目录1 管式加热炉概述...............................................................错误!未定义书签。

管式加热炉在石油工业中的重要性 (1)管式加热炉的基本构成与组成 (1)管式加热炉出口温度控制系统设计目的及意义 (1)2 管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求.....................................错误!未定义书签。

管式加热炉出口温度控制系统工作原理..................... ........ . (2)管式加热炉出口温度控制系统控制要求 (2)3 管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计.........................................错误!未定义书签。

管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析 (2)管式加热炉出口温度控制系统的工艺流程设计 (2)4 管式加热炉出口温度控系统现场仪表的选型与连线图...............................错误!未定义书签。

控制系统中温度检测元件的选型 (3)控制系统中变送器的选型 (4)控制系统中执行器（调节阀）的选型 (4)控制系统中调节器的选型 (5)控制系统中的连锁保护与接线图 (6)5管式加热炉出口温度串级控制系统分析...........................................错误!未定义书签。

控制系统方框图与工作过程 (7)主、副调节器规律选择 (7)主、副调节器正反作用方式确定 (7)控制器参数工程整定 (8)6 管式加热炉出口温度串级控制系统的MATLAB SIMULINK仿真与分析...................错误!未定义书签。

传递函数的选择 (9)系统的参数的选择 (9)系统的仿真分析 (10)7 感受与体会..................................................................错误!未定义书签。

8参考文献....................................................................错误!未定义书签。

1 管式加热炉概述管式加热炉在石油工业中的重要性⑴加热温度高（火焰温度1000℃以上），传热速率快。

⑵是整个石油加工和石油化工过程中能耗最大的设备之一。

⑶是控制运转周期及自动化及自动化程度的关键设备。

管式加热炉的基本构成与组成管式加热炉是一种直接受热加热设备主要用于加热气体或液体化工原料，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。

管式加热炉一般由辐射室、余热回收系统、对流室、燃烧器和通风系统等五部分组成，如图1所示。

（1）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（2种方法。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。

管式加热炉出口温度控制系统设计目的及意义加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于管式加热炉具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。

同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。

加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。

因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。

另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。

2 管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求管式加热炉出口温度控制系统工作原理控制原理如图2所示，管式加热炉的主要任务是把物料加热到一定温度，以保证下一道工序的顺利进行。

燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，物料流过炉膛四周的排管中，就被加热到出口温度。

在燃料油管道上装设一个调节阀，物用它来控制燃油量以达到所需出口温度1T 的目的。

管式加热炉出口温度控制系统控制要求影响出口温度1T 变化的因素有很多种，主要表现在：（1） 被加热物料的流量与初温1D 。

（2） 燃料热值的变化、压力波动、流量的变化2D 。

（3） 烟窗挡板位置的改变、抽力的变化3D 。

其中燃料油压力和过热蒸汽压力都可以用专门的调节器保持其稳定，以便把扰动因素减小到最低限度，能够及时准确的实现控制过程。

工艺上对出口温度要求不高，一般希望波动范围不超过±1～2%。

3 管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析由于从燃料油调节阀开始作用到出口温度1T 的改变，整个控制通道的容量滞后大，时间常数大，这就会导致控制系统的控制作用不及时，反应迟钝、最大偏差大、过渡时间长、抗干扰能力差，控制精度降低。

除1D 外，2D 、3D 的变化进入系统的位置，都是首先影响炉膛温度2T ，而后经过加热管管壁的影响被加热油料的温度1T 。

而炉膛的惯性小，而炉膛的惯性小，其温度变化很快就可以反映出来，则控制通道的容量滞后大大减小，对干扰2D 、3D 能够及时克服，减小它们对出口温度的影响。

所以单独用单回路的出口温度或炉膛温度控制系统各有优缺点，为了同时发挥它们的优点，考虑选用出口温度—炉膛温度的串级控制系统。

管式加热炉出口温度控制系统的工艺流程设计加热炉温度串级控制系统是以原料油出口温度为被控参数的控制系统。

其它被控参数有炉膛温度，膛壁温度，燃料流量，原料油流量。

主温度调节器对被控参数精确控制，与图2副温度调节器对来自燃料干扰的及时控制相结合，先根据炉膛温度T 2的变化，改变燃料量，快速消除来自燃料的干扰对炉膛温度的影响；然后再根据原料油出口温度T 1与设定值的偏差，改变炉膛温度调节器的设定值，进一步调节燃料量，使原料油出口温度恒定，达到温度控制的目的。

副回路的选择也就是确定副回路的被控参数。

燃料由于其成分和流量变化，对控制过程产生极大干扰。

所以，我们选择炉膛温度为串级控制系统的辅助被控参数。

串级系统中，为解决滞后时间与控制要求之间的矛盾，保持出口温度1T 的稳定，可根据炉膛温度2T 的变化，先调节燃油量，然后再根据被加热油料出口温度与给定值之间的偏差，进一步调节燃油量，以保持出口温度1T 稳定，既包括对所有的扰动控制要求，又及时克服了各种扰动的影响，这样就构成了出口温度调节器与炉膛温度调节器串联起来的串级控制系统（如图3所示）。

4 管式加热炉出口温度控系统现场仪表的选型与连线图控制系统中温度检测元件的选型由于加热炉炉膛温度不能太高，炉膛温度一般控制在850℃以下，温度高有利于辐射传热，但太高会导致炉管结焦和烧坏，所以设此控制系统中的炉膛温度要求为700℃左右，而管式加热炉出口温度假设为石油分馏的温度300℃。

由产品执行标准IEC584、GB/T16839-1997、JB/T5518-1991、GB3836热电偶标准，在1000℃以下一般用K 型热电偶和N 型热电偶，热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。

其优点是：（1）量精度高。

因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

（2）测量范围广。

常用的热电偶从-50～+1600℃均可边续测量。

（3）构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

图3表1如表1所示：所以物料出口处选择WRN 型分度号K ，允差等级为Ⅰ的热电偶。

如表2所示：炉膛温度的检测热电偶选择WRK 型分度号E ，惰性级别为Ⅰ的热电偶。

使用热电偶时，由于冷端暴露在空气中，受周围环境温度波动的影响，且距热源较近，其温度波动也较大，给测量带来误差，为了降低这一影响，通常用补偿导线作为热电偶的连接导线。

补偿导线的作用就是将热电偶的冷端延长到距离热源较远、温度较稳定的地方。

控制系统中变送器的选型SBWR 、SBWZ 系列热电偶、热电阻温度变送器是DDZ 系列仪表中的现场安装式温度变送器单元，与工业热电偶、热电阻配套使用，它采用二线制传输方式(两根导线作为电源输入和信号输出的公用传输线)。

按国家防爆规程进行设计的，而且增加了安全栅，实现了控制室与危险场所之间的能量限制于隔离，使仪表能在危险的场所中使用。

将工业热电偶、热电阻信号转换成与输入信号或与温度信号成线性的4-20mA 、0-10mA 的输出信号。

技术指标为：1、输入信号：K 型热电偶、E 型热电偶、S 型热电偶、B 型等热电偶信号输入2、供电电压：10-30VDC 、负载电阻：0-500Ω3、输出信号：二线制4-20mA ，最大30mA4、热电偶温度变送器精度：%FS5、回路保护：带反向连接保护（防止电源正负极）由表3知物料出口温度处选择SBW-R-70型变送器，炉膛温度选择SBW-R-10型变送器。

控制系统中执行器（调节阀）的选型 由于调节阀用于燃料油量调节选择气动调节阀，燃料油粘度比较大，为了减弱腐蚀防止堵塞，由于角形阀的阀体受流体的冲击小，体内不易结污，对粘度高的流体尤为适用，并且调节稳定性较好。

所以选用角形阀。

表2表3从安全角度出发，一旦调节阀损坏，保证控制阀处于全关状态，切断燃料进入加热炉，确保设备安全，所以要选择气开调节阀。

综上选择ZMAS 型气动薄膜角形单座调节阀，阀体为直角形，阀芯不单导向结构，阀的流路简单，便于自净和清洗。

阻力小，适用于高粘度，含有悬浮物和颗粒状物质的流体的调节，可避免结焦、粘结、堵塞。

由ZMAS 型气动薄膜角型调节阀型号编制说明知，选择ZMAS-320K 型的调节阀。

含义为，ZMA ：气动薄膜正作用式， K ：气开式；320：PN320MPa 。

EPC1000系列电气转换器是在引进国外先进技术的基础上开发的新一代电气转换器产品，它可将不同输入电流信号转换成相对应输出的气动信号。

本产品具有体积小，结构巧妙，精度高，稳定性好，安装方便等优点。

如表4所示，选择型号为EPC110-OG-I 型的电器转换器。

技术参数为： 1、气源压力范围： 最小值：高于输出压力上限值20kPa ；最大值：700kPa 。

2、线性度：≤跨度的±1%。

3、重复性：≤跨度的±%。

4、回差：≤跨度的±%。

控制系统中调节器的选型XMT-8000系列智能型数字显示调节仪采用新的智能仪表设计方案，对原有的数显表进行了修正处理，使仪表无论在外观还是性能都有的更进一步的提升，仪表内置PID 功能与位式控制功能，采用美观大方的轻触键设置，是工业控制中低价位仪表与高性能定位的理想选择。