三、 加熱爐安全控制系統(tǒng)

　　在煉油化工生產(chǎn)中常見(jiàn)的加熱爐是管式加熱爐。其形式可分為箱式、立式和圓筒爐三大類。對(duì)于加熱爐，工藝介質(zhì)受熱升溫或同時(shí)進(jìn)行汽化，其溫度的高低會(huì)直接影響后一工序的操作工況和產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)爐子溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)使物料在加熱爐內(nèi)分解，甚至造成結(jié)焦而燒壞爐管。加熱爐的平穩(wěn)操作可以延長(zhǎng)爐管使用壽命。因此，加熱爐出口溫度必須嚴(yán)加控制。

　　加熱爐是傳熱設(shè)備的一種，同樣具有熱量傳遞過(guò)程，熱量通過(guò)金屬管壁傳給工藝介質(zhì)，因此它們同樣符合導(dǎo)熱與對(duì)流傳熱的基本規(guī)律。但加熱爐屬于火力加熱設(shè)備，首先由燃料的燃燒產(chǎn)生熾熱的火焰和高溫的氣流，主要通過(guò)輻射傳熱將熱量傳給管壁，然后由管壁傳給工藝介質(zhì)，工藝介質(zhì)在輻射室獲得的熱量約占總熱負(fù)荷的70％一80％，而在對(duì)流段獲得的熱量約占熱負(fù)荷的20％一30％。因此加熱爐的傳熱過(guò)程比較復(fù)雜，想從理論上獲得對(duì)象特性是很困難的。??

　　加熱爐的對(duì)象特性一般基于定性分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得的。從定性角度出發(fā)，可以看出其熱過(guò)程為：爐膛熾熱火焰輻射給爐管，經(jīng)熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱給工藝介質(zhì)。所以與一般傳熱對(duì)象一樣，具有較大的時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間。特別是爐膛，它具有較大的熱容量，故滯后更為顯著，因此加熱爐屬于一種多容量的被控對(duì)象。根據(jù)若干實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并做了一些簡(jiǎn)化。爐膛容量大，停留時(shí)間長(zhǎng)，則時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間大，反之亦然。

　　(一)? 加熱爐單回路控制系統(tǒng)

　　加熱爐的最主要控制指標(biāo)往往是工藝介質(zhì)的出口溫度，此溫度為控制系統(tǒng)的被控變量，而操縱變量為燃料油或燃料氣的流量。對(duì)于不少加熱爐來(lái)說(shuō)，溫度控制指標(biāo)要求相當(dāng)嚴(yán)格，例如允許波動(dòng)范圍士(1—2)℃。影響出口溫度的擾動(dòng)因素有：工藝介質(zhì)進(jìn)料流量、溫度、組分、燃料方面有燃料油(或氣)的壓力、成分(或熱值)、燃料油的霧化情況，空氣過(guò)量情況，噴嘴的阻力，煙囪抽力等。在這些擾動(dòng)因素中有的是可控的，有的是不可控的。為了保證爐出口穩(wěn)定，對(duì)擾動(dòng)應(yīng)采取必要的措施。

　　圖9—32為某一燃油加熱爐控制系統(tǒng)示意圖，其主要控制系統(tǒng)是以爐出口溫度為被控變量、燃料油流量為操縱變量組成的單回路控制系統(tǒng)。其他輔助控制系統(tǒng)有：

　?、龠M(jìn)入加熱爐工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)，如圖9—32FC控制系統(tǒng)；

　?、谌剂嫌涂倝嚎刂?，總壓控制一般調(diào)回油量，如圖9—32PlC控制系統(tǒng)；

　　③采用燃料油時(shí)，還需加入霧化蒸汽(或空氣)，為此設(shè)有霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)，如圖9—32P2C控制系統(tǒng)，以保證燃料油的良好霧化。

　　采用霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)后，在燃油壓力變化不大時(shí)的情況下可以滿足霧化要求，目前煉油廠中大多數(shù)采用這種方案。假如燃料油變化較大時(shí)，單采用霧化蒸汽壓力控制就不能保證燃料油得到良好的霧化，可以采用如下控制方案。

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　　(1)根據(jù)燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之差來(lái)調(diào)節(jié)霧化蒸汽，即采用壓差控制，女口圖9—33所示。

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　　采用燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制，如圖9—34所示。

　　采用上述兩種方案時(shí)，只能保持近似的流量比，還應(yīng)注意經(jīng)常保持噴嘴、管道、節(jié)流件等通道的暢通，以免噴嘴堵塞及管道局部阻力發(fā)生變化，引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作。此外，也可采用二者流量的比值控制，則能克服上述缺點(diǎn)，但所用儀表多且重油流量測(cè)量困難。

　　采用單回路控制系統(tǒng)往往很難滿足工藝要求，因?yàn)榧訜釥t需要將工藝介質(zhì)(物料)從幾十度升溫到數(shù)百度，其熱負(fù)荷很大。當(dāng)燃料油(或氣)的壓力或熱值(組分)有波動(dòng)時(shí)，就會(huì)引起爐出口溫度的顯著變化，采用單回路控制時(shí)，當(dāng)加熱量改變后，由于傳遞滯后和測(cè)量滯后較大，控制作用不及時(shí)，而使?fàn)t出口溫度波動(dòng)較大，滿足不了工藝生產(chǎn)要求。因此單回路控制系統(tǒng)僅適用于下列情況；???

　?、賹?duì)爐出口溫度要求不十分嚴(yán)格；

　　②外來(lái)擾動(dòng)緩慢而較小，且不頻繁；

　?、蹱t膛容量較小，即滯后不大。