管式加热炉系统单元操作手册.doc

管式加热炉单元仿真培训系统操作说明书
文档编号:TSS_FURN.DOC

管式加热炉单元仿真培训系统

操作说明书

北京东方仿真软件技术有限公司
二〇〇六年十月

目 录

一、工艺流程说明 2
1、工艺流程简述 2
2、本单元复杂控制方案说明 2
3、设备一览 3
二、本单元操作规程 3
1、开车操作规程 3
2、正常操作规程 5
3、停车操作规程 5
4、复杂控制系统和联锁系统 6
5、仪表一览表 7
三、事故设置一览 11
四、流程仿真界面 13
附：思考题 15

一、工艺流程说明
1、工艺流程简述
本单元选择的是石油化工生产中最常用的管式加热炉。管式加热炉是一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主，管式加热炉通常由以下几部分构成：
辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。
对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。
燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。
通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
1.1、工艺物料系统
某烃类化工原料在流量调节器FIC101的控制下先进入加热炉F-101的对流段，经对流的加热升温后，再进入F-101的辐射段，被加热至420℃后，送至下一工序，其炉出口温度由调节器TIC106通过调节燃料气流量或燃料油压力来控制。
采暖水在调节器FIC102控制下，经与F-101的烟气换热，回收余热后，返回采暖水系统。
2.2、燃料系统
燃料气管网的燃料气在调节器PIC101的控制下进入燃料气罐V-105，燃料气在V-105中脱油脱水后，分两路送入加热炉，一路在PCV01控制下送入常明线；一路在TV106调节阀控制下送入油—气联合燃烧器。
来自燃料油罐V-108的燃料油经P101A/B升压后，在PIC109控制压送至燃烧器火咀前，用于维持火咀前的油压，多余燃料油返回V-108。来自管网的雾化蒸汽在PDIC112的控制压与燃料油保持一定压差情况下送入燃料器。来自管网的吹热蒸汽直接进入炉膛底部。
2、本单元复杂控制方案说明
炉出口温度控制：
TIC106工艺物流炉出口温度，TIC106通过一个切换开关HS101。实现两种控制方案：其一是直接控制燃料气流量，其二是与燃料压力调节器PIC109构成串级控制。当第一种方案时：燃料油的流量固定，不做调节，通过TIC106自动调节燃料气流量控制工艺物流炉出口温度；当第二种方案时：燃料气流量固定，TIC106和燃料压力调节器PIC109构成串级控制回路，控制工艺物流炉出口温度。
3、设备一览
V-105：燃料气分液罐
V-108：燃料油贮罐
F-101：管式加热炉
P-101A：燃料油A泵
P-101B：燃料油B泵
二、本单元操作规程
1、开车操作规程
本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。
装置的开车状态为氨置换的常温常压氨封状态。
1.1、开车前的准备
(1)公用工程启用（现场图“UTILITY”按钮置“ON”）。
(2)摘除联锁（现场图“BYPASS”按钮置“ON”）。
(3)联锁复位（现场图“RESET”按钮置“ON”）。
1.2、点火准备工作
(1)全开加热炉的烟道挡板MI102。
(2)打开吹扫蒸汽阀D03，吹扫炉膛内的可燃气体（实际约需10分钟）。
(3)待可燃气体的含量低于0.5%后，关闭吹扫蒸汽阀D03。
(4)将MI101调节至30%。
(5)调节MI102在一定的开度（30%左右）。
1.3 、燃料气准备
(1)手动打开PIC101的调节阀，向V-105充燃料气。
(2)控制V-105的压力不超过2atm，在2atm处将PIC101投自动。
1.4、点火操作
(1)当V-105压力大于0.5atm后，启动点火棒(“IGNITION”按钮置“ON”)，开常明线上的根部阀门D05。
(2)确认点火成功（火焰显示）。
(3)若点火不成功，需重新进行吹扫和再点火。
1.5、升温操作
(1)确认点火成功后，先进燃料气线上的调节阀的前后阀（B03、B04），再稍开调节阀（<10%）（TV106），再全开根部阀D10，引燃料气入加热炉火咀。
(2)用调节阀TV106控制燃料气量，来控制升温速度。
(3)当炉膛温度升至100℃时恒温30秒（实际生产恒温1小时）烘炉，当炉膛温度升至180℃时恒温30秒（实际生产恒温1小时）暖炉。
1.6、引工艺物料
当炉膛温度升至180℃后，引工艺物料：
(1)先开进料调节阀的前后阀B01、B02，再稍开调节阀FV101（<10%)。引进工艺物料进加热炉。
(2)先开采暖水线上调节阀的前后阀B13、B12，再稍开调节阀FV102（<10%)，引采暖水进加热炉。
1.7、启动燃料油系统
待炉膛温度升至200℃左右时，开启燃料油系统：
(1)开雾化蒸汽调节阀的前后阀B15、B14，再微开调节阀PDIC112（<10%)。
(2)全开雾化蒸汽的根部阀D09。
(3)开燃料油压力调节阀PV109的前后阀B09、B08。
(4)开燃料油返回V-108管线阀D06。
(5)启动燃料油泵P101A。
(6)微开燃料油调节阀PV109（<10%)，建立燃料油循环。
(7)全开燃料油根部阀D12，引燃料油入火咀。
(8)打开V-108进料阀D08，保持贮罐液位为50%。
(9)按升温需要逐步开大燃料油调节阀，通过控制燃料油升压（最后到6atm左右）来控制进入火咀的燃料油量，同时控制PDIC112在4atm左右。
1.8、调整至正常
(1)逐步升温使炉出口温度至正常（420℃）。
(2)在升温过程中，逐步开大工艺物料线的调节阀，使之流量调整至正常。
(3)在升温过程中，逐步采暖水流量调至正常。
(4)在升温过程中，逐步调整风门使烟气氧含量正常。
(5)逐步调节档板开度使炉膛负压正常。
(6)逐步调整其它参数至正常。
(7)将联锁系统投用（“INTERLOCK”按钮置“ON”）。

2、正常操作规程
2.1、正常工况下主要工艺参数的生产指标
(1)炉出口温度TIC106：420℃。
(2)炉膛温度TI104：640℃。
(3)烟道气温度TI105：210℃。
(4)烟道氧含量AR101：4%。
(5)炉膛负压PI107：-2.0mmH2O。
(6)工艺物料量FIC101：3072.5kg/h。
(7)采暖水流量FIC102：9584kg/h。
(8)V-105压力PIC101：2atm。
(9)燃料油压力PIC109：6atm。
(10)雾化蒸汽压差PDIC112：4atm。
2.2、TIC106控制方案切换
工艺物料的炉出口温度TIC106可以通过燃料气和燃料油两种方式进行控制。两种方式的切换由HS101切换开关来完成。当HS100切入燃料气控制时，TIC106直接控制燃料气调节阀，燃料油由PIC109单回路自行控制；当HS101切入燃料油控制时，TIC106与PIC109结成串级控制，通过燃料油压力控制燃料油燃烧量。
3、停车操作规程
本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。
3.1、停车准备
摘除联锁系统（现场图上按下“联锁不投用”）。
3.2、降量
(1)通过FIC101逐步降低工艺物料进料量至正常的70%。
(2)在FIC101降量过程中，逐步通过减少燃料油压力或燃料气流量，来维持炉出口温度TIC106稳定在420℃左右。
(3)在FIC101降量过程中，逐步降低采暖水FIC102的流量。
(4)在降量过程中，适当调节风门和档板，维持烟气氧含量和炉膛负压。
3.3、降温及停燃料油系统
(1)当FIC101降至正常量的70%后，逐步开大燃料油的V-108返回阀来降低燃料油压力，降温。
(2)待V-108返回阀全开后，可逐步关闭燃料油调节阀，再停燃料油泵（P101A/B）。
(3)在降低燃料油压力的同时，降低雾化蒸汽流量，最终关闭雾化蒸汽调节阀。
(4)在以上降温过程中，可适当降低工艺物料进料量，但不可使炉出口温度高于420℃。
3.4、停燃料气及工艺物料
(1)待燃料油系统停完后，关闭V-105燃料气入口调节阀（PIC101调节阀），停止向V-105供燃料气。
(2)待V-105压力下降至0.3atm时，关燃料气调节阀TV106。
(3)待V-105压力降至0.1atm时，关长明灯根部阀D05，灭火。
(4)待炉膛温度低于150℃时，关FIC101调节阀停工艺进料，关FIC102调节阀，停采暖水。
3.5、炉膛吹扫
(1)灭火后，开吹扫蒸汽，吹扫炉膛5秒（实际10分钟）。
(2)停吹扫蒸汽后，保持风门、档板一定开度，使炉膛正常通风。
4、复杂控制系统和联锁系统
4.1、炉出口温度控制
TIC106工艺物流炉出口温度TIC106通过一个切换开关HS101。实现两种控制方案：其一是直接控制燃料气流量，其二是与燃料压力调节器PIC109构成串级控制。
4.2、炉出口温度联锁
(1)联锁源
①工艺物料进料量过低（FIC101<正常值的50%)。
②雾化蒸汽压力过低（低于7atm）。
(2)联锁动作
①关闭燃料气入炉电磁阀S01。
②关闭燃料油入炉电磁阀S02。
③打开燃料油返回电磁阀S03。

17
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5、仪表一览表
位号
说 明
类型
正常值
量程上限
量程下限
工程单位
高报
低报
高高报
低低报
AR101
烟气氧含量
AI
4.0
21.0
0.0
%
7.0
1.5
10.0
1.0
FIC101
工艺物料进料量
PID
3072.5
6000.0
0.0
kg/h
4000.0
1500.0
5000.0
1000.0
FIC102
采暖水进料量
PID
9584.0
20000.0
0.0
kg/h
15000.0
5000.0
18000.0
1000.0
LI101
V-105液位
AI
40～60.0
100.0
0.0
%

LI115
V-108液位
AI
40～60.0
100,0
0.0
%

PIC101
V-105压力
PID
2.0
4.0
0.0
atm(G)
3.0
1.0
3.5
0.5
PI107
烟膛负压
AI
-2.0
10.0
-10.0
mmH2O
0.0
-4.0
4.0
-8.0
PIC109
燃料油压力
PID
6.0
10.0
0.0
atm(G)
7.0
5.0
9.0
3.0
PDIC112
雾化蒸汽压差
PID
4.0
10.0
0.0
atm(G)
7.0
2.0
8.0
1.0
TI104
炉膛温度
AI
640.0
1000.0
0.0
℃
700.0
600.0
750.0
400.0
TI105
烟气温度
AI
210.0
400.0
0.0
℃
250.0
100.0
300.0
50.0
TIC106
工艺物料炉
PID
420.0
800.0
0.0
℃
430.0
410.0
460.0
370.0
TI108
燃料油温度
AI

100.0
0.0
℃

TI134
炉出口温度
AI

800.0
0.0
℃
430.0
400.0
450.0
370.0
TI135
炉出品温度
AI

800.0
0.0
℃
430.0
400.0
450.0
370.0
HS101
切换开关
SW

0

MI101
风门开度
AI

100.0
0.0
%

MI102
档板开度
AI

100.0
0.0
%

位号
说 明
类型
正常值
量程上限
量程下限
工程单位
高报
低报
高高报
低低报
TT106
TIC106的输入
AI
420.0
800.0
0.0
℃
430.0
400
450.0
370.0
PT109
PIC109的输入
AI
6.0
10.0
0.0
ATM
7.0
5.0
9.0
3.0
FT101
FIC101的输入
AI
3072.5
6000.0
0.0
kg/h
4000.0
1500.0
5000.0
500.0
FT102
FIC102的输入
AI
9584.0
20000.0
0.0
kg/h
11000.0
5000.0
15000.0
1000.0
PT101
PIC101的输入
AI
2.0
4.0
0.0
ATM
3.0
1.5
3.5
1.0
PT112
PDIC112的输入
AI
4.0
10.0
0.0
ATM
300.0
150.0
350.0
100.0
FRIQ104
燃料气的流量
AI
209.8
400.0
0.0
NM3/H
0.0
-4.0
4.0
-8.0
COMPG
炉膛内可燃气体的含量
AI
0.00
100.0
0.0
%
0.5
0.0
2.0
0.0

三、事故设置一览
下列事故处理操作仅供参考，详细操作以评分系统为准。
1、燃料油火嘴堵
事故现象：(1)燃料油泵出口压控阀压力忽大忽小。
(2)燃料气流量急骤增大。
处理方法：紧急停车。
2、燃料气压力低
事故现象：(1)炉膛温度下降。
(2)炉出口温度下降。
(3)燃料气分液罐压力降低。
处理方法：(1)改为烧燃料油控制。
(2)通知指导教师联系调度处理。
3、炉管破裂
事故现象：(1)炉膛温度急骤升高。
(2)炉出口温度升高。
(3)燃料气控制阀关阀。
处理方法：炉管破裂的紧急停车。
4、燃料气调节阀卡
事故现象：(1)调节器信号变化时燃料气流量不发生变化。
(2)炉出口温度下降。
处理方法：(1)改现场旁路手动控制。
(2)通知指导老师联系仪表人员进行修理。
5、燃料气带液
事故现象：(1)炉膛和炉出口温度先下降。
(2)燃料气流量增加。
(3)燃料气分液罐液位升高。
处理方法：(1)关燃料气控制阀。
(2)改由烧燃料油控制。
(3)通知教师联系调度处理。
6、燃料油带水
事故现象：燃料气流量增加。
处理方法：(1)关燃料油根部阀和雾化蒸汽。
(2)改由烧燃料气控制。
(3)通知指导教师联系调度处理。
7、雾化蒸汽压力低
事故现象：(1)产生联锁。
(2)PIC109控制失灵。
(3)炉膛温度下降。
处理方法：(1)关燃料油根部阀和雾化蒸汽。
(2)直接用温度控制调节器控制炉温。
(3)通知指导教师联系调度处理。
8、燃料油泵A停
事故现象：(1)炉膛温度急剧下降。
(2)燃料气控制阀开度增加。
处理方法：(1)现场启动备用泵。
(2)调节燃料气控制阀的开度。

四、流程仿真界面

管式加热炉DCS界面

管式加热炉现场界面
附：思考题
标准答案请自行查阅相关资料，本公司不予提供。
1、什么叫工业炉？按热源可分为几类？
2、油气混合燃烧炉的主要结构是什么？开/停车时应注意哪些问题？
3、加热炉在点火前为什么要对炉膛进行蒸汽吹扫？
4、加热炉点火时为什么要先点燃点火棒，再依次开长明线阀和燃料气阀？
5、在点火失败后，应做些什么工作？为什么？
6、加热炉在升温过程中为什么要烘炉?升温速度应如何控制？
7、加热炉在升温过程中，什么时候引入工艺物料，为什么？
8、在点燃燃油火嘴时应做哪些准备工作？
9、雾化蒸气量过大或过小，对燃烧有什么影响？应如何处理？
10、烟道气出口氧气含量为什么要保持在一定范围？过高或过低意味着什么？
11、加热过程中风门和烟道挡板的开度大小对炉膛负压和烟道气出口氧气含量有什么影响？
12、本流程中三个电磁阀的作用是什么？在开/停车时应如何操作？