炼油厂管式加热炉优化与控制的研究

摘要

在现代炼油企业中，拥有多支路的管式加热炉是最常见的装置之一，同时，对于企业来说，其也是最大的耗能装置。随着技术的进步和控制理论的持续发展，通过对于控制的改进来实现对现存的装置控制方案的优化，从而提高装置的安全系数和经济效益，是提高企业效益的重要手段。本文中，针对炼油厂管式加热炉装置，研究通过综合优化与控制的方法，力求达到提高加热炉的热效率和改善管式加热炉控制的目的。
　　 1、针对炼油厂多支路多燃烧喷嘴的管式加热炉的热效率测定进行了归纳。首先对炼油厂多支路多燃烧喷嘴的管式加热炉效率计算中所遵循的行业标准、公式法则进行了描述，然后，总结了加热炉热效率测定过程中，需要测量的各个变量及在测定中需要注意的事项，最后，描述并总结了加热炉热效率测定中涉及的热焓的计算问题及其回归公式。
　　 2、针对多支路多燃烧喷嘴的管式加热炉热效率测定过程中，需要测量的变量比较多，不利于其热效率在线实时监视的特点，提出了基于过剩空气系数和空气进出入炉膛温度差值的多支路多燃烧喷嘴的加热炉热效率模型。根据提出的加热炉热效率模型和现存的加热炉热效率数据，通过PSO优化算法，找到了热效率模型中各个优化因子的参数。对于含有四个优化因子的加热炉热效率模型，我们通过基本的PSO算法，能够达到比较满意的优化因子参数，对于含有九个优化因子的加热炉热效率模型，我们利用HPSO算法，得到了令人满意的加热炉热效率模型优化因子参数。
　　 3、对于管式加热炉监控过程中的热效率实时监视和氧含量控制问题，提出了基于本文中所介绍的加热炉热效率模型的热效率实时监控系统和氧化量控制系统设计方案。对于加热炉热效率实时监控系统，提出了在现有加热炉DCS控制系统之上的系统设计方案，从而实现加热炉热效率实时在线的显示在DCS系统操作站。对于氧含量控制系统，提出和仿真了利用加热炉热效率模型，针对不同的工况，改变加热炉氧含量设定值，从而达到加热炉能够一直安全，高效运行的目的。
　　 4、针对管式加热炉控制过程中，存在的支路平衡问题，研究和比较了加热炉支路平衡控制的偏差控制技术和多偏差控制技术。对于偏差控制技术和多偏差控制技术在四支路加热炉系统中的应用，进行了仿真，取得了比较满意的结果，能够在满足多支路加热炉的总流量保持不变的基础上，实现多支路加热炉各个支路的温度出口温度保持统一的控制。
　　 5、针对支路平衡控制问题，在偏差控制技术和多偏差控制技术的基础上，总结他们的优点和不足，提出了基于广义补偿的加热炉热效率控制方案。文章中，给出了广义补偿控制技术的理论证明和控制器设计方法，对于广义补偿控制技术在四支路加热炉系统中的应用，进行了大量的仿真实验，并与偏差控制技术和多偏差控制技术，进行了比较说明。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题的目的和意义

1．1．1 我国能源和环境现状

1．1．2 管式加热炉概述

1．2 国内外石化行业加热炉控制现状

1．2．1 我国石化行业加热炉控制现状

1．2．2 国外石化行业加热炉控制现状

1．2．3 加热炉控制方案改进的研究

1．3 完成的主要工作

第二章 管式加热炉热效率测定的研究

2．1 引言

2．2 热效率测定概述

2．2．1 相关行业标准

2．2．2 相关变量的测量

2．2 管式炉热效率测定算法

2．2．1 管式炉热效率计算公式

2．2．2 管式加热炉的三种体系

2．3 热焓的计算

2．3．1 液相石油馏分的热焓

2．3．2 气相石油馏分的热焓

2．3．3 过热水蒸汽的热焓

2．3．4 烟气和空气的热焓

2．4 小结

第三章 基于PSO优化算法的加热炉热效率估计

3．1 引言

3．2 加热炉热效率模型

3．2．1 过剩空气系数与氧含量的关系

3．2．2 热效率和过剩空气系数及排烟温度上升量的关系

3．3．3 加热炉热效率模型

3．3 PSO算法在热效率模型寻优中的应用

3．3．1 算法描述

3．3．2 仿真研究结果

3．3．3 仿真结果分析

3．4 HPSO算法在热效率模型寻优中的应用

3．4．1 算法描述

3．4．2 仿真研究结果

3．4．3 仿真结果分析

3．5 热效率模型在加热炉热效率监视中的应用

3．6 热效率模型在氧含量控制中的应用

3．6．1 氧含量控制综述

3．6．2 加热炉氧含量控制方案

3．6．3 加热炉氧含量控制应用实例

3．7 小结

第四章 加热炉支路平衡控制方法的研究

4．1 引言

4．2 支路平衡问题描述

4．3 同类系统和异类系统

4．4 偏差控制技术原理

4．5 偏差控制技术仿真

4．5．1 仿真实验说明

4．5．2 同类系统仿真

4．5．3 异类系统仿真

4．6 多偏差控制技术原理

4．7 多偏差控制技术仿真

4．7．1 仿真实验说明

4．7．2 同类系统仿真

4．7．3 异类系统仿真

4．8 小结

第五章 基于广义补偿的加热炉支路平衡控制技术

5．1 引言

5．2 广义补偿控制技术

5．2．1 问题描述

5．2．2 广义补偿控制技术原理

5．3 系统分析和控制器的设计

5．3．1 同类系统分析

5．3．2 异类系统分析

5．3．3 控制器设计

5．4 仿真实验

5．4．1 仿真实验说明

5．4．2 同类系统的仿真

5．4．3 异类系统的仿真

5．5 结论

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

工程硕士研究生学位论文答辩委员会决议书