22原油减压蒸馏装置设计-学位论文.doc

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1、辽宁石油化工大学继续教育学院论文 毕业设计（论文） 题目： 22原油减压蒸馏装置设计 原油减压蒸馏控制系统设计 摘要 石油在加热条件下容易受热分解而使油品颜色变深、胶质增加。在常压蒸馏时，为保证产品质量，炉口温度一般不高于370，通过常压蒸馏，可以把原油中350以前的汽油、煤油、轻柴油等直流产品分离出来。350以上的高沸点馏分则难以蒸出，而这部分馏分油是生产润滑油和催化裂化原料油的主要原料，但是由于这部分油在高温下会发生分解反应，只能通过降低系统压力从而降低其沸点的方法来获得，所以一般情况下，炼油厂都会在常压蒸馏之后设置减压蒸馏过程，用以获取更大的经济效益。根据生产任务的不同减压塔可以分为润滑

2、油型和燃料油型两种。本次设计参考大庆原油的基本性质，其属于低硫石蜡基原油，其特点是高含蜡，高凝点，沥青质含量低，350500减压馏分的润滑油含量约占原油的15%，而粘度指数可达90120，是生产润滑油的良好原料，加工大庆原油时可以根据市场对产品的需求、经济效益等方面的因素，采用润滑油型加工方案。本次设计根据任务书的要求，参照大庆原油的常减压蒸馏的部分操作数据，设计一座年处理量为300万吨的减压蒸馏装置，设计的主要内容包括：工艺流程的确定；抽真空系统相关参数的计算；加热炉负荷计算。关键词：减压塔计算 抽真空系统 加热负荷I 辽宁石油化工大学继续教育学院论文ABSTRACTOil under he

3、ated conditions degrade easily，becomes darker in color, increases in glial, in the atmospheric distillation, in order to ensure product quality, the mouth temperature is not higher than 370 ,by atmospheric distillation, gasoline, kerosene, light diesel oil that lower than 350 of DC products are sepa

4、rated. The high boiling point higher than 350 distillation fraction is difficult to isolate, but this part o the distillate is the main raw material of producing lubricants and fluid catalytic cracking feedstock. As this part of the oil at high temperatures will decompose, only by reducing the syste

5、m pressure to reduce its boiling point to obtain, therefore, under normal circumstances, refinery will set the vacuum distillation process after distillation at normal pressure to obtain greater economic benefits. According to different production tasks, vacuum tower can be divided into two kinds of

6、 lubricant type and fuel type, the design references the basic nature of Daqing crude oil. It belongs to low sulfur paraffinic crude oil, characterized by high wax, high pour point, low asphaltene content, 350 500 vacuum distillate of crude oil content of about 15%, the viscosity index of 90 to 120,

7、its good raw material for production of lubricating oil. Daqing crude oil can be processed in accordance with market demand on the production level, economic and other factors, using lubricant type processing program. According to the task requirements, refers to the operation data of Daqing crude o

8、il vacuum distillation ,to design an annual handling capacity of 300 tons of vacuum distillation unit. The main design elements include: vacuum tower of the industrial design calculations; vacuum system related calculations; heating load calculationKey words: vacuum tower calculations；vacuum systems

9、；heating load II摘要IABSTRACTII1 绪 论11.1 背景11.2设计的目的意义及要解决的问题21.3 工艺特征22 工艺流程设计42.3塔器结构53.4.1 加热炉的基本控制123.4.3加热炉的单回路控制方案154.9 工业控制计算机的选择27参考文献28致谢29III1 绪 论1.1 背景我国炼油工业经过50多年的发展，到21世纪初期，已经形成281Mt/a的原油加工能力，生产的汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品基本满足的国民经济的发展和人民生活的需要。但是，进入21世纪，特别是我国成为世界贸易组织的正式成员后，中国炼油行业既面临国民经济腾飞和融入世界经济大潮带来

10、的新的发展机遇，也面临着资源瓶颈制约、入世后国内市场国际化、竞争加剧和环保要求趋严的挑战，中国炼油行业必须加快科技创兴步伐，努力提高国际竞争力1。石油是重要的能源之一，我国的工业生产和经济运行都离不开石油，但是又不能直接作为产品使用，必须经过加工炼制过程，连制成多种在质量上符合使用要求的石油产品，才能投入使用。国民经济和国防部门众多的各种应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求。随着我国社会经济情况的变化、科学技术水平以及工业生产水平的大幅度提高，对石油产品质量指标的要求不断严格，所要求的石油产品的品种和数量也不断增加。目前，我国原油的年加工量约为2亿吨。而国内所能提供原油量仅为1.3亿吨，

11、为了满足原油的需求量，则需要每年从国外二十多个国家和地区进口约6940万吨原油。为了更好的提高石油资源的利用率，增加企业的经济效益，对从国外进口的原油炼制构成进行开发研究也是十分必要的。目前，我国将石油产品分为燃料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、溶剂和化工原料六大类。 1.2设计的目的意义及要解决的问题 在工业生产过程中，一个良好的控制系统在一定的约束条件下， 不但要保证系统的稳定性和整个生产的安全，而且应该带来一定的经济效益和社会效益。然而设计这样的控制系统会带来许多困难，特别是复杂工业过程往往具有不确定性，因此对于控制系统的设计，不能采用单一的基于定量的数学模型的传统控制理论和控制技术

12、。必须进一步开发高级的控制系统，研究先进的过程控制规律1。常减压蒸馏装置是炼油化工工程中的首要生产环节，是炼油厂最重要的加工装置之一，也是取得经济效益的关键装置。因此，对常减压蒸馏装置实施先进控制和优化控制一直都是控制界，工艺界和工厂工程师关注的重点之一。炼油化工过程中的先进控制技术的研究日趋深入，如何将其成果成功的应用到生产实际当中去成为该项研究的最终环节2。常减压蒸馏装置在石油炼制与石油化工过程中具有非常重要的地位，在常减压蒸馏装置上应用先进控制技术实现对传统炼油装置控制水平的提升，对提高产品质量合格率，操作平稳率和节能降耗效果显著，已成为炼油厂新的利润增长点。但在炼厂实施先进控制过程中以

13、及投用后往往由于炼油工艺过程的复杂多变导致先进控制投用率较低。本文正是基于以上考虑，来设计适应常减压蒸馏装置的工艺特点和实际工作情况的控制流程3。本课题的理论意义和应用价值在于随着中国经济的不断开放，市场化，国际化和全球化竞争不断加剧，在与国际巨头的竞争中，我国企业必须提高自身的技术水平，增加科技含量，降低成本效益否则将无法生存。这一点以成为业内人士的共识，尤其对炼油化工这一能源支柱产业，更是迫在眉睫。常减压蒸馏装置在石油炼制与石油化工工程中作用无可替代，它一方面为后续深加工提供合理的馏分油，满足二次加工的需要，另一方面又消耗大量的能源，资料表明，常减压蒸馏的能耗约占炼油总能耗的六分之一，因此

14、在常减压蒸馏装置上应用高新技术实现传统炼油工艺的，技术提升，对提高产品质量和节能降耗具有极为重要的意义4。1.3 工艺特征 润滑油型减压塔为后续的加工过程提供润滑油料，它的分馏效果的优劣直接影响到其后的加工过程和润滑油的产品质量。从蒸馏过程本身来说，对润滑油料的质量要求主要是粘度合适、残碳值低、色度好，在一定程度上也要求馏程要窄。因此，对润滑型减压塔的分馏精确度的要求与原油常压分馏差不多，故它的设计计算也与常压塔大致相同。 由于减压下馏分之间的相对挥发度较大，而且减压塔内采用较大的板间距，故两个侧线馏分之间的塔板数比常压塔少。有的减压侧线抽出板采用升气管式抽出板。这种抽出板形式对于集油和丑油操

15、作比较好，但是他没有精馏作用，其压降约0.130.26kPa。减压塔各点的温度条件的求定方法按理应与常压塔相同，但是在减压塔中，内回流对油气分压的作用比较难以确定，因此，对减压塔的温度条件常按如下经验来求定：侧线温度取抽出板上总压的30%50%作为油气分压计算在该分压下侧线油品的泡点；塔顶温度是不凝气和水蒸气离开塔顶的温度，一般比塔顶循环回流进塔温度高出2840；塔底温度通常比汽化段温度低510，也有多达摄氏十几度者3。3 辽宁石油化工大学继续教育学院论文2 工艺流程设计2.1减压蒸馏 减压蒸馏也称真空蒸馏。原油中重馏分沸点约370535C,在常压下要蒸馏出这些馏分,需要加热到420C以上,而

16、在此温度下,重馏分会发生一定程度的裂化。因此,通常在常压蒸馏后再进行减压蒸馏。在约28kPa的绝对压力下，使在不发生明显裂化反应的温度下蒸馏出重组分。常压渣油经减压加热炉加热到约380400C送入减压蒸馏塔。减压蒸馏可分为润滑油型和燃料油型两类。前者各馏分的分离精确度要求较高，塔板数2426，后者要求不高，塔板数15177。2.2减压蒸馏的工艺流程常减压蒸馏的工艺流程如图2.1所示：图2.1 原油常减压蒸馏工艺流程注: C - 1: 初馏塔; C - 2: 常压塔; C - 4: 减压塔; C - 3, C - 5, C - 6: 汽提塔; F- 1: 常压塔加热炉; F- 2: 减压塔加热炉

17、; D-: 汽液分离罐, P- :离心泵炉F-2为减压塔加热炉，其作用就是为油品的汽化提供热源。在加热炉中，燃料在炉膛内燃烧，产生高温火焰与烟气，传热给炉管内流动的油品使其达到工艺需要的温度，为蒸馏过程提供稳定的气化量和热量。 从炉F-2加热出来的常底油（395）进入塔C-4第4层，在塔内9398kPa真空度下进行减压分馏。 塔C-4顶油气、水蒸气由挥发线引出（为了防腐注有氨水），分三路进行冷却，冷凝油水进行油水分离，未冷凝油汽经过蒸汽抽空器进行冷却，最后的不凝气引到炉子燃烧，或向塔C-4顶放空排入大气。 减压一线自塔C-4全凝段集油箱馏出，由泵抽送去与炉用空气预热，然后进行冷却至45 60，

18、部分打回塔C-4顶作冷回流，另一部分作重柴油或催化料装置。 减压二线自塔C-4第17层集油箱馏出，由泵抽出，然后进行冷却至60 80，作加氢裂化或催化原料，进行冷却前一部分打回塔C-4作减二回流。出口引一支路去作重质封油用。 减压三线自塔C-4第11层 馏出，由泵抽出后，一小部分作减三轻洗油打回塔C-4第10层，另外大部分减三油一部分作减三回流打回塔C-4第16层，另一部分油冷却至60 80，作加氢裂化或催化原料出装置。减压四线自塔C-4第6层集油箱馏出，由泵抽出，一部分作燃料油到炉子燃烧，另一部分经冷却至70 80作燃料油或催化料出装置。 减底渣油由泵抽出，经换热后进入冷却器，然后作氧化沥青

19、，焦化或丙烷脱沥青原料出装置。 塔底通入过热水蒸气，目的是降低油气分压，提高拨出率8。2.3塔器结构根据设计要求和实际情况，采用板式塔。各种板式塔有关结构性能比较如下表：表2-5 各种塔板比较塔板优点缺点泡罩塔板不容易发生漏液现象，有较好的操作弹性，对脏物不敏感结构复杂造价高，塔板压降大，雾末夹带现象严重塔板效率均匀筛板结构简单，造价低，气体，压降小操作弹性地，筛孔小，易堵塞浮阀塔板生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小，结构简单，造价低不宜处理易结焦，或黏度大喷射型塔板开孔率较大，可采用较高的空塔气速，生产能力大，塔板效率高操作弹性大气相夹带由上表比较可知，应选择浮阀塔板作为本次设计

20、所需的塔板。2.4废气处理加热炉烟气烟气中的so2与燃料中硫含量有关，使用燃料气及低硫燃制能有效降低so2。的排放量。NO2的排放与燃料中的N2含量及燃烧火嘴结构有关。停工排放废气装置在停工时，需对塔、容器、管线进行蒸汽吹扫，大部分存油随蒸汽冷凝水排出，还有部分未被冷凝的油气随塔顶蒸汽放空进入大气；检修时，需将塔、容器等设备的人孔打开，将残存的油气排入大气；要制定停工方案并严格执行，严格控制污染。无组织排放废气一般情况下含硫废水中硫化氢及氨的气味较大，输送这种含硫废水必须密闭，如有泄漏则毒害严重。含硫化氢废气经常泄漏的部位是在“三顶”回流罐脱水部位。减少措施是控制好塔顶注氨。输送轻质油品管线、

21、碱渣管线及阀门的泄漏会造成大气污染，本装置设计常压塔顶减压阀为紧急放空所用，放空气体进入紧急放空罐。管线阀门的泄漏率应小于2c。另外，蒸馏装置通常设“三顶”瓦斯回收系统，将初顶、常减顶不凝气引入加热炉作为燃料烧掉或回收，这样对节能、安全、环保均有利。 2.5废水处理电脱盐排水制电脱盐过程所排的废水，来自原油进装置时自身携带水和溶解原油中无机盐所注入的水。此外，加入破乳剂使原油在电场的作用下将其中的油和含盐废水分离。由于这部分水与油品直接接触，溶人的污染物较多，特别是电脱盐罐油水分离效率不高时，这部分排水中石油类和COD均较高。排水量与注水量有关，一般注入量为原油的58。筛选好的破乳剂、确定合适

22、用量、提高电脱盐效率都对提高油水分离效果有利；用含硫污水汽提后的净化水回注电脱盐可减少新鲜水用量，同时减少净化水排放的挥发酚含量；增加油水镧离时间，严格控制油水界面(必要时设二次收油设施)可减少油含量。塔顶油水分离器排水常减压蒸馏装置其初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶产物经冷后均分别进入各自的油水分离器，进行油水分离并排水。这部水是由原油加工过程中的加热炉注水，常压塔和减压塔底注汽产品汽提塔所用蒸汽冷凝水，大气抽空器冷凝水，塔顶注水，缓蚀剂所含水分等组成。由于这部分水与油品直接接触，所以 AN染物质较多，排水中硫化物、氨、COD均较高。排水中带隋况与油水分离器中油水分离时间、界面控制是否稳定有关。

23、正常生产情况下，严格控制塔顶油水分离器油水界面是防止排重带油的关键。机泵冷却水机泵冷却水由两部分构成，一部分是冷却泵体用水，全部使用循 K冷却后进循环水回水管网循环使用。另一部分是泵端面密封冷却 K，随用随排入含油废水系统。一般热油泵需冷却水较多，如端面十漏油较多则冷却水带油严重。如将泵端面密封改为波纹管式端 i封，可以减少漏油污染。装置其他排水 a油品采样该装置有汽油、煤油、柴油等油品采样口用于采 j品进行质量检测。一般在油品采样前，都要放掉部分油品，以便：次采样滞留在管线中的油置换掉。这部分油品会污染排水。可采动分析仪或密闭采样法，也可以将置换下的油品放入污油罐中回以减少污染。 b设备如拆

24、卸油泵、换热器等，需将设备内的存油放掉进入系统。如果能在拆卸设备处，设专线将油抽至污油回收系统(或罐)，可以减少污染。 c停工扫线 装置停工需将设备、管线中的存油用蒸汽吹扫于此阶段排放污染物最为严重。应制定停工方案并严格执行，尽量油送至污油罐区，严禁乱排乱放。 d地面冲洗原油泵、热油泵、控制阀等部位所在地面最易遭受污染。一般不允许用水冲洗的地面，通常用浸有少量煤油的棉纱插去油污。e,装置废水排放计量 各种废水排出装置进入全厂含油废水系统之前，要设置计量井，并制定排水定额。对控制排放废水的污染较为有效。293控制方案3.1 控制方案拟定的基本原则 要实现生产过程的自动控制，首先要拟订控制方案。确

25、定控制方案的基本原则有下列几方面： （1）控制方案能否成立的先决条件是在工艺上必须是合理的。控制系统只能按照预定的规律来代替人们的部分操作。如果某个控制方案在手工操作时可以实现的话，则采取自动控制也往往容易办到，如果某个控制方案根本不符合生产的工艺规律，则必然行不同。 （2）控制方案能否达到预定的工艺要求，在方案与控制规律的选择上必须是合适的。当控制对象的滞后很大，扰动的出现比较频繁，不论怎样改变整定参数控制品质仍难符合要求。这时，除了要很好选择检测点和控制手段外，而且必要时某些复杂的控制回路。 （3）控制方案能否可靠运行，在操作上必须是安全的。对于某些具有危险性的生产过程，安全上的考虑要放在

26、重要的位置。应当采取各种预防措施，一旦发生事故，能够方便而且又及时地紧急处理。 （4）控制方案的评价，要看有无显著的经济效果。自动化本身不是目的，而是一种技术手段，自动化是为了提高生产，降低成本，确保安全的减轻劳动强度。经济效果的分析通常包括自动化投资、增产的产量和产值、劳动力的节约、成本的降低、自动化的总收益与投回收项目。3.2塔顶影响因素及系统建模 3.2.1 塔顶影响因素 1、塔顶真空度影响因素 1）抽真空蒸汽压力变化：蒸汽压力增大时，真空度上升，反之真空度下 降。 2）喷淋、软化水压力及温度变化：喷淋大、压力高或水温低，空冷器冷却 效果增强，真空度上升，反之，真空度下降。 3）塔顶温度

27、变化：塔顶温度高，塔顶负荷大，不利于提高真空度；塔顶温 度低， 塔顶负荷低， 有利于提高真空度。 但如果塔顶温度低，使塔顶负荷过小， 易产生增压器倒汽现象，而使整个操作发生异常。 4）塔顶回流量变化：塔顶回流量减小，则塔顶负荷增大，真空度下降。 2、塔顶温度影响因素 1）塔顶回流量：塔顶回流量过小，会造成塔顶温度升高，反之温度降低。 2）塔顶真空度：真空度低，减压塔汽化量小，塔顶温度低；反之温度上升。 3）进料量及进料性质：进料量增大或性质变轻，塔顶负荷增大，塔顶温度 高，反之温度低。 4）减炉出口温度：减炉出口温度高，则塔顶负荷大，塔顶温度上升，反之 塔顶温度下降。 3.2.2塔底液面影响因

28、素 1）减炉进料量及性质：进料量大，减渣油量大；反之，渣油量小。常底油 性质变轻，汽化率增大，则渣油量减小。反之，渣油量增多。 2）减炉出口温度：温度升高，渣油量小。反之，渣油量增多。 3）塔真空度：真空度减小，拔出率下降，渣油量大。 4）测线量变化：测线液面正常控制时，测线量的变化对塔底液面影响不大， 但当减三、四集油箱满而溢流时，测线量减少，渣油量上升。 3.3系统建模 减压系统主要生产裂化原料，对馏分要求不高，主要要求是在保证馏出油残 碳合格的前提下提高拔出率，减少渣油量。因此提高减压塔汽化段真空度，提高 拔出率是其主要控制目标。 综合上节影响条件，减压塔常用控制方案如图2-1：Gd2G

29、d2GTMGQTFGGP2GP1图2-1减压塔控制回路方框图3.4加热炉具体控制系统的设计 3.4.1 加热炉的基本控制加热炉进料一般分为几个支路。常规的控制方法是：在各支路上安装各自的流量变送器和控制阀，而用炉出口总管温度来调节炉用燃料量。这样的调节方法根本没有考虑支管温度均衡的控制，支管温度均衡的控制由操作工凭经验根据分支温差来调节分支流量差。这种人为操作显然无法实现稳定的均衡控制，往往是各支管流量较均衡，而分支温度有相当大的差异，某一炉管因局部过热而结焦的可能性很大。为了改善和克服这种情况，需要采用支路均衡控制方法。近年来出现的差动式平衡控制、解藕控制以及多变量预测控制等方法能够收取一定

30、的效果。其中差动式方法不仅效果不错，而且实现简单，操作简便，对于长期运行有一定的优势。另外，针对系统的非线性、强耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能实现较好的控制。加热炉出口总管温度是加热炉环节最为重要的参数，出口温度的稳定对于后续工艺的生产稳定、操作平稳甚至提高收率至关重要。最简单的控制方法就是采用单回路的反馈控制。单回路反馈控制简单实用，有它的使用价值。但该方法没有考虑燃料量变化的影响，所以出口温度不容易稳定，在一定程度上也会造成燃料的浪费。在简单反馈控制方案的基础上，加入燃料量控制回路，就可以构成加热炉的串级控制系统。这种控制方案也比较简单，效果比简单控制的效果要好一些，但因为没有考虑原

31、油进料量的波动，所以出口温度仍不容易稳定，另外没有考虑空气量与燃料量之间的配比控制，燃烧也不能达到较为理想的状态，这也是出口总管温度不容易稳定的一个原因。串级控制系统也可以引入炉膛温度的控制回路来构成：出口温度控制器的输出作为炉膛温度的设定值，炉膛温度控制器的输出作为燃料量的给定值，燃料量控制器再去控制调节阀。这种串级控制利用炉膛温度的重要信息，有利于克服某些装置燃料压力的波动，但反过来对炉膛温度测量的准确性要求较高。在串级控制的基础上，再引入原油进料前馈，可以构成静态前馈控制或动态前馈控制。采用原油进料前馈控制后，在原油进料流量有变化时，控制系统能很快使燃料流量发生相应的变化，从而得到补偿，

32、使进料流量波动对出口温度的影响较小。国内大多数的炼油厂目前均采用以上几种方法进行出口总管温度控制，其中简单的串级控制应用较多，控制多采用经典的PID控制器。实际上，由于系统的大时延、非线性以及时变特性，PID控制很难取得理想的控制效果，采用先进控制如目前在工业过程中应用最广泛的预测控制成为改善控制品质的必要手段。加热炉燃烧控制的任务是提高加热炉的热效率，以达到节能增效的目的。由于加热炉是蒸馏装置中耗能最大的环节，能耗占整个装置的70%以上，因此加热炉热效率的提高对于整个蒸馏装置的节能具有决定性的意义。常规的控制系统中，加热炉出口温度、炉膛负压、烟气氧含量等变量是独立的、互不关联的，而实际上各变

33、量之间相互影响。一般可以采用前馈加反馈的控制方法。一般情况下，采用燃烧优化控制后能显著的提高加热炉的热效率。控制任务概述：1.保持加热炉的出口温度在规定的范围内2. 控制炉膛压力在规定的范围内3. 控制烟气含氧量在设定值附近波动其中：保持出口温度是为了保证产品的质量合格；后两个控制任务是为了保证加热炉的安全、平稳、高效运行，当加热炉运行平稳后，也有利于产品质量的保证。加热炉炉膛压力是实现加热炉自动控制的一个重要的参数。炉膛压力过高时，炉膛向外喷火，不仅使大量有效热量散失，增加炉子的燃料消耗，而且也易烧坏炉子的钢结构，降低炉子的使用寿命，同时还会导致劳动环境的恶化，危及操作人员的安全；炉压过低时

34、，会吸入大量的冷风，漏风热损失和排烟热损失加大，引风机电耗增加。因此，必须将炉压控制在规定的范围内，在加热炉最佳燃烧控制系统的基础上，炉膛压力控制是可以通过控制引风机变频器开度来实现，炉压的检测采用微差压变送器。烟气含氧量的大小能反映出加热炉的燃烧情况，含氧量不足时，燃料燃烧不充分，造成大量的化学能损失，并且烟气中含有大量的CO，对环境造成了危害；含氧量过大时，过剩空气过多，烟气要带走大量的热量，造成排烟热损失，并且空气中的N2在高温下与O2 发生化学反映生成NOX，也对环境造成污染。因此控制烟气含氧量不仅可以提高加热炉的热效率，更有环保作用。3.4.2加热炉燃烧控制加热炉燃烧控制的任务是提高

35、加热炉的热效率，以达到节能增效的目的。由于加热炉是蒸馏装置中耗能最大的环节，能耗占整个装置的70%以上，因此加热炉热效率的提高对于整个蒸馏装置的节能具有决定性的意义。常规的控制系统中，加热炉出口温度、炉膛负压、烟气氧含量等变量是独立的、互不关联的，而实际上各变量之间相互影响。一般可以采用前馈加反馈的控制方法。如：反馈调节对象选择加热炉的热效率或烟气氧含量，执行手段采用调节控制量；在燃烧控制的基础上可进一步实施燃烧优化，即采用高级优化策略通过烟气氧含量或热效率反馈寻求最佳的过剩空气系数。一般情况下，采用燃烧优化控制后能显著的提高加热炉的热效率。控制任务概述：1.保持加热炉的出口温度在规定的范围内

36、2. 控制炉膛压力在规定的范围内3. 控制烟气含氧量在设定值附近波动其中：保持出口温度是为了保证产品的质量合格；后两个控制任务是为了保证加热炉的安全、平稳、高效运行，当加热炉运行平稳后，也有利于产品质量的保证。加热炉炉膛压力是实现加热炉自动控制的一个重要的参数。炉膛压力过高时，炉膛向外喷火，不仅使大量有效热量散失，增加炉子的燃料消耗，而且也易烧坏炉子的钢结构，降低炉子的使用寿命，同时还会导致劳动环境的恶化，危及操作人员的安全；炉压过低时，会吸入大量的冷风，漏风热损失和排烟热损失加大，引风机电耗增加。因此，必须将炉压控制在规定的范围内，在加热炉最佳燃烧控制系统的基础上，炉膛压力控制是可以通过控制

37、引风机变频器开度来实现，炉压的检测采用微差压变送器。烟气含氧量的大小能反映出加热炉的燃烧情况，含氧量不足时，燃料燃烧不充分，造成大量的化学能损失，并且烟气中含有大量的CO，对环境造成了危害；含氧量过大时，过剩空气过多，烟气要带走大量的热量，造成排烟热损失，并且空气中的N2在高温下与O2 发生化学反映生成NOX，也对环境造成污染。因此控制烟气含氧量不仅可以提高加热炉的热效率，更有环保作用。炉膛压力控制方案：炉膛压力主要与进风量和引风量直接相关，同时也受到加热炉燃烧状况以及燃料油、燃料气比例的影响，不同的燃料下，燃烧后的产物会不同，对炉膛压力的影响也就不一样，但这些影响因素处于次要地位可以不加考虑

38、，采用单变量控制加上送风量前馈调引风来进行控制，控制图如图3.7。 图3.7炉膛压力控制系统框图为了避免风机变频器动作过大，需要对控制量进行如下限制：(1)引风机负荷不可扩大，限制引风机变频器的开度(2)由于变频器有保护电路，如果一次动作过大，会导致断电保护，因此限制变频器开度的每次变化量。烟气含氧量控制方案：烟气含氧量是标志燃烧状况的重要参数。炉膛温度、燃料量（主要是燃料油量和燃料气量），甚至燃烧油与燃料气的比例对烟气含氧量有直接的影响，控制图如图3.8所示，该控制方案根据燃料量的变化对进风量做补偿，能够快速响应系统因负荷突然变化而引起的燃料变化，不会出现燃料因负荷突变而变化燃烧状况却因进风

39、量反应过慢而恶化的现象。与引风机变频器类似，对于鼓风机的变频器的动作也有如下限制：(1)鼓风机的负荷不可过大，限制鼓风机变频器的开度。(2)限制变频器开度的每次变化量。图3.8烟气含氧量控制系统框图3.4.3加热炉的单回路控制方案加热炉的最主要控制指标往往是工艺介质的出口温度。对于不少加热炉来说，温度控制指标要求相当严格，例如允许波动范围为（12）。影响路出口温度的扰动因素有：工艺介质进料的流量、温度、组分，燃料方面有燃料油的压力、成分、燃料油的雾化情况，空气过量情况，喷嘴的阻力，烟囱抽力等。在这些扰动因素中有的是可控的，有的是不可控的。问了保证炉出口稳定，对扰动应采取必要的措施。图1-3为某

40、一燃油加热炉控制系统示意图，其主要的控制系统是以炉出口温度为控制变量、燃料油流量为操纵变量组成的单回路控制系统。其他辅助控制系统有：(1)进入加热炉工艺介质的流量控制系统，如图FC控制系统。(2)燃料油总压控制，总压控制一般调回油量，如入P1C控制系统。图1-3 加热炉控制系统示意图采用雾化蒸汽压力控制系统后，在燃料压力变化不大的情况下是可以满足雾化要求的，目前炼厂中大多数采用这种方案。假如燃料油压力变化较大时，单采用雾化蒸汽压力控制就不能保证燃料油得到良好的雾化，可以根据燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力之差来调节雾化蒸汽，还可以采用燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力比值控制。但只能保持近似的流量比，还

41、应注意经常保持喷嘴、管道、节流件等通道的畅通，以免喷嘴堵塞及管道局部阻力发生变化，引起控制系统的误动作。此外，也可以采用二者流量的比值控制，则能克服上述缺点，但所用仪表多且重油流量测量困难。采用单回路控制系统往往很难满足工艺满足，因为加热炉需要将工艺介质从几十度升温到数百度，其热负荷很大。当燃料油的压力或热值有波动时，就会引起炉出口温度的显著变化。采用单回路控制时，当加热量改变后，由于传递滞后和测量滞后较大，控制作用不及时，而使炉口温度波动较大，满足不了工艺生产要求。因此单回路控制系统仅适用于对炉出口温度要求不十分严格；其外来扰动缓慢而较小，且不频繁；炉膛容量较小，即滞后不大。由于传递滞后和测

42、量滞后较大，控制作用不及时，而使炉口温度波动较大，满足不了工艺生产要求。因此单回路控制系统仅适用于对炉出口温度要求不十分 严格；其外来扰动缓慢而较小，且不频繁；炉膛容量较小，即滞后不大 4 仪表的选型 4.1 仪表选型原理一个正确合理的自控方案，不仅要有正确的测量和控制方案，而且还需正确选择和使用各种自动化仪表，即进行正确的仪表选型。 仪表的选型是在自控方案已经确定，工艺管道及控制流程图已经完成之后进行的。它的主要任务是确定各种测量及调节仪表为指示式、记录式或累积式，是就地安装或安装在仪表盘上，主体仪表采用哪种系列的仪表等等。仪表选型的主要依据为：(1) 工艺过程的条件 工艺过程的温度、压力、

43、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的保安防火等问题。因此在设计过程中，必须正确收集工艺的各有关参数，结合各仪表的特点和适用场合，合理选用仪表的型号、规格。(2) 操作上的重要性 各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、调节、手动遥控等功能选定的依据。 一般来说，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，宜设指示；必须操作的变量，宜用手动遥控；对需经常了解变化趋势的重要变量，宜选记录式；而一些对工艺过程影响较大的，又需随时监控的变量，应设调节；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积

44、算；一些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。(3) 自动化水平和经济性 仪表的选型也决定于自动化的水平和投资的规模。按照工程规模等特点确定了自动化水平的高低、从而也就确定了仪表的选型是就地安装还是集中安装。一般自动化水平，可分为就地检测与调节、机组集中控制、中央控制室集中控制等。不同类型的控制方式为采用何种系列的仪表提供一定的依据。(4) 统一性 为便于仪表的维修和管理，在仪表选型时也要注意到仪表的统一性。即选用仪表尽量为同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品，避免仪表类型过多，造成维修人员难以掌握，增加维修技术上的困难。同时，仪表品种过于繁多，维修所用的仪表备品、备件也难以准备齐全。(5

45、) 仪表供应和使用情况 这是在进行工程设计时必须考虑的一个问题。对供应比较紧张的仪表，为了在设计后工程能及时施工并投入生产，设计时就应考虑能否及时供货，否则尽量少用。对那些正在试制或质量不够稳定的仪表，为了避免将来给生产带来影响，在选型时要慎重采用。 上面提出的五点是仪表选型的原则性依据，在设计时应结合各类仪表的结构原理和应用特点来考虑。 4.2 温度测量仪表 温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和科学实验中最普遍、最重要的参数之一。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程均是在一定的温度范围内进行的。因此，温度的测量是保证生产正常进行、确保产品质量合格和安全生产的前提。不同的测温仪表有不同的测温原理。 常减压装置常用的测温仪表为热电偶和双金属温度计。其中双金属温度计主要用于塔和容器上，换热器、冷却器的附属管线上，属现场检测仪表。双金属温度计一般在检修期间拆卸下来进行校验后回装，回装时要根据管径来选择双金属温度计的尾长，确保尾端处于管内中心，这样才能保证测量准确。双金属温度计还有个致命的缺点，就是容易损坏