CN108398017B - 一种反应器加热炉烽燧控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反应器加热炉烽燧控制方法，属于流程工业生产技术领域；FI_IN和TC_IN设置在反应器加热炉的进料口处，FI_IN和TC_IN通过加热炉风燧控制器与燃料气连接；TC_OUT设置在反应器和加热炉风燧控制器之间；该方法针对反应器加热炉的平稳运行对炼油化工装置的节能增效具有重要影响，在油料进入分离单元前，需要经过反应器加热炉加热到工艺要求的温度，进入反应器加热炉的油料温度的平稳与否是影响加热炉平稳运行的关键因素，因此，反应器加热炉的高效平稳运行十分重要。在反应器加热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反应器加热炉的平稳运行。

Description

一种反应器加热炉烽燧控制方法
技术领域
本发明属于流程工业生产技术领域，涉及一种反应器加热炉烽燧控制方法，该方法可以应用于流程工业生产装置中反应器加热炉的控制方案设计。
背景技术
在炼油化工生产中，反应器加热炉是影响目标产品分馏效果和装置能耗的关键耗能设备，因此，加热炉的高效平稳运行十分重要。反应器加热炉的日常运行中，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。通常，加热炉利用燃料气作为热源，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。
加热炉工作原理是将工件放入感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时，周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流──涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小，这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。
为此，本发明提出一种全新理念的控制方法，称为反应器加热炉烽燧控制方法。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。在流程工业生产装置中，相互关联的工序间需要保证有序调节，当上游工序出现变化时，下游工序需要快速有效获取上游工序工况信息，及时做出相应的调节，实现上下游生产工艺间遥相呼应的一体化智能控制，预防下游工况调节不及时而影响装置的正常平稳生产。反应器加热炉烽燧控制方法依据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，对反应器加热炉热源燃料气量进行智能动态有序调整，有利于反应器加热炉长期平稳运行。
发明内容
本发明的目的在于涉及一种反应器加热炉烽燧控制方法，该方法针对反应器加热炉的平稳运行对炼油化工装置的节能增效具有重要影响，在油料进入分离单元前，需要经过反应器加热炉加热到工艺要求的温度，进入反应器加热炉的油料温度的平稳与否是影响加热炉平稳运行的关键因素，因此，反应器加热炉的高效平稳运行十分重要。在反应器加热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反应器加热炉的平稳运行。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，提出一种反应器加热炉烽燧控制方法，具体如下。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种反应器加热炉烽燧控制方法，FI_IN和TC_IN设置在反应器加热炉的进料口处，FI_IN和TC_IN通过加热炉风燧控制器与燃料气连接；TC_OUT设置在反应器和加热炉风燧控制器之间。
反应器加热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_OUT为反应器加热炉出口温度控制器；烽燧控制相关的运算处理在烽燧控制器中执行，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和燃料气提供的热量相等，则有如下表达式，
Q＝cm(TOUT-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；TOUT为炉出口温度稳态值，即设定值；TIN为炉入口油料温度稳态值。由于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：
Figure BDA0001576825640000031
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由DCS实时采集数据计算得到。热量变化量如下所示：
ΔQ＝cΔm(TOUT-TIN)-cmΔTIN-cΔmΔTIN (3)
可得热量相对稳态的变化量如下：
Figure BDA0001576825640000032
根据热量的变化信息对燃料气量进行动态协同调节，降低外来扰动对反应器加热炉的影响，实现加热炉的平稳运行，反应器加热炉烽燧控制运算模块如图2所示。
图2中，TC_OUT.OP为反应器加热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。
Figure BDA0001576825640000033
其中，μ为烽燧速率系数，μ根据反应器加热炉实际运行情况进行选取。
本发明提出的反应器加热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、根据反应器加热炉上下游工艺单元的实际情况，确定影响加热炉平稳运行的相关参数；
S2、根据反应器加热炉烽燧控制原理，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，根据反应器加热炉实际运行情况，选取烽燧速率系数μ，使反应器加热炉运行效果平稳。
本发明所涉及的反应器加热炉烽燧控制方法和传统的控制方法相比具有如下优点：
1、针对反应器加热炉日常运行中存在的不足，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，称为反应器加热炉烽燧控制方法，该方法可有效降低反应器加热炉进料参数变化引起的加热炉出口温度及燃料气量波动，进而提升反应器加热炉上下游单元的平稳性。
2、反应器加热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，综合反应器加热炉单元上下游各参数间的动态关系，快速有效获取上游单元工况信息并及时实施烽燧控制，实现反应器加热炉上下游单元间遥相呼应的智能控制。
附图说明
图1反应器加热炉烽燧控制结构图
图2反应器加热炉烽燧控制运算模块结构图
图3烽燧控制实施前反应器加热炉相关参数运行曲线
图4烽燧控制实施后反应器加热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，下面结合一个工业应用的实例予以说明。
某柴油加氢炼油装置，原料经过预处理后，在进入加氢反应器之前，需要经过反应器加热炉升温至反应要求的温度，加热炉示意图如图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，实时测量加热炉入口油料的变化情况，炉出口温度TC_OUT通过燃料气阀调节。受加热炉上游波动影响，加热炉入口油料流量和温度也会频繁波动，进而影响到加热炉出口温度，造成燃料气量的波动，同时也会影响到下游反应器的正常运行。为此，对该反应器加热炉实施本发明所提出的烽燧控制，减少加热炉入口油料参数变化对加热炉的影响。
加热炉炉入口油料温度TIN稳态值为255℃，加热炉出口温度TOUT稳态值为332℃；入口质量流量m稳态值为23t/h，烽燧速率系数μ取值0.91，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反应器加热炉上实施，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，反应器加热炉实施烽燧控制后，加热炉出口温度及燃料气量运行平稳，和实施前相比，改善效果明显。

Claims (2)

1.一种反应器加热炉烽燧控制方法，其特征在于：FI_IN和TC_IN设置在反应器加热炉的进料口处，FI_IN和TC_IN通过加热炉风燧控制器与燃料气连接；TC_OUT设置在反应器和加热炉风燧控制器之间；
反应器加热炉烽燧控制结构中，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_OUT为反应器加热炉出口温度控制器；烽燧控制相关的运算处理在烽燧控制器中执行，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和燃料气提供的热量相等，则有如下表达式，
Q＝cm(TOUT-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；TOUT为炉出口温度稳态值，即设定值；TIN为炉入口油料温度稳态值；由于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；热量变化量如下所示：
ΔQ＝cΔm(TOUT-TIN)-cmΔTIN-cΔmΔTIN (3)
可得热量相对稳态的变化量如下：
Figure FDA0001576825630000012
根据热量的变化信息对燃料气量进行动态协同调节，降低外来扰动对反应器加热炉的影响，实现加热炉的平稳运行；
TC_OUT.OP为反应器加热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；
Figure FDA0001576825630000021
其中，μ为烽燧速率系数，μ根据反应器加热炉实际运行情况进行选取。
2.根据权利要求1所述的一种反应器加热炉烽燧控制方法，其特征在于：反应器加热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、根据反应器加热炉上下游工艺单元的实际情况，确定影响加热炉平稳运行的相关参数；
S2、根据反应器加热炉烽燧控制原理，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，根据反应器加热炉实际运行情况，适当选取烽燧速率系数μ，以使反应器加热炉运行效果平稳。
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