DCS前馈控制提高加热炉安全性

A.Tejeswar reddy¹P.K.Senthil kumar²

印度泰米尔纳德邦金奈SRM大学ICE系研究生(ECE)
印度泰米尔纳德邦金奈SRM大学ICE系助理教授

摘要

本文阐述了采用集散控制系统对加热炉进行前馈控制。在原油进入精馏塔之前，从盘管出来的原油的出口温度保持在所需的温度，由于我们采用了前馈控制，提前测量了扰动，并根据扰动控制了燃烧段，从而最大限度地利用了燃料，并保持了所需的温度。为此，我们在横河cs2000 DCS软件中设计了控制算法

关键字

炉，DCS，横河cs2000，前馈控制

介绍

炉子是用来加热的装置。此外，“炉”一词本身通常用于描述基于中央炉(称为锅炉或加热器)的家庭供暖系统，有时也用作窑的同义词，窑是一种用于烧制粘土以生产陶瓷的装置。炉子这个术语也可以指直接燃烧的加热器，用于化学工业的锅炉应用或为裂化等过程的化学反应提供热量。在许多行业中，电炉都是采用反馈控制的，由于采用反馈控制，存在反馈电路无法检测输入侧的变化，即无法测量扰动等缺点。所期望的设定值取决于原油类型和精馏塔条件以及产品的优先级。温度控制是通过控制流量、压力和液位来实现的。对该系统进行了研究，发现影响炉膛出口温度的参数有

•水分

•大气变化

•进料流量

•燃料流量

因此，我们的目标是设计控制算法，该算法应考虑到上述过程参数的任何变化。为了解决这一问题，我们设计了一种混合控制模块，为了避免这种缺点，我们设计了前馈方法来避免干扰。

文献调查

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2.“燃煤炉的数学建模”，《学术专著》。

3.“电弧炉闪烁研究的MATLAB建模”，IEEE explore。

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提出的方法

传统的反馈控制器只有在检测到输出值偏离期望的设定点后才会做出反应。前馈控制策略的优点是在输出受到影响之前测量干扰变量和改变被操纵变量。在所提出的混合控制器中，前馈控制器补偿所有四个线圈中进料流量的任何偏差。

图1所示为原油从储罐中泵出的基本设计，在泵送过程中，如果输入侧出现扰动或大气变化引起的扰动，流量变送器(FT)将数据传输给流量指示器和控制器(FIC)，流量指示器和控制器(TIC)检测并将信号发送给温度指示器和控制器(TIC)。因此，TIC单元将比较当前值和设定点值，然后根据选择开关选择燃料油和燃料气的量。压力指示器和控制器(PIC)接收来自0 /g选择开关的信号，据此控制燃油和燃气的控制阀。压力转换器(PY)通过I - P转换器将电流信号转换为压力信号。

通道平衡器设计

通常在许多行业中，炉段只包含一个盘管来传递原油以保持在所需的温度，但在一些产量高的行业中，需要更多的盘管来传递原油。通过平衡器计算流经每个线圈的原油量，甚至手动也可以设置所需的速率。

炉通平衡器包计算的比率参数，为每个单独的炉通流量控制器，需要实现相等的流量通过所有线圈。

下式计算炉膛加权平均出口温度。

TWA = (Fi * out,i)/Fi

TWA=炉膛加权平均出口温度

(Fi * Tout,i)=每个通流设定值的乘积乘以其出口温度的总和

Fi =所有通流点的总和

如图2所示，通过平衡器设计，最初流量变送器(FT)通过线圈检测流量，并将信号发送到FIC单元和计算器部分，从而保持所需设定点的流量变化。平衡炉的定义是所有道的出口温度相等。

通过平衡器的设计如图3所示，在这个例子中，我们在炉中使用四个线圈来通过原油，因此我们使用四个块来进入设定值范围，通过设置期望通过每个线圈的比例。通道平衡器可自动或手动工作。对于每个块和控制阀，给出一些标签名称来表示。假设相同的标签名称在不同的地方使用，例如在现场和控制室，它们将同时激活。PID控制器用于控制流量，以实现适当的控制动作。

炉部分

在此炉段布置盘管，使原油被加热到所需的设定点。由于原油将在多个点被加热，因此盘管以之字形排列。

在图4中，原油首先进入，然后通过FIC单元测量流量，然后给到通过平衡器电路，因此通过平衡器电路将决定通过每个线圈的流量，由于通过平衡器直接连接到温度变送器，它将立即通知输入端的流量和干扰，因此它在电路中充当前馈控制器。

在炉段多点测量温度，在末端线圈温度信息给TIC单元，与设定值进行比较，假设温度低于预期，选择开关将按所需温度通过燃油和燃气。标签名称HS1701用于烧制部分，如果温度有任何变化，它将立即起作用。

炉段联锁采用可编程逻辑控制器(PLC)进行安全设计，假设流量发生剧烈变化(过高或过低)，联锁可以关闭系统。

吹灰器

吹灰器利用流动介质，如水、空气或蒸汽，从锅炉管中去除沉积物。有几种不同类型的吹烟器使用。壁式鼓风机用于炉壁，有一个非常短的枪，在尖端有一个喷嘴。喷枪每隔一段时间就会钻几个孔，这样当喷枪打开时，它就会旋转，以圆形的模式清除壁上的沉积物。在转完预定的数轮后，吹灰完成并停止。下图是对流吹灰器，使用介质压力(10-12bar)。

发射部分

在图5所示的燃烧段中，提供燃油和燃气，由选择开关HS1701控制。一般情况下，为了在炉内适当燃烧，也同时提供蒸汽。燃烧器的数量可以根据需要变化，燃烧器也可以垂直或水平排列，如果燃烧器水平排列，与垂直方式相比，易于控制。在燃油和蒸汽之间设置压差器和指示器(PDIC)，以提供比例率。

所有的控制阀都与联锁系统连接，以避免在紧急情况下出现任何畸形，因为如果炉段发生火灾，联锁系统将启动并关闭所有进入燃烧段的阀门。

在上图中，每个传感器和控制阀都给出了特定的标签名称，以便在工厂中使用相同的标签名称。TIC1602是最终出口温度指示器和主线圈控制器的标签名称，这个TIC1602是给油/气选择开关，它将允许燃油和燃气按比例为所有燃烧器在燃烧部分。

结论

因此，通过控制流量和压力来实现温度控制。我们对该系统进行了研究，发现以下参数对炉膛出口温度有影响。

•水分

•大气变化

•进料流量

•燃料流量

为了解决这一问题，我们提出了一种由前馈控制器组成的混合控制器模块。现有系统的精度为0.05%。采用所设计的系统，炉膛出口温度保持精度为0.02%。

参考文献

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