梁楚
中石化长岭分公司信息技术中心
摘要：加热炉在炼油化工生产中使用非常普遍，加热炉控制效果直接关系到装置后续平稳操作，与装置产品质量、经济效益、安全生产密切相关，而加热炉燃料气组份变化是影响加热炉的控制效果和平稳运行的重要因素。本文针对燃料气组份的变化常减压装置加热炉的影响进行解决方案的探讨。
关键词：加热炉；串级控制；前馈控制；补偿
1．前言
管式加热炉是炼油化工生产中常见设备，工艺介质在炉管中受热升温，其温度控制效果会直接影响后续工艺的生产稳定，与产品收率和质量甚至安全生产密切相关。当炉子温度过高时，会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管，温度过低时不能给物料提供足够的热源物料温度达到工艺指标。加热炉的平稳操作可以延长炉管使用寿命。因此，加热炉出口温度是日常生产中非常重要的考核指标，必须进行严格控制。
2．问题提出
2.1加热炉控制特点
加热炉属于火力加热设备，首先由燃料的燃烧产生炽热的火焰和高温的气流，主要通过辐射传热将热量传给管壁，然后由管壁传给工艺介质，工艺介质在辐射室获得的热量约占总热负荷的70%～80%，而在对流段获得的热量约占热负荷的20%～30%。因此加热炉的传热过程比较复杂，具有较大的时间常数和纯滞后时间。特别是炉膛，它具有较大的热容量，故滞后更为显著，因此加热炉属于一种多容量的被控对象。通常在加热炉控制方案中主要有：温度控制---保持加热炉的炉膛或出口温度在规定的范围内，保证产品的质量合格；压力控制---控制炉膛压力在规定的范围内；氧含量控制---控制烟气含氧量在设定值附近波动。
2.2燃料气组份变化的影响
常减压装置加热炉温度控制方案为出口温度和燃料气流量串级控制，出口温度作为控制目标，温度控制回路的输出作为燃料气流量控制回路的给定，当温度偏低时增加燃料气流量，温度偏高时减少燃料气流量，在加工量不变燃料气组份稳定时串级控制效果较好，能保持出口温度较平稳，满足生产要求。但我公司经常出现向燃料气系统补充重组份的情况，从而造成燃料气组份和热值变化，引起加热炉温度波动，增加了操作难度，成为一大操作难题。
3．解决方案
采用前馈补偿和反馈校正即前馈-反馈控制解决燃料气组份和热值变化对加热炉的影响，具体方案如下：
1）利用有关参数及时估算出系统燃料气热值变化；
2）根据系统燃料气热值变化，计算燃料气组份变化时相应进入加热炉的热能变化，从而推算出相应的补偿燃料气流量，消除组份变化引起的热能变化消除对加热炉造成的干扰；
3）将补偿燃料气流量和主（温控）回路输出叠加后作为副（流量控制）回路控制器的设定控制燃料气流量，这样前馈控制消除燃料气组份变化引起的波动，串级控制进行反馈校正消除其他干扰，实现前馈-反馈控制。
4）采用同样方法也可解决进料变化造成的干扰，甚至实现自动提降量。
4.控制方案实现
在DCS系统上组态实现以下功能：
1）热值估算：依据燃料气压力、流量、阀位等工艺参数估算出燃料气热值R；热值估算的准确性是保证前馈-反馈控制效果的关键.图1为燃料气热值估算对比图，其中红色曲线为依据燃料气压力、流量、阀位等工艺参数估算出燃料气热值，蓝色曲线为依据燃料气流量、加热炉进料流量、进料温度和出口温度推算的燃料气热值，从对比曲线可看出热值估算值能较好的反映出燃料气热值的实际变化，该计算方法我们一直在跟踪计算效果进行调整和完善。
6．存在问题
该燃料气热值估算方法和前馈-反馈控制方案还在摸索完善阶段，在跟踪过程中也发现存在一些问题，如加热炉出口温度和燃料气流量串级控制时，燃料气流量不能及时跟踪上，通过PID整定，加快了跟踪速度；再者有些操作人员为避免引起联锁（火嘴燃料气压力<0.01MPa发生联锁）将火嘴出口阀卡得过小，以至于火嘴前压力达到0.45MPa甚至更高，这样燃料气控制阀前后压差很小必然会削弱调节阀对燃料气的有效调节作用，建议有关管理和技术人员能给出火嘴前压力控制的参考值，适当放开火嘴出口阀，既保证燃料气流量调节阀对燃料气的有效调节作用的灵敏性又能避免联锁发生。