應用PLC實現導熱油爐程序控制平穩運行

陳　斌，劉　喬

應用PLC實現導熱油爐程序控制平穩運行

陳斌，劉喬

（中石油云南石化有限公司，云南昆明 650300）

導熱油系統設備包括導熱油爐、循環泵、膨脹罐、導熱油儲罐等。導熱油在循環泵、導熱油爐、用戶間循環，使用導熱油爐對導熱油加熱。自動控制系統包括PLC 在內的主控制柜以及各種現場儀表和調節閥門。熱媒爐和熱媒系統共用一套PLC控制系統，采用上位機進行人機界面操作，使系統過程狀態和過程控制實現可視化。該項目實施以來，系統運行平穩，成效顯著。

導熱油爐；PLC；聯鎖；控制；平穩；點爐順序

1　工藝原理

導熱油系統管線包括導熱油供管、回管、泵后管線、連接導熱油進出口母管的差壓調節管線等主管線；連接膨脹罐的導熱油膨脹管線、連接導熱油儲罐與主要管道及設備的放空管線、連接導熱油充填泵與主要管道及設備的充填管線等輔助管線。

導熱油循環時低溫導熱油從導熱油回管經過濾器進入循環泵，經泵加壓后進入導熱油爐，經過導熱油爐加熱后，導熱油爐出口達到裝置使用溫度，從導熱油供管為用戶提供高溫導熱油。導熱油回管壓力由膨脹罐的氮封壓力和膨脹罐液位壓力差決定，導熱油供管壓力由設置在導熱油進出口母管間的差壓調節閥進行控制，當導熱油進出口母管間差壓穩定時導熱油爐流量保持穩定。

為了保證高溫的導熱油在運行中不被氧化，在可能接觸到空氣的膨脹罐、儲罐通入氮氣進行氮封，防止導熱油氧化變質；氮氣通過設置在氮氣管線上的氮封閥控制氮封壓力，在膨脹罐及儲罐設置上設置安全閥，以保證設備不超壓損壞。

2　控制要求

以PLC為核心的導熱油爐自動控制系統可以實現自動啟、停和操作范圍內的自動負荷調節，并具有聯鎖保護功能。自動控制系統主要有如下技術特性：

燃料流量和風量既可獨立調節，又可進行串級比例雙交叉限制調節。

煙氣氧含量引入燃燒控制系統，有效地控制導熱油爐實施“低氧燃燒”，達到節約能源，減少污染物排放的目的。采用氧化鋯分析儀對煙氣中的含氧量進行在線分析，經過線性調節器修正燃氣與空氣的比例，保證系統處于最佳燃燒狀態，從而達到提高熱效率的目的。

無擾動切換：程序設置保證了系統在手動-自動和串級-自動各運行狀態間的切換參數無擾動。

對風機變頻輸出、燃料流量調節閥采用了限位措施。避免導熱油爐負荷較大變化時，由于閥位開度過小而引起爐子熄火等問題。

熱媒爐的控制系統可以保證裝置安全、穩定、長周期、優質運行，且維護操作簡便易行。

搭建的工業級控制網絡保證PLC、上位機及DCS系統間數據通訊的實時性、高效性及準確性。

人機界面具有美觀，交互性強，功能強大等特點，實現過程狀態及控制的可視化。

實現點/停爐時序由控制系統自動完成，并確保點爐一次成功。

自動調節熱負荷確保加熱媒的自動運行，無需人工干預。

自動調節空燃比并加殘氧修正——在線的空燃比調節確保熱媒爐適應燃料組分的實時變化；殘氧修正確保熱媒爐的低氧燃燒狀態，可提高熱效率。

精確穩定的熱媒爐出口溫度控制——實時的燃料量測量和助燃風量測量，通過串級、比例等控制手段，將穩態運行溫度控制精度確保在±1℃以內。

3　控制原理

1）燃燒控制

燃燒控制系統是控制系統的重要組成部分。由熱媒出口溫度、燃氣流量、助燃風量及殘氧四個回路構成，采用我公司獨有的負荷調節方案，由PLC自動完成調節作用。風量調節采用變頻調節方案。燃氣流量和風量既可獨立調節，又可組成串級調節，以適應熱媒爐熱負荷變化的需要，有效防止負荷變化時燃燒不充分污染環境。

2）熱媒系統控制方案

系統供熱用戶總管進出口設差壓調節回路，以保證熱媒循環系統運行的穩定。熱媒爐熱媒進出口設溫度及壓力測點。

熱媒膨脹槽設有氮封壓力調節回路和壓力、溫度測點，保證膨脹槽內壓力穩定并隨時監控膨脹罐壓力溫度變化。同時設有膨脹槽液位測點，以監測熱媒液位，當此液位低低報警時，系統執行聯鎖停車。

熱媒儲罐設置液位和溫度測點，可以在上位機上隨時監控儲罐參數。

4　項目實現

自動啟停——確保熱媒爐點火一次成功；啟動爐子時只需按下啟動按鈕爐子就會自動啟動。停爐時，只需按下停車按鈕，PLC就會自動執行程序完成全部的停車操作，直至安全熄火并吹掃爐膛后風機停止。

自動調節熱負荷——熱媒爐穩態運行可實現熱媒出口溫度自動調節熱負荷，不用人工干預。系統設計能確保整個裝置的自動運行以及熱媒出爐溫度的控制精度。并能對燃燒狀態進行自動低氧優化控制，確保燃燒效率。

控制系統確保熱媒出口溫度可控制在±1℃范圍內。

自動調節空燃比并加殘氧修正——在線的空燃比調節確保熱媒爐適應燃料組分的實時變化；殘氧修正確保熱媒爐的低氧燃燒狀態，可提高熱效率。

系統控制靈活、方便，可單獨對風、燃料氣及氧含量進行調節，也可自動比例調節。

完善的安保聯鎖系統（有首出報警和后續報警）——確保熱媒爐運行安全可靠。

熱媒站控制系統與用戶的通訊功能——上位機通過OPC SERVER與用戶進行實時數據通訊。

具有手動、自動操作切換的功能。

導熱油爐點爐動作順序如下：

1）判斷點爐條件，判斷無不允許點爐的參數和信號存在；

2）啟動風機；

3）大風吹掃；

4）風機變頻器到點火開度，此后風機變頻器被鎖定在點火開度；

5）點火變壓器工作；

6）點火電磁閥開啟；

7）火焰檢測器判斷有火，如火檢判斷無火立即停車；

8）主燃氣切斷閥開啟，放空閥同時關閉，此時的燃氣流量調節閥被鎖定在點火開度；

9）判斷點火成功，如火檢判斷無火立即停車；

10）導熱油爐點火成功，進入可調節狀態。

備注：

（1）當按下“復位”按鈕后，程序檢查判斷無不允許點爐的參數和信號存在，顯示“允許點爐操作”；

（2）當按下“開車”按鈕后，執行以上步驟；

當運行過程中出現不允許點爐的參數和信號時，程序將停止點爐操作，并做相應的處理動作。

5　系統設計的安全性考慮

設有火焰檢測和滅火保護功能：在燃燒器上安裝有兩個火焰檢測器，當一個火檢判斷無火時將報警，提醒操作人員檢查燃燒情況或火檢是否正常，當兩個火檢同時判斷無火時，將切斷燃料供應系統，并進行大風吹掃，防止大量燃料噴入爐膛造成爆燃。

設有熱媒流量檢測和過低保護功能：當熱媒流量過低時將切斷燃料供應系統，關斷燃燒器，防止爐管過燒。

設有熱媒液位過低保護功能：當發生熱媒膨脹罐液位過低時將聯鎖停車，可以防止熱媒大量泄漏造成火災或其它危險。

設有熱媒出爐溫度過高保護功能：當熱媒出爐溫度高于設定的溫度時，熱媒爐不能啟動，當熱媒出爐溫度在工作狀態出現超溫達到設定的規定值時將發生聯鎖停車，這樣可以防止出現熱媒過熱。

設有風機故障的聯鎖保護功能：風機故障停車時，將不能保證燃料的完全燃燒，為防止大量燃料噴入爐膛，將聯鎖停車切斷燃料的供應系統。

設有出爐煙氣溫度過高報警功能：出爐煙氣溫度過高往往是爐膛燃燒狀況改變造成，當爐管發生泄漏熱媒參與燃燒時，將造成出爐煙氣溫度過高。根據多個用戶的運行經驗，由于排煙溫度影響因素較多，為防止誤報造成不必要的停車，本測點不作為聯鎖點，當排煙溫度過高時儀表系統將報警提醒操作人員檢查設備及燃燒狀況。

設有燃料氣壓力的報警和聯鎖功能：防止造成燃燒不完全或燃燒不穩定。

為確保熱媒爐的運行安全及燃燒狀況良好，系統設有以下自動報警聯鎖點；并設有緊急停車按鈕，按下該按鈕將切斷系統所有進爐切斷閥以及泵和風機的供電。

報警聯鎖：

1）熱媒總管出口溫度高HHS、HA；

2）熱媒盤管出口溫度高HHS、HA六取二；

3）熱媒總流量低LLS、LA；

4）燃氣壓力噴前低LLS、LA；

5）預熱器入口煙氣溫度HA；

6）膨脹罐液位LLS、LA、HA；

7）儲罐液位HA、LA；

8）主火焰熄滅聯鎖二取二；

9）風機停止聯鎖；

10）熱媒泵停止聯鎖。

6　結束語

新建導熱油爐投用后，運行平穩，便于操作，雖然也出現過幾次聯鎖，是由于泵流量開關聯鎖值設置不當、火嘴堵塞、爐膛火焰監測器故障等造成的，這些都是發生在裝置投用初期2012.7～2012.10，從2012年10月至今再未發生過聯鎖停爐，成功有效的完成了瀝青伴熱的任務。

老裝置中的導熱油爐經常聯鎖停爐及點爐困難，操作繁瑣，維護量大且維護成本高；而新建導熱油爐聯鎖情況極少發生，點爐容易、操作簡單，即使出現問題也便于查找，極大地減輕了工藝操作量及儀表日常維護工作量。

Application of PLC in Oil Furnace Process Control Running Smoothly

Chen Bin，Liu Qiao

HTF system equipment including thermal oil heaters，circulation pump，expansion tank，oil storage tanks.In conducting oil circulation pump，oil furnace，circulating among users，the use of oil furnace for oil heating.Automatic control system comprises contained PLC including the main control cabinet and all the field instruments and valves.HTM furnace and heat medium systems share a set of PLC control system，man-machine interface operation PC，the system process status and process control visualization.Since the implementation of the project，the system is running smoothly，with remarkable results.

oil furnace；PLC；interlock；control；smooth；EAF order

TE96

B

1003-6490（2016）06-0029-02

2016-05-18

陳斌（1988—），男，云南瀘西人，工程師，主要從事石油化工儀表項目實施與維護工作。