文档介绍：二蒸馏加热炉的优化控制
北京燕山石化炼油厂计电部陈坤
摘要:在常减压装置工艺流程里,加热炉出口温度是影响该装置各线产品质量的重要因素,
是决定汽化率、塔内各点温度和热平衡的关键。本文对影响加热炉出口温度变化的各种干扰
进行了简单分析,重点论述了控制方案的实施过程,其中包括串级控制的实现,燃料油/气的
自动切换和燃料调节阀流量特性的修正等内容。通过对加热炉的优化控制,装置的能耗得到
了进一步降低,达到了优化生产,提高效益的目的。
关键词:串级控制 TDC3000(控制系统) 加热炉 CL 语言
1 前言
常/减压装置加热炉出口温度是决定汽化率、塔内各点温度和热
平衡的关键,是炉用空气预热温度、过热蒸汽温度及原油换热的重要
影响因素。要保持蒸馏塔的平稳操作,关键是维持加热炉出口温度和
原油流量的恒定。当处理量为恒定时,加热炉出口温度如果偏低直接
影响进塔油料的汽化量和带入的热量,相应地塔顶和侧线温度都要降
低,轻组分比例减小,重油比例增大。相反,加热炉出口温度偏高,
会造成轻组分比例增大,重组分容易焦化、结焦。二蒸馏减压塔在
2004 年就因为减压塔底出口调节阀结焦严重造成了该阀无法打开,
影响了正常生产。
目前,二蒸馏装置的原油性质变化较大,所掺外油比例有逐年增
大的趋势,原油中的轻组分较多,为防止大量轻油汽化和夹带雾沫,
要求炉子出口温度一定要控制稳定。外油比例的增大也会相应地增加
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炉子负荷,如果加热炉出口温度控制不好,炉管表面热强度就会超高,
引起炉管局部过热,甚至烧坏,所以加热炉出口温度对该装置的安全、
高效、长期运行十分重要。
当前节能降耗已成为考核各装置的一个重要指标,因此常减压装
置经常会根据燃料市场价格来决定是否用渣油还是用瓦斯作为燃料。
根据工艺需要,燃料(渣油/瓦斯)就要求能自动切换控制,即如果
将渣油作为主要燃料,瓦斯就必须作为辅助燃料调节。控制上要求油
路投自动的同时,气路能自动把控制状态由自动切换到手动模式,这
样就可以避免控制紊乱。因此对加热炉的控制要求更加严格和复杂。
2 加热炉优化控制方案的设计
管式加热炉的主要任务是把原油或重油加热到一定温度,以保证
下一道工序的顺利进行。加热炉的工艺流程图如 1 图所示。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后,就被加热到出
口温度 T1。在燃料油管道上安装一个调节阀,用它来控制燃料油流
量以达到调节温度的目的。引起温度 T1 改变的扰动因素很多,主要
有:
A、燃料油的扰动 D2(组分
和阀前的油压)。
B、喷油用过热蒸汽压力波
动 D4。
C、被加热油料的扰动 D1(流
量和入口温度)。
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D、配风、炉膛漏风和大气温度的扰动 D3。
其中燃料油压力和过热蒸汽压力都可以用简单的调节回路保持
稳定,这样可以把扰动因素减少到最低限度。从调节阀动作到温度
T1 改变,这中间热量需要相继通过炉膛、管壁和被加热油料的热容
积,因此反应比较缓慢。工艺对出口温度 T1 要求很高,一般希望波
动范围在±2℃。实践证明,采用简单的控制系统无法达到要求。
采用串级控制系统可以大大提高调节品质。在这个控制系统中,
用炉膛 T2 来控制调节阀,然后用出口温度 T1 来修正炉膛温度的给
定值 Tr2。控制系统的方框图如图 2 所示。调节对象中包括炉膛、管
壁和油料等三个容积。而诸扰动 D1、D2、D3 和 D4 则作用于不同地
点。从图中可见,扰动因素 D2、D3 和 D4 包含在副环之内,因此可
以减少这些扰动对出口油温 T1 的影响。对于被加热油料方面的扰动
D1,采用串级调节可以收到一定的效果。串级系统和简单系统的显
著区别在于其结构上形成了两个闭环。一个闭环在里面,被称为副环
或者副回路,它在控制过程中起着“粗调”的作用。另一个环在外面,
被称为主环或主回路,用来完成“细调”任务,保证最终被调量满足工
艺要求。无论主环还是副环都有各自的调节对象、测量变送元件和调
节 PID。应该指出系统中尽管有两个调节器,但它们的作用不同。主
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调节器具有自己独立的设定值,它的输出作为副调节器的设定值,而
副调节器的输出信号则是送到调节阀去控制生产过程。比较串级系统
和简单系统,前者只是比后者多了一个测量变送元件和一个调节器,
增加的仪表投资并不多,但控制效果却有显著的提高。
串级控制虽然克服了干扰,提高了调节品质,但因为是温度调节,
有个热传导过程,所以滞后大。如果再加一个副环,滞后更大。工艺
条件变化比较大时,需要立即改变出口油的温度,这时使用主回路单
控,可能效果更明显。
总上所述,二蒸馏加