CN103591981B - 一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石油炼制、石油化工领域管式加热炉能耗远程监测诊断方法。由以下步骤组成：A、每间隔一定时间，各台加热炉的现场数据采集主机启动，氧化锆、一氧化碳分析仪、热电偶把烟气出辐射段、对流段、空预器的O₂含量、CO含量和烟气温度等能耗数据测出；B、N台加热炉把能耗测试数据统一传输到装置中央数据处理器进行数据处理；C、中央数据处理器根据烟气出辐射段、对流段、空预器的O₂含量差值、烟气温度差值和CO含量值等能耗指标数据。用于解决现有技术采用人工监测，不能实现加热炉能耗自动监测，监测周期长，不能及时优化操作，能耗变化状况无法自动诊断和管理的问题。

Description

一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法

技术领域

本发明涉及石油炼制和石油化工领域加热炉，尤其涉及加热炉的一种能耗远程监测诊断方法。

背景技术

管式加热炉是石油炼制和石油化工行业生产装置的耗能大户，燃料消耗量在装置能耗中占有相当大的比例：少则20％～30％，多则80％～90％，另一方面，随着人类对能源需求的增大，加热炉燃料燃烧引起的CO₂、SO_x、NO_x排放量日益增加。因此提高加热炉能耗的管理水平，对于减少燃料消耗量、降低生产成本、减少有害气体向大气的排放有着重要的意义。随着信息技术的发展进步，信息设备具备的强大数据处理能力为传统工业提升自身管理水平提供了很好的契机，实现信息技术和传统工业的深度融合，是促进传统工业改造升级的一个方向。目前各个炼化企业加热炉能耗监测管理基本采用人工方式定期到各装置测试实现，一般企业加热炉数量在几十台，相当一部分加热炉取样点在炉顶，所有装置加热炉测试和数据处理是一项不小的工作量。而且采用人工能耗管理方式，数据测试和处理都需要一定的周期，不能实现对加热炉实时全程监测，无法及时优化操作，也不方便能耗变化状况的诊断和能耗管理数据的信息共享。如果提供一种加热炉能耗远程监测诊断方法，实现加热炉能耗管理的信息化，将会显著提高加热炉能耗监测的管理水平，推动企业“节能减排”工作的进步。

中国专利CN1581151A公开了“一种火电厂管道热效率在线分析监测系统”，该系统主要由数据采集系统、数据库服务器、模型运算服务器、输入输出设备组成，将发电厂管道热效率反平衡热效率计算式应用其中，可计算发电厂管道热效率及其管道系统热损失的分布、汽轮发电机组热损失，以及全厂热经济性和热效率、热耗率、汽耗率等技术经济指标，在信息屏和客户机上实时显示装置热流图，实时生成电厂运行分析的报表或特性曲线，并能超限报警，实现在线监测运行火力发电厂主管路系统的工作状况。由于监测仪表、监测位置、监测参数、计算方法不同，上述系统不能在炼化企业的管式加热炉应用，而且上述系统不具备能耗变化状况诊断功能和远程通讯功能，为了提高石油炼制、石油化工领域管式加热炉能耗的管理和诊断技术水平，需要提供一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于石油炼制、石油化工领域管式加热炉能耗远程监测诊断方法。用于解决现有技术采用人工监测，不能实现加热炉能耗自动监测，监测周期长，不能及时优化操作，能耗变化状况无法自动诊断和管理的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法，其特征在于：所述方法由以下步骤组成：

A、每间隔一定时间，各台加热炉的现场数据采集主机启动，氧化锆、一氧化碳分析仪、热电偶把烟气出辐射段、对流段、空预器的O₂含量、CO含量和烟气温度等能耗数据测出；

B、N台加热炉把能耗测试数据统一传输到装置中央数据处理器进行数据处理，在装置中央数据处理器内运用管式加热炉反平衡计算等方法生成各台加热炉的热效率、过剩空气系数、排烟损失、不完全燃烧损失等能耗指标数据，以及整个装置的综合能耗指标数据，如加权平均热效率、加权平均排烟损失、各种考核报表等；

C、中央数据处理器根据烟气出辐射段、对流段、空预器的O₂含量差值、烟气温度差值和CO含量值等能耗指标数据，用“分段分析法”诊断造成加热炉能耗变化的原因，是否存在燃烧系统、吹灰系统、炉体密封、空预器泄露等问题；

D、各台加热炉的能耗指标数据和能耗变化诊断结论通过显示终端显示和打印，M台显示终端分布在各有关操作岗位和管理岗位，并可以通过以太网和因特网远程通讯，实现信息资源共享。

本发明一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法，其进一步特征在于：所述步骤A中每间隔一定时间，可以是20分钟，30分钟，1小时或更长时间，可根据具体情况选择。

本发明一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法，其进一步特征在于：所述步骤B中N台加热炉的数量可以从几十台至上百台。

本发明一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法，其进一步特征在于：所述方法中以烟气O₂含量、CO含量和烟气温度三个变量作为加热炉能耗监测诊断的基本参数，以氧化锆、一氧化碳分析仪、热电偶作为在线监测仪表，以烟气出辐射段、对流段、空预器作为能耗监测的取样点，以管式加热炉热效率反平衡计算法作为能耗监测诊断的基本计算方法。

本发明一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法，其进一步特征在于：所述步骤C中“分段分析法”是指通过分析加热炉辐射段、对流段、空预器的O₂含量差值、烟气温度差值和CO含量值等能耗指标数据，判断加热炉能耗变化的原因。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)该方法利用在线仪表使用信息技术实现加热炉能耗自动监测和诊断，减少了工人的劳动强度，节省了大量人力物力。(2)该方法能够实现加热炉能耗的实时和全程监测，构建了一个加热炉能耗管理的平台，在这个平台上，操作人员和管理人员能够及时了解加热炉能耗状况，及时优化操作，使加热炉始终保持在高效工况运行，有利于节能减排，同时能够了解加热炉各参数的历史运行记录，掌握加热炉能耗变化状况，为考核管理提供准确依据。(3)该方法能够实现加热炉能耗变化的自动诊断，根据运行参数运用“分段分析法”自动找到能耗增加的原因，生成诊断结论，为节能改造提供可靠依据。(4)该方法能够使加热炉监测和诊断数据通过以太网和因特网远程通讯，实现信息资源共享，方便各有关操作和管理岗位人员查询了解。

本发明所述一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法，把现代信息技术和传统加热炉能耗管理要求有效结合起来，与现有技术相比具有诸多的有益效果，显著提高了现有加热炉能耗监测的管理水平。

附图说明

图1是本发明一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法的结构图。

图中所示附图标记为：1-辐射段，2-对流段，3-氧化锆，4-一氧化碳分析仪，5-热电偶，6-烟道，10-空预器，11-辐射段取样口，14-中央数据处理器，15-现场数据采集主机N，16-数据线，18-显示终端M，19-显示终端，22-现场数据采集主机，101-空预器取样口，201-对流段取样口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

参见图1，是本发明应用于管式加热炉的一种能耗远程监测诊断方法，图1中管式加热炉结构为炼化企业最常见类型，设有辐射段1、对流段2和空预器10，烟气从对流段2出来经烟道6进入空预器10，从空预器10出来进烟囱(图中未示出)。图1中管式加热炉设有氧化锆3、一氧化碳分析仪4、热电偶5、现场数据采集主机22、中央数据处理器14和显示终端19。按照“石油化工管式炉效率测定法”SHF0001-90规定，加热炉能耗监测的基本计算方法是基于输入总能量＝输出总能量的热平衡法，通常采用系统误差较小的反平衡计算法，反平衡计算法计算损失的能量，包括排烟损失、不完全燃烧损失、外壁散热损失。对于一台加热炉来讲，损失的能量相比有效利用能量总是占少数，当产生同样的测量误差时，反平衡计算法相对于正平衡计算法误差较小，另一方面，反平衡计算法所需参数用目前测量技术都能够准确测出。反平衡计算法需要现场检测的基本参数有三个：排烟O₂含量、CO含量和烟气温度。排烟O₂含量和烟气温度决定加热炉排烟损失，CO含量决定不完全燃烧损失，外壁散热损失一般在3％，可作为常数。测试取样口设有三个：出辐射段1处为辐射段取样口11，出对流段2处为对流段取样口201，出空预器10处为空预器取样口101。三个取样口分别设有氧化锆3、一氧化碳分析仪4和热电偶5。当现场数据采集主机22启动时，该主机所监测的加热炉在三个取样口的排烟O₂含量、CO含量和烟气温度等能耗数据被测出。所述方法中，每一台加热炉对应一台现场数据采集主机，以此可类推及现场数据采集主机N(15)。

所述方法中使用的氧化锆基本参数：量程0～25％；串行输出：RS232接口；Modbus通讯协议。

CO分析仪基本参数：量程0～4000ppm；测量精度：±2％；输出：RS232接口；Modbus通讯协议。

热电偶基本参数：K型；量程0～1000℃；测量精度：±5℃。

所述方法中，现场数据采集主机22把能耗测试数据通过数据线16传输到装置中央数据处理器14进行数据处理，以此可类推及现场数据采集主机N(15)把能耗测试数据通过数据线16传输到装置中央数据处理器14进行数据处理，在装置中央数据处理器14内运用管式加热炉反平衡计算(见式1)等方法生成各台加热炉的热效率、过剩空气系数、排烟损失、不完全燃烧损失等能耗指标数据，以及整个装置的综合能耗指标数据，如加权平均热效率、加权平均排烟损失、各种考核报表等。

所述方法中所用的加热炉热效率反平衡计算式为：

η＝100-(q₁‘+q₂‘+q₃‘)-----------------------------------(1)

式中：η——热效率，％；

q₁‘——排烟损失热量占供给能量的百分数，％；

q₂‘——不完全燃烧损失热量占供给能量的百分数，％；

q₃‘——表面散热损失热量占供给能量的百分数，％。

在所述方法的中央数据处理器14内，加热炉各项能耗指标数据的输出形式是实时和全程的，这样操作人员和管理人员查询时，既能看到当前的能耗数据也能看到历史的能耗数据，在这样一个加热炉管理平台上，操作人员和管理人员能够及时了解加热炉能耗状况，及时优化操作，使加热炉始终保持在高效工况运行，有利于节能减排，同时能够了解加热炉各参数的历史运行记录，掌握加热炉能耗变化状况，为考核管理提供准确依据。

所述方法中，中央数据处理器14能够运用“分段分析法”诊断造成加热炉能耗变化的原因。“分段分析法”是通过分析排烟O₂含量、CO含量和烟气温度三个基本参数分别在出辐射段1、出对流段2、出空预器10后的变化情况，也即通过分析加热炉辐射段、对流段、空预器的O₂含量差值、烟气温度差值和CO含量值等能耗指标数据，判断加热炉能耗变化的原因。以排烟O₂含量为例，假设排烟O₂含量在出辐射段1、出对流段2、出空预器10的测定值分别为O₂₁、O₂₂、O₂₃，那么中央数据处理器14通过分析这些测定值，就可以诊断造成加热炉能耗变化的原因。排烟O₂含量高，则加热炉排烟损失就大。如果出辐射段(1)O₂含量测定值O₂₁＞3％，从以下方面找原因：①“三门一板”的操作不当；②燃烧器选型不当；③停烧燃烧器风门不关；④看火门、防爆门变形或关不严；⑤炉膛负压过大；⑥低负荷运行。如果出对流段2与出辐射段(1)O₂含量测定差值△O₂₁＞1％，从以下方面找原因：①对流室弯头箱门密封差；②辐射顶盖板密封不好。如果出空预器10与出对流段(2)O₂含量测定差值△O₂₂＞1％，从以下方面找原因：①空气预热器内部泄露；②空气预热器密封不好。同理通过分析加热炉排烟中CO含量和烟气温度在各段的设计值和变化值，中央数据处理器14可作出相应的诊断。最后中央数据处理器14把原因汇总，对加热炉能耗变化的原因作出全面诊断，为节能改造提供可靠依据。

所述方法中，中央数据处理器14把加热炉能耗数据和诊断结论通过数据线16传输给第一台显示终端19，假设有M台显示终端，则中央数据处理器14把加热炉能耗数据和诊断结论通过数据线16传输给第M台显示终端M(18)，M台显示终端分布在各有关操作和管理岗位，这些岗位可以不在一个地区，通过符合TCP/IP协议的工业以太网和因特网实现信息共享，提高了加热炉能耗监测的管理和决策水平。

下面结合附图说明本发明的操作过程。(A)假设装置有N台加热炉，对应N台加热炉的N台现场数据采集主机同时启动，每一台加热炉烟气出辐射段1、出对流段2、出空预器10后的O₂含量、CO含量和烟气温度值分别被测定，这些能耗数据通过数据线16统一传输到中央数据处理器14。(B)在中央数据处理器14内，用反平衡热效率计算法生成各台加热炉的热效率、过剩空气系数、排烟损失、不完全燃烧损失等能耗指标数据，以及整个装置的综合能耗指标数据，如加权平均热效率、加权平均排烟损失、各种考核报表等。并且中央数据处理器14根据各台加热炉烟气出辐射段、对流段、空预器的O₂含量差值、烟气温度差值和CO含量值等能耗指标数据，用“分段分析法”诊断造成加热炉能耗变化的原因。(C)N台加热炉的能耗指标数据和能耗变化诊断结论通过数据线16分别传输到M台显示终端显示和打印，M台显示终端分布在各有关操作岗位和管理岗位，并通过以太网和因特网远程通讯，实现信息资源共享。(D)每间隔一定时间，时间可根据装置波动情况确定，一般取30分钟，上述操作步骤循环进行，形成对加热炉实时和全程能耗监测和诊断。

Claims (5)

1.一种炼化加热炉能耗远程监测诊断方法，其特征在于：所述方法由以下步骤组成：

A、每间隔一定时间，各台加热炉的现场数据采集主机(22)启动，氧化锆(3)、一氧化碳分析仪(4)、热电偶(5)把烟气出辐射段(1)、对流段(2)、空预器(10)的O₂含量、CO含量和烟气温度能耗数据测出；

B、N台加热炉把能耗测试数据统一传输到装置中央数据处理器(14)进行数据处理，在装置中央数据处理器(14)内运用管式加热炉反平衡计算方法生成各台加热炉的热效率、过剩空气系数、排烟损失、不完全燃烧损失能耗指标数据，以及整个装置的综合能耗指标数据；所述管式加热炉反平衡计算方法为SHF0001-90《石油化工管式炉效率测定法》；

C、中央数据处理器(14)根据烟气出辐射段、对流段、空预器的O₂含量差值、烟气温度差值和CO含量值能耗指标数据，用“分段分析法”诊断造成加热炉能耗变化的原因，是否存在燃烧系统、吹灰系统、炉体密封、空预器泄露问题；

D、各台加热炉的能耗指标数据和能耗变化诊断结论通过显示终端(19)显示和打印，M台显示终端分布在各有关操作岗位和管理岗位。

2.根据权利要求1所述的加热炉能耗远程监测诊断方法，其特征在于：所述方法中以烟气O₂含量、CO含量和烟气温度三个变量作为加热炉能耗监测诊断的基本参数，以氧化锆、一氧化碳分析仪、热电偶作为在线监测仪表，以烟气出辐射段、对流段、空预器作为能耗监测的取样点，以管式加热炉热效率反平衡计算法作为能耗监测诊断的基本计算方法。

3.根据权利要求1所述的加热炉能耗远程监测诊断方法，其特征在于：所述步骤C中“分段分析法”是指通过分析加热炉辐射段、对流段、空预器的O₂含量差值、烟气温度差值和CO含量值能耗指标数据，判断加热炉能耗变化的原因。

4.根据权利要求1所述的加热炉能耗远程监测诊断方法，其特征在于：所述步骤A的每间隔一定时间是每间隔20分钟，30分钟，1小时或更长时间，可根据具体情况选择。

5.根据权利要求1所述的加热炉能耗远程监测诊断方法，其特征在于：所述步骤B中N台加热炉的数量从几十台至上百台。