火筒式加熱爐控制方法研究及應用

何建強(大慶油田第十采油廠第五油礦一工區，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用比較廣泛的加熱設備，本身具有體枳龐大、局部非線性、分布復雜等特點，從而增大了加熱爐過程控制難度，容易對最終產品質量和生產效率帶來不利影響。

1 加強火簡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用比較廣泛的設備，該設備的主要功能作用是通過加熱原油，利用原油不同物質熔點的不同，實現原油的分餾。為更好的發揮這一功能，火筒式加熱爐一般有著比較大的體積，結構也比較復雜，這大大增加了火筒式加熱爐加熱過程控制的難度，同時在加熱爐運轉過程中，一些必要的參數，比如爐內的溫度、流量、壓力等，都需要進行嚴格的自動控制，才能從根本上保證火筒式加熱爐作業得到充分發揮。特別是對于溫度這一參數而言，最終控制好壞將直接影響油氣產品生產的質量?；诖耍瑸榱吮ＷC火筒式加熱爐的功能作用得到有效發揮，有必要加強對其控制方法的研究，通過引入先進的控制方法，使得爐內各種參數得到精準有效的控制，不僅有助于生產質量提升，還能夠降低能耗，節約生產成本，提高生產效益。

另一方面，火筒式加熱爐在實際運行過程中，還會受到各種干擾因素的影響，比如空燃比、環境因素、生產負荷等。與此同時，在火筒式加熱爐內部，由于采用的是溫度檢測儀，因此還會受到測量結果誤差的影響，最終都會導致火筒式加熱爐的控制指標不理想，難以達到滿意的控制效果。因此有必要加強對火筒式加熱爐控制方法的研究，除了控制自身一些運轉參數，還能夠有效控制各種干擾因素對加熱爐運轉的影響，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行狀態，推動油氣生產實現更好的發展。

2 火簡式加熱爐結構與儀器表的選擇

火筒式加熱爐是一種鋼式容器，帶有鞍式支座，在加熱爐內部，安裝有火簡，火簡呈長圓狀，整體結構屬于育種軸對稱結構，內徑最小0.8m，最大1.2m，煙氣并在火簡管壁內流動，同時在管壁內，存在有油水混合物?；鹜彩郊訜釥t主要由三部分構成，分別是輻射室、對流室與煙囪。在實際進行石油化工生產過程中，加熱爐會受到多種因素的干擾，比如熱負荷、大氣氣壓等，因此做好加熱爐控制方法的實施，促使控制效果不斷提升，更有助于提升火簡式加熱爐的熱效率，推動石油化工穩定順利生產。

火筒式加熱爐需要進行以下儀器表選擇：一是變送器的選擇，在控制系統中，變送器主要功能是檢測相應的變量，并對這些變量進行轉換，使其成為能夠被控制系統進行接收的標準信號，在具體信號傳輸方面，變送器通常會分為兩種，一種是兩線制變送器，一種是四線制變送器，主要由檢測機構與變送機構組成，能夠對火筒式加熱爐的整個控制系統造成直接的影響。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，可以選擇四線制熱電偶溫度變送器，這種變送器能夠將熱電偶傳輸的信號進行補償與放大，然后通過線性化處理，有效降低信號誤差，最后輸出準確的直流電信號，保證溫度控制的精準性。差壓變送器能夠有效消除機械傳動所造成的瞬時沖擊，有效提升溫度的測量精度。二是需要進行執行器選擇，執行器分為兩種，一種是電動執行機構，由于本身有著強大的功能被廣泛應用，但并不適合在安全防爆場合進行應用。由于火筒式加熱爐具備安全防爆場合，因此需要選擇應用氣動執行機構。同時為了有效滿足執行器線性要求，一般還需要在氣動機構上增加閥門定位器，這種定位器能夠有效將把電信號轉換成氣壓信號，氣動執行器的執行部分接收氣壓信號并轉變成作用力促使調節部分發生動作，更好的實現控制的穩定性。

3 火簡式加熱爐控制方法

3.1 物料進口流量控制方法

在原本的閉環控制系統之中，可以再引入“控制回路串級控制系統”，這種控制方法在具體實踐中應用比較普遍，有效提升了控制效果，出口的溫度也更加穩定，但由于沒有對燃料比例進行充分的考慮，難以進行空氣量的控制，因此無法保證排氣的穩定性，通過在原本的控制系統上采用V1 驅動器，形成一個更加良好的控制系統，在相應系統程序的控制下，有效消除了故障，彌補了原本的缺陷，有效提升控制效果與控制穩定性。當前對于制造商而言，針對于物料進口流量的控制，通常都依賴于一個單一控制環路的反饋。對于閉環反饋控制來說，本身有著良好的控制效果，但這種控制方法在具體實踐應用方面，還會受到原料加料速度的影響，因此導致物料進口流量不夠穩定，一定程度上也會造成原料浪費問題。

3.2 物料輻射段出口溫度控制方法

針對于物料輻射段出口溫度的控制，在具體控制過程中，應從燃料流量控制閥管線入手，通過選擇V1104 閥，在整個控制系統出現相應的故障問題時，在這一過程中相應的氣體信號會逐漸衰弱，與此同時相應的閥門也會自動進行關閉，此時，火簡式加熱爐不再有燃料噴入，從而有效避免爐內熱量在短時間內快速的升高，有效預防出現爆炸安全事故。基于此，需要做好燃氣閥門的開度的選擇，從而更好的實現對燃流動的控制，在輻射段，材料通常在爐中進行穩定的燃燒，氣體供應應確保充足，如此能夠更好的避免空氣煙囪出現冒黑煙的現象，并且也會有效的減少因過量空氣帶來的熱量損失。通過在溫度串級控制系統的幫助下，有助于爐內的燃燒效果得到顯著的增強。與此同時，針對燃料消耗量，可以將其作為主耍變量，在副變量選擇時，應選擇空氣的流動速率，使得控制程序更好的運轉。

對于串級控制系統而言，能夠使得過程控制效果的顯著的提升。針對系統出現的干擾問題，在電路中做好滯后量的干預，更好的優化串級控制系統，使得二次回路擾動得到有效的消除。對于控制回路PID 而言，使得高容量系統干預得到有效的克服。促使相應的工藝質量得到有效的提升。從而能夠全面保證相應的燃料能夠在爐內進行充分的燃燒，有效提升燃料的利用率，使得相應的節能效果達到最佳。如有必要，還可以通過進行負荷的增加，先進行空氣量的增加，再進行燃料量的增加，然后通過降低相應的負載與燃料量，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中，火簡式加熱爐內的解釋本身具有一定的易燃性，因此還需要加強對熱物料出口溫度的控制。在正常生產工況下，當材料問題能夠對政策生產造成影響時，需要在這一過程中，做好溫度指標的嚴格控制。但同時在生產實踐中，受溫度大量積壓的影響，實際的溫度指標控制難度也比較大，傳統溫度指標控制多采用單回路控制，但這種控制方式也一定的缺陷，因此在實際選擇控制方法時，可以選擇主回路的溫度控制，通過控制相應的設定值，有效提升控制的精準性，更好的發揮其控制效果。

4 火簡式加熱爐系統應用

在系統實際開車運行過程中，主要分為三個階段，一是進料階段，二是加熱階段，三是恒溫階段。通過對這三個階段的應用進行分析，希望能夠達到火簡式加熱爐系統的安全，節能、減排等控制耍求，使其能夠與實際工業過程更加接近。

首先是進料階段的應用。在這一階段中，需要將待加熱介質，直接送入火簡式加熱爐之中，這些待加熱的物質通常會經過換熱器以及相應的管道，最終，會到達對流段與輻射段，從而為后續的生產工藝提前做好相應的準備。與此同時，通過采用進料泵，在將待加熱介質送入加熱爐之后，通過控制閥V1101，使的相應的流量達到要求的指標。在整個進料過程中，為保證整個生產過程順利穩定的進行，需要實現擾動切換雙向無擾動。

其次在升溫階段的應用。在這一階段之中，通過將待加熱介質，繼續向上進行提升，此時的待加熱物質會進入到對流段和輻射段，并在這兩段之中，繼續進行加熱，同時值得注意的是，需要加強爐內壓力的控制，使得相應的指標符合實際生產工藝要求，才能更好的確保生產穩定順利的進行。在實際進行控制過程中，注意控制方法為通過進行閥V1104 的控制，在此基礎上，再做好鼓風機的調節，從而使得空燃比更加的科學合理，最終能夠的使得溫度得到有效的控制，更好的實現物料的加熱，保證生產穩定順利進行，同時也為下一階段恒溫階段做好充足的準備。

最后在恒溫階段的應用。在該階段之中，通過對待加熱介質進一步加熱，從而使其能夠順利達到預定溫度，同時在實際工藝生產過程中，在恒溫階段，還需要進行相應冷料的加入，因此對于整個溫度指標而言，通常會產生一些比較嚴重的干擾。在恒溫階段，針對一些冷物料，通過進一步進行相應的預熱。與此同時，在溫度串級控制系統的幫助下，對最終溫度指標進行準確的控制，通過對控制系統相關的溫度參量進行適當的調整，使得控制線路盡可能多的包含干擾，促使控制系統的響應速度得到有效的提升；通過主線路，來穩定主參量溫度，使其能夠順利的達到相關溫度控制的要求?？傮w而言，對于副回路來說，它起到的作用是“粗調”，二對于主回路來說，它起到的作用是“細調”，經過上述三個階段過程，可以使待加熱介質溫度指標到達預定要求，有效提升火簡加熱爐控制的效果。

此外，針對于火簡式加熱爐節能，可以采用密閉式微正壓對火筒式加熱爐，能夠有效解加熱溫度偏低的問題，還能夠有效降低爐體內熱量吸收率。否則長期進行負壓燃燒，通常會產生較大的煙氣，受煙氣的影響，在排出時還會帶走部分熱量，導致火筒式加熱爐熱效率降低；同時由于空燃比不夠科學合理，由于實際的氧氣比較對，這會進一步加速燃燒室內表面氧化，同時還會產生大量的氧化氮最終引發嚴重的環境污染。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，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，同時還會使得煙氣生成量得到有效的降低，相應消耗的熱量也會逐漸變小，有效提升了火筒式加熱爐熱效率。三是密閉式微正壓燃燒，還能夠使得爐內的內煙氣流動速度得到有效的降低，熱量損耗也會因此減少，使得火筒式加熱爐熱效率得到進一步的提升。

5 結語

綜上所述，火簡式加熱爐在實際運作過程中，通常會受到很多干擾因素的影響，會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，最終達到節能增效的目的。