差动式四路平衡控制器在常压加热炉

摘要：加热炉各进料支管和炉底烧嘴虽然在炉内按几何对称分布，但由于原油流量波动、压力波动、各支管流量不均衡、各炉管分支结焦程度不同的影响，以及各烧嘴燃料流量、雾化蒸汽以及送风量不均衡而造成偏火现象，从而造成各支管进料不能均衡加热，最终使加热炉各支管出口温度不平衡。如果各支管进料温度偏差过大，会影响蒸馏塔的分离效果及原油裂解，甚至造成油料气化结焦现象，影响产品质量和炉管使用寿命。并且，当出现“偏火”时，燃烧强度大的支管内的物料温度会很高，很高的温度又会使原油结焦，阻碍管内的原油流动，这样会进一步加剧结焦现象，最终可能会使管壁烧穿造成事故。此外，各支管内油料不能均衡加热还会降低热效率，增加燃料消耗。

关键词：支管平衡控制支管温度控制

Abstract: the heating furnace of each feed pipe and the bottom burner in furnace according to the geometric symmetry, but because the crude oil flow fluctuation, the pressure fluctuation, the branch flow imbalance, the furnace tube coking effect of branches in different degrees, and the burner fuel flow, atomizing steam and air flow imbalance caused by partial fire phenomenon, thus each branch feed not evenly heating, the heating furnace outlet temperature of each branch imbalance. If each branch feed temperature deviation is too large, will affect the separation efficiency of distillation column and crude oil cracking, even cause oil gasification coking phenomenon, affecting product quality and service life of furnace tube. And, when the "partial fire", the combustion will be high temperature materials branch strength within a large, high temperature and coking of the oil tube, impede the flow of crude oil, this will further aggravate the coking phenomenon, may eventually make the wall burning through accident. In addition, each branch pipe is not balanced oil heating will reduce the thermal efficiency, fuel consumption increase.

Keywords: Branch balance control bypass temperature control.

中图分类号： TK1文献标识码：A

支管平衡常规的控制方法是采用四个单回路的定值调节器，控制各个炉管的流量，流量调节器的给定值由操作人员根据调度指令和实际工况给出，各支管出口温度可以通过改变各支管的流量给定值来控制。由于工艺要求总进料流量要保持恒定，因此，改变某支管进料流量时，必须同时改变其他各进料支管的进料流量，以保证总进料不变，这必将使其他各支管的出口温度发生变化。所以，采用常规控制方法很难取得满意的效果。这实际上是一个强耦合的多变量系统，给问题带来了很大的困难。为此，本文提出了差动式支管出口温度平衡控制方法,该方法避免了多变量的强关联问题，控制系统结构巧妙、设计简单。

一、差动式四路平衡控制基本原理

常压加热炉四路支管出口温度平衡控制系统，是在两路支管出口温度差动式平衡控制方法基础上，增加一个差动平衡调节器构成的。其中，平衡调节器GCD和GAB是内环的两个两路支管出口温度差动式平衡控制器，担负的任务相同，都是使相关两路的出口温度先调整到一致，分别记为TAB、TCD（此时，TAB与TCD一般不会相等）；第三个平衡调节器GABCD担负的任务就是使TAB和TCD达到一致（通过调整AB与CD之间的进料分配来实现）。整个平衡控制系统如图1所示。

系统中调节器GA、GB、GC、GD分别对支管A、B、C、D的进料流量进行控制。温度平衡调节器GAB和GCD分别对A、B路支管与C、D路支管出口温度差进行调节，它们的调节动作和上述两路支管出口温度平衡调节动作相同。

平衡调节器GABCD用来对A、B路支管与C、D路支管出口平均温度之差进行平衡调节。由运算器计算出的A、B路支管出口温度平均值TAB作为GABCD的给定输入；由运算器计算出的C、D路支管出口温度平均值TCD作为GABCD的反馈输入。GABCD的输出信号MV与A、B路进料流量调节器的给定值相加，同时与C、D路进料流量调节器的给定值相减，GABCD的平衡调节动作也是差动式的。

四路支管出口温度平衡控制是由三个独立的差动调节器实现的，系统结构简单，实现方便。并且因为它们的调节作用是差动的，所以调节过程不会引起总进料流量过大的变化。

图1 常压加热炉四路进料出口温度平衡控制系统框图

二、差动式四路平衡控制的应用成果

差动式四路平衡控制在东蒸馏装置原有HS2000的工程师站上通过组态实现。基于差动式的四路平衡控制取得了预期的效果。图2所示是投用四路平衡控制前后四路分支温度与流量变化趋势图。投用前四路温度差约7°C，投用后10分钟左右四路温度差降至3°C以内。图3所示是四路平衡控制投用期间四路分支温度与流量变化趋势图。温度差基本维持在3°C以内，流量差在2吨/小时左右。一般而言，在工况比较平稳，炉膛偏火不是特别严重（如四路流量均衡而温差超过十几度甚至二十度）的情况下，投用四路平衡控制能够将温差与流量差均稳定在工艺范围内，并留有一定的调节裕度。

图2 四路平衡控制投用前后四路分支温度与流量变化趋势

图3四路平衡控制投用期间四路分支温度与流量变化趋势

三、结论

差动式四路平衡控制通过微调四路支管的流量差来求得更为重要的四路温度平衡取得显著的效果。在正常工作条件下，投用四路平衡控制都能够在较短的时间内使相应支路的出口温度差显著下降，同时还能保证支路流量差限制在期望的范围之内。在现有设备不能更新的情况下，差动法平衡控制是实现四路平衡切实有效的方法。四路平衡控制已经交付东蒸车间正式投用。