管式加热炉控制系统.doc

过程控制系统课程设计 姓名： 班级： 学号： 管式加热炉控制系统一,管式加热炉介绍 加热炉通常由辐射室，对流室，余热回收系统，燃烧器以及通风系统五部分组成。主要技术指标有热负荷，炉膛热强度，炉管表面热强度，炉膛温度，管内流速及压力降。按炉型结构可分为立式炉，圆筒炉，大型方炉。 加热炉工艺过程就是将燃料在炉膛里燃烧，放出热量并传给在炉管中流动的油品或其它介质的过程。该过程可以概括为自成系统的两个部分，一是吸热部分的工艺流程，二是供热部分的工艺流程，如燃料油，燃料气，雾化剂和空气预热系统等。1，吸热部分的工艺流程 油品或其它介质由进炉泵自上一单元过程的工艺设备抽出，经加热炉的对流管和辐射管后热后，通过转油线进入下一单元过程的工艺设备，以生产石油和化工产品。蒸汽自装置蒸汽总管引入炉子对流室的蒸汽过热段，加热后，过热蒸汽进入装置过热蒸汽总管供各单元工艺过程用气。2，供热部分的工艺流程 燃料油在罐区加热脱水后，由炉区所属燃料油泵抽出，经炉用燃料油总管分配到各个燃烧器，多余的燃料油经循环线回到燃料油罐中。为了保证燃料油的压力稳定，一般燃料油都有压力控制仪表。燃料油循环线在正常操作时关死，在发生故障时可以打开循环阀，进行燃料油循环，或扫线以防燃烧器处的燃料油凝结。热烟气和冷空气分别由引风机和送风机送至空气预热器，通过间接接触进行换热后，低温烟气流经烟囱排入大气，热空气送至炉用空气总管后分配到各个燃烧器。雾化剂，如蒸汽，通过装置蒸汽总管，引入炉用蒸汽总管后，分配到各个燃烧器，在燃烧器里，具有一定压力的燃料油，由于有雾化剂如蒸汽或风的存在，被喷散成雾状的微小油滴与空气充分接触，混合，在炉内温度下燃烧。二，加热炉的控制方案 管式加热炉是原料油加热或重油裂解的重要设备之一，为了延长设备的寿命，保证下一道工序精馏分离的质量，经过加热炉后原料的出口温度十分重要，工艺上只允许在2%以内波动。影响加热炉出口温度的因素很多，如进料量和进料温度的变化，燃料性质和压力的变化，入炉空气量和温度的变化，热烟量和温度的变化，烟囱抽力的变化，炉膛温度的变化，气候的变化等等，在实际操作过程中，热量的多少和变化最终反映在炉出口的温度变化上。因此采用炉口温度和燃料流量的串级控制。 为了使炉子操作平稳，除油品出炉温度外，还应使影响操作的其它主要因素也得到控制，控制流程图如上图，除了采用串级调节以外，一般还有进炉原料流量调节系统以减少进炉原料方面的干扰，有燃料压力调节调节系统分别稳定住燃料和雾化剂的压力。这样，所有主要干扰都得到控制，油品出炉温度就容易稳定了。三，主要测控仪表选型过程控制系统一套，智能调节仪表一台（EFPT-0102），数显智能报警仪一块（EFPT-0103），加减器模块一块，DCS一套四、系统方块图五、系统特性实验的设计1，调节阀特性建模2，PID调节器特性建模六、1，系统的仿真整定PID控制器参数的工程整定方法只是众多整定方法中的一种，它具有简单，实用的特点而广为工程技术人员所采纳。热管式暖风器有效地解决了空气预热器的低温腐蚀问题，堵灰也减轻；热管式暖风器不需要额外的热源，在锅炉尾部烟道中吸收烟气的余热，降低了排烟温度，提高了锅炉效率；分体式热管换热器具有远程传热和现场布置灵活等特点，且加热段与冷凝段可以相互独立。通过对回转式空气预热器后加装分体式热管暖风器的实践，我们积累了有关热管暖风器的设计、制造、安装、调试、运行经验。在电力、石化和冶金工业上的余热回收具有广泛的推广应用价值。从系统仿真结果可以看出，本实验较好地完成了各项设计要求，对PID参数的整定，基于模式识别的PID控制器参数整定技术等，但无论哪一种整定方法，都应从实际应用出发。2， 设计依据(1)用户提供的设计委托书包括工艺条件和工艺参数。(2)加热炉设计遵循SYO03195(石油工业用加热炉安全规定)，ZB E9700290(管式加热炉设计技术规定)。设计要点31 热负荷的选择(1)计算热负荷根据用户提供的工艺参数，进行热负荷计算，计算公式为Qj=(CsWst+ CoWot)4869式中根据工艺参数计算出的热负荷 Kw(Jh)Qj 水和油的比热，Jkg ；Ws、Qs 水和油的质量流量kgh；At 被加热介质进出口温差， 。(2)名义热负荷Q，名义热负荷即额定热负荷，根据计算热负荷，按照ZB E970039o(石油工业加热炉型式与基本参数)规定，选用与之接近的标准规定的热负荷，作为名义热负荷。即额定热负荷Q。(3)设计热负荷Qs。设计热负荷也即在进行热力计算时采用的热负荷，通常取为Qs=11Q。4 加热炉结构特点(1)运行方式，加热炉的燃烧方式为负压燃烧操作方式为全自动控制，运行状态检测安全保护。(2)结构特点，加热炉为轻型快装式结构主要由辐射室(包括炉体，底座，辐射炉管，管卡前后管板前后弯头箱)，烟道，对流室底座，对流室(包括对流炉管，管板，对流室钢结构，侧门，前后弯头箱门)，烟囱，梯子平台，汇管，燃烧器等组成，辐射室为卧式圆筒形，对流室为立式钢架形热炉各大部件可以在工厂分件制造，拉运到现场后整体组装。5 加热炉的主要部件材料,制造，安装技术要求炉体(1)材料要求，加热炉体所用的钢板，型钢的材质应符合GB700一ss(碳索结构钢)的要求。(2)制造要求，制造、安装应符合ZB E9700190(管式加热炉技术条件)及SYJ400490(管式加热炉工程施工及验收规范)的要求其具体制造要求见各部件施工图。炉管(1)材料要求炉管，弯头的材质应符合GB994888(石油裂化用无缝钢管)标准的要求牌号为20号钢焊接材料为GB511785(碳钢焊条)中的E4315或FA316。(2)制造要求a在加工前应逐根对炉管进行超声波检验并符合JIM73O一94标准中的级质量要求。b当炉管的设计压力大于64MPa时，炉管的对接焊缝采用氩弧焊打底。c 弯头的制造应符合SY751087(钢制对接管件)的规定。d炉管的眚I遣、检验、验收应符合ZB E97001 9o(管式加热炉技术条件及SYJ40049o(管式加热炉工程麓工及验收规范的规定。e炉管、忙管翻造后对接焊缝要进行100射线探伤，并符合JB473094标准中的级要求。f炉管、忙管除在翻造中要根据图面技术要求进行承压试验外，在理场组焊后还要进行整体水压试验，试验压力按工艺要求。炉子保温隔热(1)材料要求，炉子保温结构采用普通硅酸铝耐火纤维针朝毯和普通硅酸铝耐火纤维针朝毯折叠块髓炉衬。针朝毯和针朝毯折叠块的性能应符合GB300385(普通硅酸铝耐火纤维针朝毽)的规定。(2)麓工要求a炉村的麓工技术条件应遵循SYOO3195，ZBE97 00190，SY400494及HGJ22784的规定。b炉子的保温应在炉体各零部件翩造、焊接完毕后进行，保温时要考虑炉子各大部件的组装，保温结构及具体要求应详见各部件蓝工图及技术要求。对漉管板保温隔热(1)材料要求，对液管扳保温结构采用耐火浇注料型号为LY604一JzL(2)麓工要求，蓝工技术条件应遵循SHJ1045 84炼油厂管式加热炉高铝水泥冉粒侄石轻质耐热衬里工程技术条件)的规定。(3)燃烧器的安装燃烧器安装时其中心须保证与炉子壳体中心线重叠，信差不得大于3mn,燃烧器与炉酋面板之间必须垫10mm普通硅酸铝耐火纤维针朝毽压紧进行隔热及防止鼍凤。6 加热炉的使用管理(1)加热炉的使用单位应指定专人负责加热炉设备的技术管理，并搞好加热炉的运行、维护保养、定期检修等管理工作确保加热炉安全、经济地运行。(2)加热炉的使用单位，应建立加热炉安全拄术档案，并根据加热炉的情况制订有关的加热炉管理规定。(3)加热炉的操作管理人员应熟悉加热炉的结构特性，掌握操作技术，执行操作规程。(4)加热炉的操作人员和维修人员必须经过拄术培训后方可上岗操作。(5)加热炉的使用单位，应根据本生产工艺要求和加热炉的技术特性制定加热炉安全操作规则并严格执行。(6)加热炉的使用过程中不得超温、超压运行，严禁突然升温、降温。七、加热炉控制系统概况在冶金工业中，加热炉是主要的耗能设备之一。合理解决加热炉的燃料问题，提高燃料的利用率，对于降低能源消耗，提高产品质量，具有非常重要的意义。 以蓄热式燃烧炉为例：其原理是先利用加热炉的燃烧废气加热储热物质，然后再用储热物质预热燃烧煤气和助燃空气，以达到充分利用加热炉的燃烧废气所含热量，最大限度地提高加热效率，降低能源消耗的目的。其控制系统在设计上除采用流量控制模式（空燃比控制）和炉温控制模式外，还采用蓄热式加热炉特有的切换控制模式，以充分实现蓄热式加热炉的先进功能。（1）煤气燃烧控制系统 以炉膛各段的温度作为调节信号，控制煤气调节阀的开度，保证相应的燃烧所需煤气的量；同时，以煤气流量作为调节信号，按最佳空燃比控制空气调节阀开变，保证相应的燃烧所需的空气量。控制方案采用空气/煤气流量交叉限幅控制。 （2）温度压力补偿 在实际燃烧过程中，煤气、空气的温度和压力与设计状态不同，因此在燃烧过程时需要进行（3）换向控制 换向按定时的原则，以规定的时序换向，同时监控炉内温度。当温度高于设定值时，强制换向。（4）热值控制 在采用混合煤气的情况下，由于生产工况的不稳定，高炉煤气压力及焦炉煤气压力会有波动现象，使得燃烧的热值难以保证。采用热值控制，实现压力、热值双稳定的目的。（5）总管压力控制 以烟气总管压力作为调节信号，控制烟气调节阀开度，使烟气总管压力稳定在设定值。（6）安全保护系统 空气压力、温度过低、煤气压力、温度过低以及自动停炉等故障时报警并关闭相应的设备，以确保安全生产。2回路控制功能回路控制功能包括炉温自动控制功能、空燃比自动配比功能、炉膛压力自动控制功能。 蓄热式加热炉由两换向阀给加热炉提供燃烧煤气和助燃空气，每个换向阀连接一根煤气管道、一根空气管道，各负责加热炉的一半，在煤气管道、空气管道上还各安装有一台电子调节阀和一套流量计。控制程序根据检测到的加热炉膛温度控制煤气管道上的调节阀来自动调节加热炉炉温，而且根据流量计检测的数据控制空气管道上的调节阀来实现空燃比自动配比控制，以此实现加热炉快速、充分经济燃烧的目的。在加热炉的每一半还设置了智能微差压变送器，检测加热炉炉膛内的压力，控制引风机管道上的调节阀，实现炉膛压力自动控制功能，从而保证了加热炉更好的加热效果。 3报警、安全保证功能 由于加热炉采用煤气与助燃空气一起燃烧，为了防止意外事故的发生，采取了如下安全保护措施。 煤气压力报警切断功能。当煤气压力低时，控制系统发出报警信号，提示操作人员注意；当煤气压力进一步降低时，操作系统自动切断煤气以保障安全。 助燃空气压力报警停机功能。当助燃空气压力低于煤气压力时，煤气有可能进入鼓风机中造成事故，因此在助燃空气压力低于煤气压力时，鼓风机自动停机以保障安全。 切换时安全保护措施。由于排放废气中含有氧气，切换时，煤气有可能与排放废气混合，造成排放废气中含煤气，引风机有发生意外事故的可能，为避免这种情况发生，在切换时采用了安全阀。当切换时，煤气进入炉膛的通道切断后，安全阀开启，将管道内的残余煤气顶入炉内，然后排放废气在经此管道抽出排放，这样既保障了安全，又节约了能源。 CO报警仪巡检并报警。加热炉能耗大的主要原因之一是仪表检测手段不完善，人工操作，技术水平低。因此，很有必要改造现有加热炉的检测与控制系统，提高热效率，节约燃料。加热炉热效率的控制：加热炉手动操作时02含量在8%以上，而且波动较大。经改造，炼厂采用工业 PC机带馈的约束控制方案，只用在线02含量分析仪，投运后，加热炉02含量可控制在4%6%之间，操作较平衡，与手动操作相比，02含量降低2%左右，燃料油耗降低了6.2%，全年节约燃料油约1000吨以上。采用工业PC计算机改造费用在一年之内回收。炼油厂加热炉采用工业计算机进行节能控制是成功的，经济效益较明显。今后，该系统还可配置在线CO含量分析仪。如投运在线CO分析仪，预计还可使02含量降低1%2%左右。采用在线烟道气分析仪除可分02含量和CO含量以外，还可分析NO，NO2，SO2和CO2等组份，进行环保监测，有利于环境保护。加热炉能耗大的主要原因之一是仪表检测手段不完善，人工操作，技术水平低。因此，很有必要改造现有加热炉的检测与控制系统，提高热效率，节约燃料。加热炉热效率的控制：加热炉手动操作时02含量在8%以上，而且波动较大。经改造，炼厂采用工业 PC机带馈的约束控制方案，只用在线02含量分析仪，投运后，加热炉02含量可控制在4%6%之间，操作较平衡，与手动操作相比，02含量降低2%左右，燃料油耗降低了6.2%，全年节约燃料油约1000吨以上。采用工业PC计算机改造费用在一年之内回收。炼油厂加热炉采用工业计算机进行节能控制是成功的，经济效益较明显。今后，该系统还可配置在线CO含量分析仪。如投运在线CO分析仪，预计还可使02含量降低1%2%左右。采用在线烟道气分析仪除可分02含量和CO含量以外，还可分析NO，NO2，SO2和CO2等组份，进行环保监测，有利于环境保护。加热炉能耗大的主要原因之一是仪表检测手段不完善，人工操作，技术水平低。因此，很有必要改造现有加热炉的检测与控制系统，提高热效率，节约燃料。加热炉热效率的控制：加热炉手动操作时02含量在8%以上，而且波动较大。经改造，炼厂采用工业 PC机带馈的约束控制方案，只用在线02含量分析仪，投运后，加热炉02含量可控制在4%6%之间，操作较平衡，与手动操作相比，02含量降低2%左右，燃料油耗降低了6.2%，全年节约燃料油约1000吨以上。采用工业PC计算机改造费用在一年之内回收。炼油厂加热炉采用工业计算机进行节能控制是成功的，经济效益较明显。今后，该系统还可配置在线CO含量分析仪。如投运在线CO分析仪，预计还可使02含量降低1%2%左右。采用在线烟道气分析仪除可分02含量和CO含量以外，还可分析NO，NO2，SO2和CO2等组份