石化厂加热炉的温度控制系统设计.ppt

石化厂加热炉的温度控制系统设计,目录,工艺说明控制任务分析控制方案确定仪表的选用硬件选择及软件组态控制方案中需要完善的地方,工艺说明,管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。,控制任务分析,加热炉的主要作用是把待加热的物料加热到规定的温度后送出，因此要求自动控制系统能快速、准确地克服扰动对加热炉物料出口温度的影响。对自动控制系统的要求主要体现在快速性和准确性两个方面。而影响加热炉出口物料温度的因素有以下几个方面：燃料的流量（压力）、燃料的质量、物料的流量，即负荷、物料的温度、环境的温度以及加热炉的结构。,管式加热炉温度控系统工艺流程及控制要求,管式加热炉的主要任务是把原制油或重油加热到一定温度，以保证下一道工序（分馏或裂解）的顺利进行。加热炉的工艺流程图如图2.1所示。燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管中，就被加热到出口温度1。在燃料油管道上装设一个调节阀，用它来控制燃油量以达到调节温度1的目的。,图2.1管式加热炉工艺流程图,控制方案确定,1简单控制系统温度调节器TC是根据原料油的出口温度1与设定值的偏差进行控制。当燃料部分出现干扰后，控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数1的影响控制质量差。当生产工艺对原料油出口温度1要求很严格时，简单控制系统很难满足要求。被控变量：原料油出口温度；操控变量：燃料流量。当对出口温度控制要求不高时，简单控制系统可以满足要求。,图3.1管式加热炉温度控制系统,图1单回路控制,加热炉温度串级控制方案,加热炉温度的串级控制方案由物料出口温度和燃料压力组成。,图2加热炉温度-压力串级控制,图3加热炉温度-压力串级控制方框图,在图3的串级控制系统框图中可以看到，由于副回路可以简化成一个正作用方式环节，主对象作用方式为正，主测量变送环节为正。根据单回路控制系统设计中介绍的闭合系统必须为负反馈控制系统设计原则，即闭环各环节比例度乘积必须为正，故主调节器均选用反作用调节器，副调节器均选用反作用调节器。,主、副回路的匹配,(1)主、副回路中包含的扰动数量、时间常数的匹配设计中考虑使二次回路中应尽可能包含较多的扰动，同时也要注意主、副回路扰动数量的匹配问题。副回路中如果包括的扰动越多，其通道就越长，时间常数就越大，副回路控制作用就不明显了，其快速控制的效果就会降低。如果所有的扰动都包括在副回路中，主调节器也就失去了控制作用。原则上，在设计中要保证主、副回路扰动数量、时间常数之比值在310之间。比值过高，即副回路的时间常数较主回路的时间常数小得太多，副回路反应灵敏，控制作用快，但副回路中包含的扰动数量过少，对于改善系统的控制性能不利；比值过低，副回路的时间常数接近主回路的时间常数，甚至大于主回路的时间常数，副回路虽然对改善被控过程的动态特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及时有效地克服扰动对被控量的影响。严重时会出现主、副回路“共振”现象，系统不能正常工作。,（2）主、副调节器规律的匹配、选择,在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用不同。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节器规律的基本出发点。在加热炉温度串级控制系统中，我们选择原料油出口温度为主要被控参数，原料油温度影响产品生产质量，工艺要求严格，又因为加热炉串级控制系统有较大容量滞后，所以，选择PID调节作为住调节器的调节规律。控制副参数是为了保证和提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般不严格，可以在一定范围内变化，允许有残差，所以我们的负调节器调节规律选择P控制。,(3)主、副调节器正反作用方式确定,由生产工艺安全考虑，燃料调节阀应选气开方式，这样保证系统出现故障时调节阀处于全关状态，防止燃料进入加热炉，确保设备安全，调节阀的Kv0。主调节器作用方式确定：炉膛温度升高，物料出口温度也升高，主被控过程Ko10。为保证主回路为负反馈，各环节放大系数成绩必须为正，所以负调节器的放大系数K10，主调节器作用方式为反作用。又为保证副回路是负反馈，各环节放大系数乘积必须为正，所以负调节器大于0，负调节器作用方式为反作用方式。,(4)控制器参数工程整定,串级控制系统主、副控制器的参数整定方法主要有三种：两步整定法、一步整定法和逐步逼近法。1、按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做两步整定法。2、一步整定法，就是根据经验先将副控制器一次放好，不再变动，然后按照一般单回路孔控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。3、逐步逼近法是一种依次整定主回路、副回路，然后循环进行，逐步接近主、副回路最佳整定的一种方法。我们选择两步整定法来整定串级控制系统的参数。,仪表的选用,测量元件与变送器液位变送器。它的作用是测量压力，并将压力的大小转化为一种特定的信号（如标准电流信号、标准气压信号、电压信号等）。自动控制器集散控制系统DCS它接受变送器送来的信号，与工艺要求的压力大小相比较，得出偏差，并按某种计算规律算出结果，用特定信号（电流或气压）发送出去执行器电动调节阀，它和普通阀门功能一样，只不过它自动根据控制器送来的信号值改变阀门的开启度温度检测元件（1）热电偶：测温原理、种类、结构形式、冷端温度补偿、安装（2）热电阻：测温原理、材料、技术性能、结构、安装与使用,液位变送器,超级的测量性能，用于压力、差压、液位、流量测数字精度：+（-）0.05%模拟精度：+（-）0.75%+（-）0.1%F.S全性能：+（-）0.25F.S稳定性：0.25%60个月量程比：100：1测量速率：0.2S小型化（2.4kg）全不锈钢法兰，易于安装过程连接与其它产品兼容，实现最佳测量世界上唯一采用H合金护套的传感器（专利技术），实现了优良的冷、热稳定性采用16位计算机的智能变送器标准4-20mA，带有基于HART协议的数字信号，远程操控支持向现场总线与基于现场控制的技术的升级。SK1151/3351LT型法兰式液位变送器,可对各种容器进行精确的液位和密度测量，有平法兰和插入式法兰供选择，法兰有3英寸或4英寸，规格有1501b和3001b的法兰，也可根据用户定制法兰，法兰膜片材料可选。具体尺寸请咨询销售部或参看本公司相关样册。测量范围差压：0-6.2-690KPa静压：2.5MPa,电动调节阀,KVQJP/M型电子式精小型电动单座(套筒)调节阀,由低流阻直通单座阀,或与低流阻套筒阀配用德国进口PS系列和日本工装3610系列直行程电动执行机构组成。电动执行机构内有伺服放大器,无需另配用伺服放大器,有输入控制信号(4-20mADC或1-5VDC)及单相电源即可控制运转,实现对压力、流量、温度、液位等参数的调节。具有体积小、重量轻、连线简单、流量大、调节精度高等特点,广泛应用于电力、石油、化工、冶金、环保、轻工、教学和科研设备等行业的工业过程自动控制系统中。最小阀芯口径3mm。,上海耐博泵阀制造有限公司,温度检测元件,热电偶两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶的种类:装配热电偶，铠装热电偶，端面热电偶，压簧固定热电偶，高温热电偶，铂铑热电偶，防腐热电偶，耐磨热电偶，高压热电偶，特殊热电偶，手持式热电偶，微型热电偶，贵金属热电偶,快速热电偶,钨铼热电偶，单芯铠装热电偶等等。热电偶作为温度传感元件，能将温度信号转换成电动势（mV）信号，配以测量毫伏的指示仪表或变送器可以实现温度的测量指示或温度信号的转换。具有稳定、复现性好、体积小、响应时间较小等优点、热电偶一般用于500C以上的高温，可以在1600C高温下长期使用。,热电偶的冷端补偿,在使用热电偶时，由于冷端暴露在空气中，受周围环境温度波动的影响，且距热源较近，其温度波动也较大，给测量带来误差，为了降低这一影响，通常用补偿导线作为热电偶的连接导线。补偿导线的作用就是将热电偶的冷端延长到距离热源较远、温度较稳定的地方。补偿导线的作用如图1所示。,补偿导线的作用,热电偶的安装要求对热电偶与热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可考及维修方便,而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求,在选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点:1、为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻.2、带有保护套管的热电偶和热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电偶和热电阻应该有足够的插入深度:(1)对于测量管道中心流体温度的热电偶,一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米,那热电偶或热电阻插入深度应选择100毫米;(2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电偶.浅插式的热电偶保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电偶的标准插入深度为100mm;(3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为4m,热电偶或热电阻插入深度1m即可.(4)当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套管,高温高压热电偶,适合于石油、化工等生产过程中的高温高压场所的温度测量与控制。是炼油厂、高压聚乙烯等不可缺少的温度装置。主要技术参数电气出口：M20 x15,NPT1/2连接尺寸：M20 x15,NPT1/2防护等级：IP65隔爆等级：dBT4,dCT5公称压力：15-40MPa,热电阻热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。热电阻种类：普通型热电阻；铠装热电阻；端面热电阻；隔爆型热电阻等等。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。采用热电阻法测量温度时，一般将电阻测温信号通过电桥转换成电压，当热电阻的链接导线很长时，导线电阻对电桥的影响不容忽视。为了消除导线电阻带来的测量误差，不管热电阻和测量一边之间的距离远近，必须使导线电阻的阻值符合规定的数值，如果不足，用锰铜电阻丝凑足。同时，热电阻必须用三线接法，如图5.3所示，热电阻用三根导线引出，一根连接电源，不影响电桥平衡，另外两根被分别置于电桥的两臂内，使引线电阻值随温度变化对电桥的影响大致抵消。,采用热电阻法测量温度时，一般将电阻测温信号通过电桥转换成电压，当热电阻的链接导线很长时，导线电阻对电桥的影响不容忽视。为了消除导线电阻带来的测量误差，不管热电阻和测量一边之间的距离远近，必须使导线电阻的阻值符合规定的数值，如果不足，用锰铜电阻丝凑足。同时，热电阻必须用三线接法，如图2所示，热电阻用三根导线引出，一根连接电源，不影响电桥平衡，另外两根被分别置于电桥的两臂内，使引线电阻值随温度变化对电桥的影响大致抵消。,图2热电阻三线制接法,1、I/O测点清单,2、I/O统计,3、DCS系统硬件配置清单,4、卡件布置图,5、测点分配表,主机设置,控制站组态,控制站组态是指对系统硬件和控制方案的组态，主要包括I/O组态、自定义变量、常规控制方案、自定义控制方案和折线表定义等五个部分,系统I/O组态,I/O卡件登录I/O卡件组态是对SBUS-S1网络上的I/O卡件型号及地址进行组态。I/O卡件登录在I/O卡件组态画面中进行。一块主控制卡的一块数据转发卡下可组16块I/O卡件。,系统控制组态总结,控制方案中需要完善的地方,1、安全生产的基本原则安全第一；安全生产，人人