浮动阀是如何起压力控制器作用呢?因为这种阀膜片上部来自温度控制器的输出压力P2,而膜片下部接入燃料气阀后压力P2,只有当P1=P2时,阀杆才不动,处于平衡状态。当由于温度变化而使控制器输出压力改变为P3时,此时P2≠P3,则阀杆动作,改变阀门开度,最终使P4=P3,重新达到平衡。若由于燃料气流量变化,使燃料气改变,此时阀杆动作,改变阀门开度,最终使阀后压力回到平衡状态。
浮动阀结构如图9—40所示。它不用弹簧、不用填料、所以没有摩擦,没有机械的间隙,故工作灵敏度高,反应迅速,它与精度较高的温度控制器配套组成的控制回路,实际上起串级控制作用,能获得较好的控制效果。
采用这种方案时,被调燃料气阀后压力一般在0.04~0.08MPa之间。若被调燃料气阀后压力大于0.08MPa时,为了满足平衡的要求,则需在温度控制器的输出端串接一个倍数继动器。这个控制方案由于下述原因而受到一定限制;
①由于倍数继动器的限制,一般情况下适用于0.04~0.4MPa的气体燃料;
②一般的膜片不适用于液体燃料及温度较高的气体燃料;
③当膜片上下压差较大时,膜片容易损坏。
下面举例说明加热炉控制系统的应用。
在催化裂化装置中,为了保证催化裂化反应的进行,需将原料油加热至400°C,送至反应器,在催化剂作用下,使油品裂化生成汽油和气体。工业上常采用圆筒炉将原料油加热至40°C,其控制系统如图9—41所示。
刚开工生产时,该装置没有产生燃料油,因而采用热裂化来的干气作燃料,这里采用浮动阀,由炉出口温度控制器输出直接去控制浮动阀。当生产正常时本装置自产重质燃料油,此时炉出口温度与燃料油阀后压力组成串级控制,保证炉出口温度满足工艺要求(在这里温度控制器输出加入了一个转换开关,以选择燃油还是燃气)。其余扰动因素采用单回路控制系统予以克服。
在装置厂常压蒸馏装置中,管式加热炉是重要设备之一,它的任务是把原油加热至一定温度,然后去常压塔分馏,分离出各种产品。加热炉出口温度是否平稳,直接影响后续工序的分馏效果。加热炉的平稳操作,可以延长炉管的寿命。因此,炉子出口温度要求严格控制。其控制系统如图9—42所示。这里是一个方箱炉,采用两组炉管进行加热,为保证出口温度的稳定,用了两组炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统。其余一些扰动因素采用单回路控制系统来克服。
在加热炉的自动控制系统中,有时遇到生产负荷即进料流量、温度变化频繁,扰动幅度又较大,此时采用串级控制仍难以满足生产要求,而采用如图9—43所示的前馈—反馈控制系统,往往是行之有效的。前馈控制部分克服进料流量(或温度)的扰动作用,而反馈控制克服其余扰动作用。
(三) 安全联锁保护系统
为了保证加热炉的安全,防止事故的发生,应有必要设置安全联锁保护系统。至于采用哪些安全联锁保护系统,应视具体情况而定。
(1)以燃料气为燃料的加热炉安全联锁保护系统 在以燃料气为燃料的加热炉中,主要危险包括:
①被加热工艺介质流量过少或中断,此时必须采取安全措施,切断燃料气控制阀,停止燃料,否则会将加热炉管子烧坏,使其破裂造成严重的生产事故;
②当火焰熄灭时,会在燃烧室里形成危险的燃料空气混合物;
③当燃料气压过低即流量过小时,会出现回火现象,故要保证最小燃料气流量;
④当燃料气压力过高,喷嘴会出现脱火现象,以至造成熄火,甚至会在燃料室里形成大量燃料气—空气?昆合物,造成爆炸事故。
作为例子,可设置如图9—44所示的安全联锁保护系统,它包括以下几部分。