CN108375080B - 一种常压炉烽燧控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常压炉烽燧控制方法，属于流程工业生产技术领域；FI_IN和TC_IN设置在常压炉进料与常压炉烽燧控制器之间，TC_AFO设置在常压塔与常压炉烽燧控制器之间；常压炉烽燧控制器与燃料气调节阀之间；常压炉烽燧控制方法基于全系统物料和能量的动静态平衡思想，从全过程整体运行平稳的角度出发，综合常压炉上下游各单元间的动态关系，当上游单元工况出现变化时，快速有效获取上游单元工况信息并及时实施烽燧控制，实现上下游生产工艺间遥相呼应的一体化智能控制。

Description

一种常压炉烽燧控制方法
技术领域
本发明属于流程工业生产技术领域，涉及一种常压炉烽燧控制方法，该方法可以应用于流程工业生产装置中常压炉的控制方案设计。
背景技术
在炼油装置生产工艺中，常压炉是影响目标产品分馏效果关键设备，因此，常压炉的高效平稳运行十分重要。常压炉的日常运行中，炉出口温度的平稳控制一直是衡量加热炉平稳运行的关键指标，炉出口温度的平稳控制水平直接关系到下游常压塔单元的正常运行。通常，常压炉的热源为燃料气提供，通过调节燃料气量实现对炉出口温度平稳控制，但炉出口温度往往受炉入口进料流量、进料温度变化的影响，进而造成燃料气量的波动，不利于装置的节能增效和平稳运行。
常压锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。
炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。
为此，针对常压炉传统控制方案存在的不足，本发明提出一种全新的常压炉控制方法，称为常压炉烽燧控制方法。烽燧控制思想来自烽火台这一古代传递信息最快最有效的军事预警设施。本发明将烽燧思想引入了常压炉的控制方案设计中，依据常压炉进料量相关参数的实时运行变化信息，基于系统物料和能量的动、静态平衡思想，对常压炉热源燃料气量进行智能动态有序调整，实现常压炉上下游生产单元间遥相呼应的一体化智能控制，有利于提升常压炉运行平稳性。
发明内容
本发明的目的在于设计了一种常压炉烽燧控制方法，常压炉的平稳运行对炼油化工装置的节能增效具有重要影响，在油料进入常压塔分馏前，需要经过常压炉加热到工艺要求的温度，且进入常压塔的油料温度的平稳与否是影响常压塔平稳运行的关键因素，因此，常压炉的高效平稳运行十分重要。在常压炉的日常运行过程中，炉入口进料量和进料温度的变化直接影响常压炉的平稳运行。因此，本发明结合控制理论、计算机技术和化工工艺原理，基于系统物料和能量的动、静态平衡原理，提出一种常压炉烽燧控制方法，具体如下。
本发明的技术方案在于提出了一种常压炉烽燧控制方法，FI_IN和TC_IN设置在常压炉进料与常压炉烽燧控制器之间，TC_AFO设置在常压塔与常压炉烽燧控制器之间；常压炉烽燧控制器与燃料气调节阀之间。常压炉烽燧控制结构图如图1所示，图中，FI_IN为油料进料流量测量仪表；TC_IN为炉入口油料温度测量仪表；TC_AFO为炉出口温度控制器；烽燧控制相关的运算处理在常压炉烽燧控制器中执行，最终输出到燃料气调节阀。
根据能量守恒原理，油料升温到炉出口工艺要求的温度所需要的热量如下所示，
Q＝cm(TAFO-TIN) (1)
式中，Q为油料升温所需提供的热量；c为油料比热容；m为油料质量流量稳态值；TAFO为常压炉炉出口温度稳态值，即设定值；TIN为常压炉炉入口油料温度稳态值。由于常压炉炉入口油料进料流量和温度是动态变化的，因此，燃料气提供的热量也需要同步变化，才能保证炉出口温度的平稳，则热量的动态计算公式如下：
其中，ΔQ为热量变化量；Δm为入口油料质量流量变化量，即流量变化量；ΔTIN为入口油料温度变化量，入口油料的质量变化和温度变化量可由DCS实时采集数据计算得到。热量变化量ΔQ如下所示：
ΔQ＝cΔm(TAFO-TIN)-cmΔTIN-cΔmΔTIN (3)
得热量相对稳态的变化量如下：
根据热量的变化信息对燃料气量进行动态协同调节，降低外来扰动对常压炉的影响，实现加热炉的平稳运行，常压炉烽燧控制运算模块如图2所示。
图中，TC_AFO.OP为常压炉出口温度控制器的输出，BFC.OP为最终烽燧控制输出，烽燧控制输出运算如下所示。
其中，μ为烽燧速率系数，μ根据加热炉实际运行情况合理选取。
常压炉烽燧控制方法在装置DCS集散控制系统中直接实施，具体实施步骤如下：
S1、根据常压炉上下游工艺单元的实际情况，确定影响常压炉平稳运行的相关参数；
S2、根据本发明所阐述的常压炉烽燧控制原理，在DCS集散控制系统中开发烽燧控制器模块，并在控制系统中下装调试；
S3、在调试过程中，根据常压炉实际运行情况，选取烽燧速率系数μ，使常压炉运行效果平稳。
本发明所涉及的常压炉烽燧控制方法和传统的控制方法相比具有如下优点：
1、针对常压炉日常运行中存在的问题，结合古代烽燧传递信息的原理，提出一种全新的控制理念和方法，称为烽燧控制方法，该方法可有效提升常压炉出口温度的控制精度。
2、常压炉烽燧控制方法基于全系统物料和能量的动静态平衡思想，从全过程整体运行平稳的角度出发，综合常压炉上下游各单元间的动态关系，当上游单元工况出现变化时，快速有效获取上游单元工况信息并及时实施烽燧控制，实现上下游生产工艺间遥相呼应的一体化智能控制。
附图说明
图1常压炉烽燧控制结构图。
图2常压炉烽燧控制运算模块结构图。
图3烽燧控制实施前常压炉相关参数运行曲线。
图4烽燧控制实施后常压炉相关参数运行曲线。
具体实施方式
针对本发明所提出的新方法，下面结合一个常压炉烽燧控制的工业应用实例予以说明。
某加氢炼油装置，原料经过加氢反应部分后，进入到分离单元进行常减压分离，油料进入常压塔前，需对其进行加热升温至工艺要求温度，常压炉示意图如图1所示，炉入口进料分别设有流量测量仪表FI_IN和温度测量仪表TC_IN，实时测量常压炉入口油料的变化情况，炉出口温度TC_AFO通过燃料气阀调节。受常压炉上游波动影响，常压炉入口油料流量和温度也会频繁波动，进而影响到常压炉出口温度，造成燃料气量的波动，同时也会影响到下游常压塔的正常运行。为此，对该常压炉实施本发明所提出的烽燧控制，减少常压炉入口油料参数变化对常压炉的影响。
常压炉炉入口油料温度TIN稳态值为225℃，常压炉出口温度TAFO稳态值为255℃；入口质量流量m稳态值为21t/h，烽燧速率系数μ取值0.75，入口油料质量流量变化量Δm及温度变化量ΔTIN由控制系统实时采集。根据控制系统实时采集数据，按照本发明所阐述的烽燧控制方法在常压炉上实施，具体实施在DCS集散控制系统中编程实现，实施前后相关变量运行曲线如图3和图4所示。
由图3、图4可见，常压炉实施烽燧控制后，常压炉出口温度和燃料气运行平稳，效果明显优于实施前。

Claims (2)

1.一种常压炉烽燧控制方法，其特征在于：FI_IN和TC_IN设置在常压炉进料与常压炉烽燧控制器之间，TC_AFO设置在常压塔与常压炉烽燧控制器之间；常压炉烽燧控制结构中，FI_IN为油料进料流量测量仪表；TC_IN为炉入口油料温度测量仪表；TC_AFO为炉出口温度控制器；烽燧控制相关的运算处理在常压炉烽燧控制器中执行，最终输出到燃料气调节阀；
根据能量守恒原理，油料升温到炉出口工艺要求的温度所需要的热量如下所示，
Q＝cm(TAFO-TIN) (1)
式中，Q为油料升温所需提供的热量；c为油料比热容；m为油料质量流量稳态值；TAFO为常压炉炉出口温度稳态值，即设定值；TIN为常压炉炉入口油料温度稳态值；由于常压炉炉入口油料进料流量和温度是动态变化的，因此，燃料气提供的热量也需要同步变化，才能保证炉出口温度的平稳，则热量的动态计算公式如下：
其中，ΔQ为热量变化量；Δm为入口油料质量流量变化量，即流量变化量；ΔTIN为入口油料温度变化量，入口油料的质量变化和温度变化量可由DCS实时采集数据计算得到；热量变化量ΔQ如下所示：
ΔQ＝cΔm(TAFO-TIN)-cmΔTIN-cΔmΔTIN (3)
得热量相对稳态的变化量如下：
根据热量的变化信息对燃料气量进行动态协同调节，降低外来扰动对常压炉的影响，实现加热炉的平稳运行；
TC_AFO.OP为常压炉出口温度控制器的输出，BFC.OP为最终烽燧控制输出，烽燧控制输出运算如下所示；
其中，μ为烽燧速率系数，μ根据加热炉实际运行情况选取。
2.根据权利要求1所述的一种常压炉烽燧控制方法，其特征在于：常压炉烽燧控制方法在装置DCS集散控制系统中直接实施，具体实施步骤如下：
S1、根据常压炉上下游工艺单元的实际情况，确定影响常压炉平稳运行的相关参数；
S2、根据常压炉烽燧控制原理，在DCS集散控制系统中开发烽燧控制器模块，并在控制系统中下装调试；
S3、在调试过程中，根据常压炉实际运行情况，选取烽燧速率系数μ，使常压炉运行效果平稳。
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