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煤油流量计加热炉的串级控制方案

2013-12-24 15:56

    煤油流量计为了改善控制品质,满足生产的需要,石油化工和炼油厂中的加热炉大多采用串级控制系统。加热炉的串级控制方案,由于扰动因素以及炉子型式不同.可以选择不同的副变量。加热炉串级控制的形式,主要有以下几种:
    1)炉出口温度对炉膛温度的串级控制;
    2)炉出口温度对燃料油(或气)流量的串级控制;
    3)炉出口温度对燃料油(或气)阀后压力的串级控制;
    4)采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的控制。
    (1)炉出口温度对炉膛温度的串级控制。
该控制方案如图9-1-12所示。当受到扰动因素例如燃料油(或气)的压力、热值、烟囱抽力等作用后,首先将反映炉膛温度的变化,以后再影响到炉出口温度,而前者滞后远较后者小。根据某厂测试,前者仅为3 min,而后者长达15 min。采用炉出口温度对炉膛温度串级后,就把原来滞后的对象一分为二,副回路起超前作用,能使这些扰动因素一影响到炉膛温度时,就迅速采取控制手段,这将显著改善控制质量。
    
煤油流量计这种串级控制方案对下述情况更为有效。
    1)热负荷较大,而热强度较小。即不允许炉膛温度有较大波动,以免影响设备。
    2)当主要扰动是燃料油或气的热值变化(即组分变化)时,其他串级控制方案的内环无法感受。
    3)在同一个炉膛内有两组炉管,同时加热两种物料。此时虽然仅控制一组温度,但另一组亦较平稳。
    由于把炉膛温度作为副变量,因此采用这种方案时还应注意下述几个方面:
    1)应选择有代表性的炉膛温度检测点,而且要反应快。但选择时较困难,特别对圆筒炉。
    2)为了保护设备,炉膛温度不应有较大波动,所以在参数整定时,对于副控制器不应整定得过于灵敏,且不加微分作用。
    3)由于炉膛温度较高,测温元件及其保护套管材料必须耐高温。
    (2)炉出口温度对燃料油(或气)流量的串级控制。
一般情况下虽然对燃料油压力进行了控制;但在操作过程中,发现燃料流量的较小波动成为外来主要扰动因素时,则可以考虑采用炉子出口温度对燃料油(或气)流量的串级控制,如图9-1-13所示。这种方案的优点是当燃料油流量发生变化后,还未影响到炉出口温度之前,其内环即先进行调节,以减小甚至消除燃料油(或气)流量的扰动,从而改善了控制质量。
    
煤油流量计在某些特殊情况下,可组成炉出口温度、炉膛温度、燃料油流量的三个参数的串级控制系统,如图9-1-14所示。但该方案使用仪表多,且整定困难。
    (3)炉出口温度对燃料油(或气)阀后压力的串级控制。
若加热炉所需燃料油量较少或其输送管道较小时,其流量测量较困难,特别是应用枯度较大的重质燃料油时更难测量。一般来说,压力测量较流量方便,因此可以采用炉出口温度对燃料油(或气)阀后压力的串级控制,如图9-1-15所示。
    该方案应用较广。采用该方案时,需要注意的是,如果燃料喷嘴部分堵塞,也会使阀后压力升高,此时副控制器的动作使阀门关小,这是不适宜的。因此,在运行时必须防止这种现象发生。特别是采用重质燃料油或燃料气中夹带着液体时更要注意。
    (4)采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的控制。
    当燃料是气态时,采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的方案颇有特色,如图9-1-16所示。这里用浮动阀代替了一般控制阀,节省了压力变送器,且浮动阀本身兼起压力控制器功能,实现了串级控制。
    煤油流量计浮动阀是如何起压力控制器作用呢?因为这种阀膜正部来自温度控制器的输出压力P1,而膜片下部接火燃料气阀后压力P2,只有当P1=p2时,阀杆才不动,处于平衡状态。当由于温度变化而使控制器输出压力改变为p3时,此时P2≠P3,则阀杆动作,改变阀门开度,最终使P4=P3,重新达到平衡。若由于燃料气流量变化,使燃料气压改变,此时阀杆动作,改变阀门开度,最终使阀后压力回到平衡状态。
浮动阀结构如图9-1-17所示。它不用弹簧、不用填料,所以没有摩擦,没有机械的间隙,故工作灵敏度高,反应迅速,它与精度较高的温度控制器配套组成的控制回路,实际上起串级控制作用,能煤油流量计获得较好的控制效果。
    采用这种方案时,被调燃料气阀后压力一般应在0.04—0.08 MPa之间。若被调燃料气阀后压力大于0.08 MPa时,为了满足平衡的要求,则需在温度控制器的输出端串接一个倍数继动器。这个控制方案由于下述原因而受到一定限制:
    1)由于倍数继动器的限制,一般情况下适用于0.04—0.4MPa的气体燃料;
    2)一般的膜片不适用于液体燃料及温度较高的气体燃料;
    3)当膜片上下压差较大时,膜片容易损坏。
    下面举例说明加热炉控制系统的应用。
在催化裂化装置中.为了保证催化裂化反应的进行,需将原料油加热至400℃,送至反应器,在催化剂作用下,使油品裂化生成汽油和气体。工业上常采用圆筒炉将原料油加热至400℃,其控制系统如图9-1-18所示。
    
刚开工生产时。该装置设有产生燃料油,因而采用热裂化来的干气作燃料。这里采用浮动阀,由炉出口温度控制器输出直接去控制浮动阀。当生产正常时,本装置自产重质燃料油,此时炉出口温度与燃料油阀后压力组成串级控制,保证炉出口温度满足工艺要求(在这里温度控制器输出加人了一个转换开关,以选择燃油还是燃气)。其余扰动因素采用单回路控制系统予以克服。
    煤油流量计石炼油厂常压蒸馏装置中,管式加热炉是重要设备之一,它的任务是把原油加热至一定温度,然后去常压塔分馏,分离出各种产品。加热炉出口温度是否平稳,直接影响后续工序的分馏效果。加热炉的平稳操作,可以延长炉管的寿命。因此,炉子出口温度要求严格控制。其控制系统如图9-1-19所示。这里是一个方箱炉,采用两组炉管进行加热,为保证出口温度的稳定,用了两组炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统。其余一些扰动因素采用单回路控制系统来克服。
在加热炉的自动控制系统中。有时遇到生产负荷即进料流量、温度变化频繁,扰动幅度又较大,此时采用串级控制仍难以满足生产要求,而采用如图9-1-20所示的前馈一反馈控制系统,往往是行之有效的。前馈控制部分克服进料流量(或温度)的扰动作用,而反馈控制克服其余扰动作用。

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