火簡(jiǎn)管壁內(nèi)流動(dòng)，同時(shí)在管壁內(nèi)，存在有油水混合物?；鹜彩郊訜釥t主要由三部分構(gòu)成，分別是輻射室、對(duì)流室與煙囪。在實(shí)際進(jìn)行石油化工生產(chǎn)過程中，加熱爐會(huì)受到多種因素的干擾，比如熱負(fù)荷、大氣氣壓等，因此做好加熱爐控制方法的實(shí)施，促使控制效果不斷提升，更有助于提升火簡(jiǎn)式加熱爐的熱效率，推動(dòng)石油化工穩(wěn)定順利生產(chǎn)。

火筒式加熱爐需要進(jìn)行以下儀器表選擇：一是變送器的選擇，在控制系統(tǒng)中，變送器主要功能是檢測(cè)相應(yīng)的變量，并對(duì)這些變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為能夠被控制系統(tǒng)進(jìn)行接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在具體信號(hào)傳輸方面，變送器通常會(huì)分為兩種，一種是兩線制變送器，一種是四線制變送器，主要由檢測(cè)機(jī)構(gòu)與變送機(jī)構(gòu)組成，能夠?qū)鹜彩郊訜釥t的整個(gè)控制系統(tǒng)造成直接的影響。變送器又分為溫度變送器與差壓變送器，在選擇溫度式變送器時(shí)，可以選擇四線制熱電偶溫度變送器，這種變送器能夠?qū)犭娕紓鬏數(shù)男盘?hào)進(jìn)行補(bǔ)償與放大，然后通過線性化處理，有效降低信號(hào)誤差，最后輸出準(zhǔn)確的直流電信號(hào)，保證溫度控制的精準(zhǔn)性。差壓變送器能夠有效消除機(jī)械傳動(dòng)所造成的瞬時(shí)沖擊，有效提升溫度的測(cè)量精度。二是需要進(jìn)行執(zhí)行器選擇，執(zhí)行器分為兩種，一種是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于本身有著強(qiáng)大的功能被廣泛應(yīng)用，但并不適合在安全防爆場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用。由于火筒式加熱爐具備安全防爆場(chǎng)合，因此需要選擇應(yīng)用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。同時(shí)為了有效滿足執(zhí)行器線性要求，一般還需要在氣動(dòng)機(jī)構(gòu)上增加閥門定位器，這種定位器能夠有效將把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)，氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行部分接收氣壓信號(hào)并轉(zhuǎn)變成作用力促使調(diào)節(jié)部分發(fā)生動(dòng)作，更好的實(shí)現(xiàn)控制的穩(wěn)定性。

3 火簡(jiǎn)式加熱爐控制方法

3.1 物料進(jìn)口流量控制方法

在原本的閉環(huán)控制系統(tǒng)之中，可以再引入“控制回路串級(jí)控制系統(tǒng)”，這種控制方法在具體實(shí)踐中應(yīng)用比較普遍，有效提升了控制效果，出口的溫度也更加穩(wěn)定，但由于沒有對(duì)燃料比例進(jìn)行充分的考慮，難以進(jìn)行空氣量的控制，因此無法保證排氣的穩(wěn)定性，通過在原本的控制系統(tǒng)上采用V1 驅(qū)動(dòng)器，形成一個(gè)更加良好的控制系統(tǒng)，在相應(yīng)系統(tǒng)程序的控制下，有效消除了故障，彌補(bǔ)了原本的缺陷，有效提升控制效果與控制穩(wěn)定性。當(dāng)前對(duì)于制造商而言，針對(duì)于物料進(jìn)口流量的控制，通常都依賴于一個(gè)單一控制環(huán)路的反饋。對(duì)于閉環(huán)反饋控制來說，本身有著良好的控制效果，但這種控制方法在具體實(shí)踐應(yīng)用方面，還會(huì)受到原料加料速度的影響，因此導(dǎo)致物料進(jìn)口流量不夠穩(wěn)定，一定程度上也會(huì)造成原料浪費(fèi)問題。

3.2 物料輻射段出口溫度控制方法

針對(duì)于物料輻射段出口溫度的控制，在具體控制過程中，應(yīng)從燃料流量控制閥管線入手，通過選擇V1104 閥，在整個(gè)控制系統(tǒng)出現(xiàn)相應(yīng)的故障問題時(shí)，在這一過程中相應(yīng)的氣體信號(hào)會(huì)逐漸衰弱，與此同時(shí)相應(yīng)的閥門也會(huì)自動(dòng)進(jìn)行關(guān)閉，此時(shí)，火簡(jiǎn)式加熱爐不再有燃料噴入，從而有效避免爐內(nèi)熱量在短時(shí)間內(nèi)快速的升高，有效預(yù)防出現(xiàn)爆炸安全事故?；诖?，需要做好燃?xì)忾y門的開度的選擇，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)燃流動(dòng)的控制，在輻射段，材料通常在爐中進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒，氣體供應(yīng)應(yīng)確保充足，如此能夠更好的避免空氣煙囪出現(xiàn)冒黑煙的現(xiàn)象，并且也會(huì)有效的減少因過量空氣帶來的熱量損失。通過在溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的幫助下，有助于爐內(nèi)的燃燒效果得到顯著的增強(qiáng)。與此同時(shí)，針對(duì)燃料消耗量，可以將其作為主耍變量，在副變量選擇時(shí)，應(yīng)選擇空氣的流動(dòng)速率，使得控制程序更好的運(yùn)轉(zhuǎn)。

對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)而言，能夠使得過程控制效果的顯著的提升。針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的干擾問題，在電路中做好滯后量的干預(yù)，更好的優(yōu)化串級(jí)控制系統(tǒng)，使得二次回路擾動(dòng)得到有效的消除。對(duì)于控制回路PID 而言，使得高容量系統(tǒng)干預(yù)得到有效的克服。促使相應(yīng)的工藝質(zhì)量得到有效的提升。從而能夠全面保證相應(yīng)的燃料能夠在爐內(nèi)進(jìn)行充分的燃燒，有效提升燃料的利用率，使得相應(yīng)的節(jié)能效果達(dá)到最佳。如有必要，還可以通過進(jìn)行負(fù)荷的增加，先進(jìn)行空氣量的增加，再進(jìn)行燃料量的增加，然后通過降低相應(yīng)的負(fù)載與燃料量，從而能夠使得煙氣中的氧含量得到有效的降低。

3.3 熱物料出口溫度控制方法

由于在石油化工生產(chǎn)中，火簡(jiǎn)式加熱爐內(nèi)的解釋本身具有一定的易燃性，因此還需要加強(qiáng)對(duì)熱物料出口溫度的控制。在正常生產(chǎn)工況下，當(dāng)材料問題能夠?qū)φ呱a(chǎn)造成影響時(shí)，需要在這一過程中，做好溫度指標(biāo)的嚴(yán)格控制。但同時(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中，受溫度大量積壓的影響，實(shí)際的溫度指標(biāo)控制難度也比較大，傳統(tǒng)溫度指標(biāo)控制多采用單回路控制，但這種控制方式也一定的缺陷，因此在實(shí)際選擇控制方法時(shí)，可以選擇主回路的溫度控制，通過控制相應(yīng)的設(shè)定值，有效提升控制的精準(zhǔn)性，更好的發(fā)揮其控制效果。

4 火簡(jiǎn)式加熱爐系統(tǒng)應(yīng)用

在系統(tǒng)實(shí)際開車運(yùn)行過程中，主要分為三個(gè)階段，一是進(jìn)料階段，二是加熱階段，三是恒溫階段。通過對(duì)這三個(gè)階段的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠達(dá)到火簡(jiǎn)式加熱爐系統(tǒng)的安全，節(jié)能、減排等控制耍求，使其能夠與實(shí)際工業(yè)過程更加接近。

首先是進(jìn)料階段的應(yīng)用。在這一階段中，需要將待加熱介質(zhì)，直接送入火簡(jiǎn)式加熱爐之中，這些待加熱的物質(zhì)通常會(huì)經(jīng)過換熱器以及相應(yīng)的管道，最終，會(huì)到達(dá)對(duì)流段與輻射段，從而為后續(xù)的生產(chǎn)工藝提前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。與此同時(shí)，通過采用進(jìn)料泵，在將待加熱介質(zhì)送入加熱爐之后，通過控制閥V1101，使的相應(yīng)的流量達(dá)到要求的指標(biāo)。在整個(gè)進(jìn)料過程中，為保證整個(gè)生產(chǎn)過程順利穩(wěn)定的進(jìn)行，需要實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)切換雙向無擾動(dòng)。

其次在升溫階段的應(yīng)用。在這一階段之中，通過將待加熱介質(zhì)，繼續(xù)向上進(jìn)行提升，此時(shí)的待加熱物質(zhì)會(huì)進(jìn)入到對(duì)流段和輻射段，并在這兩段之中，繼續(xù)進(jìn)行加熱，同時(shí)值得注意的是，需要加強(qiáng)爐內(nèi)壓力的控制，使得相應(yīng)的指標(biāo)符合實(shí)際生產(chǎn)工藝要求，才能更好的確保生產(chǎn)穩(wěn)定順利的進(jìn)行。在實(shí)際進(jìn)行控制過程中，注意控制方法為通過進(jìn)行閥V1104 的控制，在此基礎(chǔ)上，再做好鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)，從而使得空燃比更加的科學(xué)合理，最終能夠的使得溫度得到有效的控制，更好的實(shí)現(xiàn)物料的加熱，保證生產(chǎn)穩(wěn)定順利進(jìn)行，同時(shí)也為下一階段恒溫階段做好充足的準(zhǔn)備。

最后在恒溫階段的應(yīng)用。在該階段之中，通過對(duì)待加熱介質(zhì)進(jìn)一步加熱，從而使其能夠順利達(dá)到預(yù)定溫度，同時(shí)在實(shí)際工藝生產(chǎn)過程中，在恒溫階段，還需要進(jìn)行相應(yīng)冷料的加入，因此對(duì)于整個(gè)溫度指標(biāo)而言，通常會(huì)產(chǎn)生一些比較嚴(yán)重的干擾。在恒溫階段，針對(duì)一些冷物料，通過進(jìn)一步進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)熱。與此同時(shí)，在溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的幫助下，對(duì)最終溫度指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，通過對(duì)控制系統(tǒng)相關(guān)的溫度參量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使得控制線路盡可能多的包含干擾，促使控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度得到有效的提升；通過主線路，來穩(wěn)定主參量溫度，使其能夠順利的達(dá)到相關(guān)溫度控制的要求?？傮w而言，對(duì)于副回路來說，它起到的作用是“粗調(diào)”，二對(duì)于主回路來說，它起到的作用是“細(xì)調(diào)”，經(jīng)過上述三個(gè)階段過程，可以使待加熱介質(zhì)溫度指標(biāo)到達(dá)預(yù)定要求，有效提升火簡(jiǎn)加熱爐控制的效果。

此外，針對(duì)于火簡(jiǎn)式加熱爐節(jié)能，可以采用密閉式微正壓對(duì)火筒式加熱爐，能夠有效解加熱溫度偏低的問題，還能夠有效降低爐體內(nèi)熱量吸收率。否則長(zhǎng)期進(jìn)行負(fù)壓燃燒，通常會(huì)產(chǎn)生較大的煙氣，受煙氣的影響，在排出時(shí)還會(huì)帶走部分熱量，導(dǎo)致火筒式加熱爐熱效率降低；同時(shí)由于空燃比不夠科學(xué)合理，由于實(shí)際的氧氣比較對(duì)，這會(huì)進(jìn)一步加速燃燒室內(nèi)表面氧化，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的氧化氮最終引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染。通過縮小火筒式加熱爐容量，能夠有效解決上述問題，主要原因有三點(diǎn)，一是容量變小，空燃比更加合理，從而有效提升燃燒效果與傳熱效果；二是采用密閉式微正壓燃燒，同時(shí)還會(huì)使得煙氣生成量得到有效的降低，相應(yīng)消耗的熱量也會(huì)逐漸變小，有效提升了火筒式加熱爐熱效率。三是密閉式微正壓燃燒，還能夠使得爐內(nèi)的內(nèi)煙氣流動(dòng)速度得到有效的降低，熱量損耗也會(huì)因此減少，使得火筒式加熱爐熱效率得到進(jìn)一步的提升。

5 結(jié)語

綜上所述，火簡(jiǎn)式加熱爐在實(shí)際運(yùn)作過程中，通常會(huì)受到很多干擾因素的影響，會(huì)更好的提升加熱爐的熱效率，提高燃料利用率，有必要采用一些有效的控制方法，有效的抵御各種干擾因素的影響，最終達(dá)到節(jié)能增效的目的。