CN102338471A - 加热炉优化运行监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热炉优化运行监控方法。主要解决现有的加热炉运行监控方法不完善导致过剩空气系统偏大、对加热炉故障及运行效率的诊断困难的问题。其特征在于：(1)检测被加热介质流量及进出炉温度并计算温差，测算有效热量；同时检测加热炉的耗气量，计算天然气燃烧产生的热量，通过计算机计算正平衡炉效并显示在屏幕上；(2)根据被加热介质进出炉温度，通过燃气调节阀控制火焰燃烧；(3)检测燃气流量及烟道温度，自动调整风道进行配风；(4)检测炉管温度，并设定温度报警点。该方法可以对加热炉的运行全过程进行监视、并实现自动控制，出现故障可即时报警，实现了加热炉优化燃烧、节能降耗的目的。

Description

加热炉优化运行监控方法

技术领域

本发明涉及油田集输系统加热炉自控系统优化领域，具体的说是一种加热炉优化运行监控方法。

背景技术

加热炉在油田生产中占有重要地位，如何使加热炉更节能、如何通过调节运行参数来提高加热炉效率并减少加热炉损坏，是油田生产运行中需要解决的问题，这些就需要通过加热炉的节能优化系统来完成。目前加热炉没有一个完整的优化运行监控系统，由此导致没有完善的监控方法，由于负荷普遍较低，而且配风没有精细调整装置，造成加热炉空燃比不合理，以至于在运行中普遍存在过剩空气系统偏大，能耗较高的问题；同时，对加热炉故障及运行效率的诊断大多都是靠工人的经验来判断，不直观，没有统一的标准，判断模糊，因此对工人的要求高，并且由于工人经验、水平不同，难以严格要求，而且发现问题时加热炉多已烧损，必须进行修理，造成人力物力浪费；由于肉眼无法观测到加热炉内的运行情况，不能对整个设备及流程可能出现的所有问题都做出准确的分析和诊断，无法避免设备带病运行或全场停产检修对企业造成的损失。

发明内容

为了克服现有的加热炉运行没有完善的优化运行监控方法而导致过剩空气系统偏大、对加热炉故障及运行效率的诊断困难、使加热炉易损坏的不足，本发明提供一种加热炉优化运行监控方法，该加热炉优化运行监控方法可以对加热炉的运行全过程进行监视、并实现自动控制，出现故障可即时报警，实现了加热炉优化燃烧、节能降耗的目的。

本发明的技术方案是：一种加热炉优化运行监控方法，

(1)、检测被加热介质流量及进出炉温度并计算温差，测算有效热量；同时检测加热炉的耗气量，计算天然气燃烧产生的热量，通过计算机计算正平衡炉效并显示在屏幕上；

(2)、根据被加热介质进出炉温度，通过燃气调节阀控制火焰燃烧，保证了燃烧时火筒表面辐射热的均匀升降；

(3)、检测燃气流量及烟道温度，通过设定的最优配风开度自动调整风道进行配风；

(4)、检测炉管温度，并设定温度报警点，当炉管温度超过报警点时自动报警。 

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，通过对加热炉的运行进行监控，并自动调节燃烧速度、风门开度，实现了加热炉优化燃烧、节能降耗；加热炉正平衡炉效可以即时显示，方便直观快捷；炉管超温报警、燃气负荷限位、燃烧器自动减负荷等优化安全运行系统，对加热炉形成有效防护。

附图说明：

图1是本发明所采用的监控系统的原理图；

图2是正平衡炉效显示界面；

图3是升温时炉管温度显示界面；

图4是降温时炉管温度显示界面；

图5是超温报警后参数设定界面；

图6是急停火急起火现场显示界面；

图7是预报警后自动减负荷显示界面。

图中FT-101-燃气流量变送器，FT-102-被加热介质流量变送器，TE-101~TE-110-炉管温度检测变送器，TE-111-被加热介质入炉温度变送器，TE-112-被加热介质出炉温度变送器，TE-113-烟道温度检测系统，TE-114-环境温度变送器，

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1所示为本发明所用的监控系统的原理图，包括燃气流量变送器FT-101、被加热介质流量变送器FT-102、炉管温度检测变送器TE-101~TE-110、被加热介质入炉温度变送器TE-111、被加热介质出炉温度变送器TE-112、烟道温度检测系统TE-113、环境温度变送器TE-114，可编程序控制器QC-1、可编程序控制器输入、输出模块PLC、彩色触摸屏HMI，本发明所述的加热炉优化运行检测方法通过上述检测系统，检测到的信号送入可编程序控制器QC-1后，进行正平衡炉效、炉管温度等显示，并通过彩色触摸屏HMI进行人、机交换。

具体方法如下：

(1)、通过被加热介质流量变送器FT-102检测被加热介质流量，由被加热介质入炉温度变送器TE-111、被加热介质出炉温度变送器TE-112测量进出炉温度，并计算温差，测算有效热量；同时通过燃气流量变送器FT-101检测加热炉的耗气量，计算天然气燃烧产生的热量，该种计算加热炉炉效的方法为正平衡检测方法，出口水加热带走的热量（即上述的有效热量）除以天然气燃烧产生的热量即为正平衡炉效，如表1是一组正平衡炉效数据表，正平衡炉效计算出时即时显示在彩色触摸屏上，检测周期可以设定，如图2是以10分钟取一个点的正平衡炉效显示界面。而目前常规方法计算的加热炉炉效一般为反平衡炉效，即通过烟气分析仪检测加热炉排烟中的氧含量来计算，烟气分析仪测反平衡炉效比较快，但需要人手动操作，并且由于烟气分析仪价格较贵，因此不能进行时时检测，一般一年只检测两次，而加热炉正平衡炉效可以即时显示。

表1  正平衡炉效数据表

 (2)、增加了炉温控制优化模块，该模块包括被加热介质入炉温度变送器TE-111、被加热介质出炉温度变送器TE-112以及温度自动调节系统，通过上述两种温度变送器测量被加热介质进出炉温度，而温度自动调节系统是以出口温度来自动控制燃气流量变送器FT-101的流量，通过燃气调节阀控制火焰燃烧，燃气调节阀是根据出口温度缓慢提升与下降，形成火焰的拉链式燃烧，如图3、图4所示，升温和降温时炉管温度缓慢上升或下降，保证了燃烧时火筒表面辐射热的均匀升降，同时也保证了燃烧的充分性和稳定性。相关数据等均可即时显示，进而满足生产需求。

同时可设置出口温度高报警及低报警，相关数据等均可在彩色触摸屏即时显示，进行人机交换。具体控制过程如下：

a.实际温度≥控制温度+偏差时，燃气调节阀逐渐关小至“小火阀位”

b.实际温度≤控制温度时-偏差时，燃气调节阀逐渐开大至 “大火阀位”

c.控制温度-偏差<实际温度<控制温度+偏差时,燃气调节阀保持当前阀位。

如在燃气调节阀自动控制过程中，设定最小10S提1个阀位，最大10min提1个阀位.每提升1阀位所需要的时间设定如下：

实际温度<0℃时,S=600秒

实际温度>50℃时,S=10秒 

0℃<实际温度<50℃时,

如设定实际温度45.5℃ ，控制温度60.0℃，偏差1.0℃，小火阀位27%，大火阀位58%，低温报警50.0℃，高温报警70.0℃。系统处于全自动状态，其控制过程执行以下操作：

a.实际温度45.5≤59.0℃，大火运行，燃气调节阀逐渐开启到58%。用公式求得每提升1%阀位约需70.0秒。

b.实际温度升高到59.0-61.0℃之间时，阀位保持当前不再变化。

c.实际温度≥61.0℃时，小火运行，燃气调节阀逐渐关闭到27%。

d.实际温度≥70.0℃时，系统高温报警。

e.实际温度≤50.0℃时，系统低温报警。

(3)、设置空燃比优化控制模块，该模块包括燃气流量变送器FT-101、烟道温度检测系统TE-113，来检测燃气流量及烟道温度，当第（2）步中所述的燃气调节阀阀位变化时，根据检测到的燃气流量，通过系统中设定的最优配风开度进行自动配风，在配风的过程中烟道温度检测系统TE-113参与了串级控制，相关数据可即时显示在屏幕上，如表2是燃气流量与风门开度配比表：

表2  燃气流量与风门开度配比表

序号	燃气流量m3/h	风门开度%	序号	燃气流量m3/h	风门开度%
						1	23	2	14	70	29
2	28	3	15	73	31
						3	34	6	16	76	34
4	37	8	17	79	36
						5	40	10	18	81	38
6	43	13	19	84	39
						7	47	16	20	87	40
8	51	18	21	90	41
						9	54	20	22	93	42
10	57	22	23	95	43
						11	60	24	24	97	44
12	64	25	25	99	45
						13	67	27

(4)、在炉管上不同部位安装炉管温度检测变送器，进行炉管温度检测，并设定温度报警点，例如可以在加热炉双侧火管顶部外壁设置5个测温点，分别距耐火砖外缘0.2m、0.7m、1.0m、1.2m、2.2m，共1~10检测点，分别由炉管温度检测变送器TE-101~TE-110测量，加热炉炉管温度即时显示，直观反映燃烧器的燃烧状况，如表3为一组炉管温度数据，经现场数据显示，能够保证加热炉满负荷状态下火管外壁垢下表面运行温度＜350℃。炉管温升温降异常可报警，可监控急停火急起火等现场不当的管理措施，如图6为急停火急起火现场显示界面。炉管超温报警设置共有预报警，高报警以及报警停炉三个报警点，可根据现场需要设置报警数值。例如现有二合一加热炉炉管材质一般为20R碳钢管，按国家标准最高工作温度不准超过475℃，当加热炉炉管超温运行时，极易造成炉管鼓包事故，给油田生产带来极大的安全隐患，因而可设置当检测到炉管温度达到425℃时，预报警，到455℃时高报警，到485℃时报警停炉。也可设定预报警后即自动减负荷至最小阀位，如图7为预报警后自动减负荷显示界面，燃气负荷最大最小阀位可设置，通过燃气流量变送器FT-101控制燃气流量，保证加热炉的稳定运行。当加热炉炉管超温报警后，可设置燃烧器自动减负荷，即燃气流量自动减小。依据加热炉的功率及燃气热值计算得到额定燃气量，如若超过此流量则视为燃烧器超负荷运行，当超负荷的情况发生时，燃气调节阀自动关小，燃烧器自动减负荷，同时减负荷后的阀位均可以设定。如萨北1801#转油站的燃气热值计算后得到37861.32KJ/m3，额定燃气负荷为237.7m3/h。满负荷天然气流量计算 

：设计负荷

，  ：满负荷天然气流量

表3  炉管温度数据表

Claims (1)

1.一种加热炉优化运行监控方法，其特征在于：

(1)、检测被加热介质流量及进出炉温度并计算温差，测算有效热量；同时检测加热炉的耗气量，计算天然气燃烧产生的热量，通过计算机计算正平衡炉效并显示在屏幕上；

(2)、根据被加热介质进出炉温度，通过燃气调节阀控制火焰燃烧，保证了燃烧时火筒表面辐射热的均匀升降；

(3)、检测燃气流量及烟道温度，通过设定的最优配风开度自动调整风道进行配风；

(4)、检测炉管温度，并设定温度报警点，当炉管温度超过报警点时自动报警。

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