韋昌虎(中油廣西田東石油化工總廠有限公司,廣西 百色 531500)
煉油廠加熱爐優(yōu)化與控制
韋昌虎(中油廣西田東石油化工總廠有限公司,廣西 百色 531500)
眾所周知,當(dāng)下時代的煉油企業(yè)中,作為一種常見的裝置之一,多支路的加熱爐身上有許多缺點(diǎn)。比如耗能這一問題。對一個煉油廠來說,耗能量過大是加熱爐的缺點(diǎn)之一。隨著時代的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的速度已經(jīng)給我們提供多種解決這一問題的方法,比如將控制理論應(yīng)用到煉油廠加熱爐優(yōu)化中,通過對控制方法的改進(jìn)和提高,進(jìn)而優(yōu)化原本存在的控制方案和理論,達(dá)到提高將煉油廠安全等級和經(jīng)濟(jì)效益雙重提高的目的,這也是企業(yè)再利用科學(xué)改善現(xiàn)有科技,進(jìn)而節(jié)約成本提高經(jīng)濟(jì)效益的重要方法之一。因此,本文通過介紹我國煉油廠加熱爐現(xiàn)有控制方案現(xiàn)狀和發(fā)展階段,提出加熱爐在運(yùn)作時可能出現(xiàn)的問題,并制定煉油廠加熱路優(yōu)化與控制的方法,達(dá)成提高加熱爐工作效率和安全系數(shù),降低經(jīng)濟(jì)成本的目的。
煉油廠;加熱爐;優(yōu)化與控制
目前我國大多數(shù)煉油廠使用的都是管式加熱爐,而管式加熱爐這種裝置中的多支路多燃燒噴嘴,則多用一種分布式的控制系統(tǒng)進(jìn)行安全控制。而為了實(shí)現(xiàn)加熱爐自動控制的目的,我們選擇使用DCS系統(tǒng)進(jìn)行操作,這種系統(tǒng)的使用不僅能對操作加熱爐過程進(jìn)行簡化,還能降低工作人員的工作勞動強(qiáng)度,最后還能保障加熱爐在安全的環(huán)境中高效率的工作。目前我國的石油行業(yè)都在積極推廣示范爐,但仍然存在以下四種狀況。
(1)從前煉油廠的加熱爐能夠與燃?xì)獾募訜釥t共同存在共同工作,或者一個加熱爐同時具備兩種功能,也就是不僅能燒氣,也能夠燃油,但現(xiàn)在的煉化企業(yè)更多的使用燃?xì)饧訜釥t。(2)盡管大多數(shù)煉油廠使用分布式的控制系統(tǒng)進(jìn)行安全控制,但大量調(diào)查和數(shù)據(jù)研究表明,回路能保持在Auto狀態(tài)下的比率較低,而且一部分的系統(tǒng)操作,需要相關(guān)工作人員運(yùn)用手動操作來解決問題。(3)管式加熱爐出場所設(shè)置的理想熱效率,在實(shí)際工作中達(dá)到這種設(shè)計(jì)是非常困難的。隨著加熱爐的熱效率逐漸下降,人工手動操作成為一種常見現(xiàn)象,而為了減少爐膛回火和噴黑煙的情況,現(xiàn)場手動操作需要將爐膛的負(fù)壓率保持在高狀態(tài),與此同時增大含氧量,這會造成加熱爐的熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到原本設(shè)計(jì)效率。(4)加熱爐常常也會出現(xiàn)爐管偏燒的狀況,甚至存在一些結(jié)焦的問題,同時一些加熱爐中的各個支路在使用過程中慢慢會不平衡。這時常常需要工作人員進(jìn)行手工的維修,但手工維修常常依賴經(jīng)驗(yàn)而沒有制定好的判斷標(biāo)準(zhǔn),因此造成更多問題,比如不均勻的溫度分布等。
眾所周知,煉油廠常常使用工業(yè)加熱爐,尤其是多個支路燃燒器的加熱爐,當(dāng)原油加熱一定溫度的時候,爐子中的原油可以到其他設(shè)備繼續(xù)下一步的處理。為了確保爐子能夠安全工作,保障平穩(wěn)高效作為日常運(yùn)行狀態(tài),有必要控制加熱爐多支管在出口溫度上維持相同,溫度一致對提高產(chǎn)品的質(zhì)量同樣重要。在加熱爐分支維持平衡控制中,原本的控制方法是在實(shí)踐過程中有一些困難,但是一些先進(jìn)的控制程序?qū)ΜF(xiàn)場的應(yīng)用和要求同樣更加復(fù)雜。對于偏差的控制手段,當(dāng)系統(tǒng)擁有更多的分支時,控制器的數(shù)量也應(yīng)該同時增加,這在無形中也增加了控制器的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。在多偏差控制器起到控制作用后,每個分支的溫度將平均分配到下面各個分支中,達(dá)成一種平均的溫度。但是,這種平均溫度不能等同于各個分支混合后所產(chǎn)生的溫度,此時溫度偏差就會產(chǎn)生,這種偏差取決于控制系統(tǒng),在實(shí)現(xiàn)其他控制回路的作用進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的目的。其通過補(bǔ)償每個分支的原油流的二次分配,盡可能地將每個分支的溫度補(bǔ)償?shù)较嗤闹担⑶以摰葴刂凳嵌鄠€分支的材料的溫度值。因此我們提出 2GCT技術(shù),這種技術(shù)具有下面的這些優(yōu)點(diǎn):首先是不再需要過于反復(fù)的設(shè)計(jì)步驟,其次是相比以前,我們可以簡化控制器的結(jié)構(gòu),使DCS系統(tǒng)能偶在不同支路的加熱爐中便捷的使用,利于每個支路能夠達(dá)到混合后形成的溫度點(diǎn)。
目前我國大多數(shù)煉油廠使用的都是管式加熱爐,而管式加熱爐這種裝置中的多支路多燃燒噴嘴,則多用一種分布式的控制系統(tǒng)進(jìn)行安全控制。而為了實(shí)現(xiàn)加熱爐自動控制的目的,我們選擇使用DCS系統(tǒng)進(jìn)行操作,這種系統(tǒng)的使用不僅能對操作加熱爐過程進(jìn)行簡化,還能降低工作人員的工作勞動強(qiáng)度,最后還能保障加熱爐在安全的環(huán)境中高效率的工作。目前我國的石油行業(yè)都在積極推廣示范爐,但仍然存在很多狀況,因此針對這種裝置的不足,我們希望能優(yōu)化并控制過程方法,進(jìn)而提高工作效率,減少成本并提高對加熱爐的控制來達(dá)成優(yōu)化目的。那么首先我們應(yīng)該針對加熱爐在監(jiān)控中出現(xiàn)的問題,找到解決的方法。首先是應(yīng)用PSO優(yōu)化算法,這種優(yōu)化算法通過分析研究過往的記錄,建立一種模擬加熱爐在工作中初選熱效率問題的模型,與此同時提出2GCT技術(shù)。PSO優(yōu)化算法能夠監(jiān)控加熱爐的效率問題,增大控制力度達(dá)成控制含氧量的目的,2GCT技術(shù)能夠解決支路平衡問題,通過建立監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視熱效率,進(jìn)而控制含氧量,達(dá)成監(jiān)控支路溫度相同。出現(xiàn)不同的問題應(yīng)該使用不同的方法解決,有針對性的處理問題。
本文通過大量的時間數(shù)據(jù)調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的加熱爐控制系統(tǒng)在實(shí)踐中出現(xiàn)上文列舉的大量問題,因此提出解決算法和措施來降低加熱爐運(yùn)行中出現(xiàn)問題的概率,但這種研究畢竟還是理論研究,缺少一定的時間去驗(yàn)證理論的成立與否,尤其是在實(shí)踐過程中發(fā)生各種各樣的問題,我們?nèi)匀徊荒芡V箤τ趩栴}的探索和研究。而本次在研究過程中發(fā)現(xiàn)加熱爐問題出現(xiàn)的根本原因是不均勻分布的火焰溫度,所以該問題出現(xiàn),是由于加熱爐爐膛溫度的不均勻分布,改變了爐膛的熱傳導(dǎo)。因此,針對這些本質(zhì)問題,我們還有大量的研究空間等待發(fā)掘,如何控制溫度不均勻分布的問題是我們接下去研究的方向。
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