煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法技術

本發明專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，屬于工業加熱爐自動控制技術領域，本發明專利技術依據進加熱爐燃料氣供氣管路的燃料氣流量、壓力及調節閥閥位等現有常規儀表測量過程參數，根據本發明專利技術方法的步驟確定軟測量計算模型，在線實時計算燃料氣的熱值，其中軟測量模型系數則通過采集加熱爐過程相關參數的一段生產運行數據、采用本發明專利技術方法給定的步驟計算確定，對于生產過程中因燃料氣組分變化導致加熱爐出口溫度、煙氣氧含量等控制波動大的情形，依據此方法實時計算的熱值結果，既可以作為及時操作調整的參考；也可以設計實施合理的前饋控制與優化策略，改進加熱爐關鍵參數的自動控制品質；以提高加熱爐運行的安全性和經濟性。

【技術實現步驟摘要】
煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法
本專利技術涉及煉油化工企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量建模方法，屬于工業加熱爐自動控制

技術介紹
工業加熱爐，是煉油化工行業的關鍵設備之一，廣泛應用于常減壓蒸餾、延遲焦化、重整、加氫裂化、加氫精制、乙烯裂解等大型煉化裝置。在煉油化工裝置工藝流程中，加熱爐通常用于對反應器、精餾塔等進料的加熱。反應、精餾等過程對爐出口溫度的平穩精密控制有很高的要求，例如乙烯裂解爐，通常要求爐出口溫度波動偏差不超過±1.5℃。另外，加熱爐通常也是大型能耗設備，煙氣過剩氧含量是影響運行中加熱爐熱效率的首要因素。在正常運行狀態，煙氣過剩氧含量每增加1個百分點，加熱爐熱效率會降低約0.5個百分點。平穩卡邊控制煙氣過剩氧含量，是加熱爐節能降耗的關鍵之一。加熱爐燃燒過程控制的優化，主要包括被加熱介質爐出口溫度的平穩精密控制，和煙氣過剩氧含量的平穩卡邊控制。在加熱爐過程控制中，對于加熱爐熱負荷的變化，燃料氣量是調節手段；對于因燃料氣流量、熱值的變化導致的煙氣氧含量變化，則相應地需要調節燃燒空氣量來補償。加熱爐熱負荷的變化(因進料溫度、進料流量、或爐出口溫度控制目標的變化)，通常是緩慢的或小幅度的。但隨著煉化企業氣體深加工利用技術的推廣應用，經常出現燃料氣熱值變化快、變化幅度大的情形，燃料氣熱值的波動就成為加熱爐過程控制的主要干擾因素。及時檢測到燃料氣熱值的變化，并采用前饋控制技術，可以大大改進這種變化對加熱爐燃燒過程控制的干擾影響，提高自動控制品質。煉油化工企業加熱爐中，熱值波動快且波動幅度大的燃料氣，通常是工廠管網的燃料氣。為便于理解和區別，本專利技術方法所涉及的燃料氣，除非特別說明，均指管網燃料氣。已有的燃料氣熱值在線檢測方法，是在燃料氣系統安裝燃料氣熱值在線分析儀。但在線分析儀，通常存在一定的時間滯后，這對于加熱爐快速燃燒過程的控制，是不利的。此外，在線熱值分析儀因其結構復雜、內嵌微型燃燒室，與常規儀表、調節閥相比，故障率比較高，維護工作量大。因此，建立基于常規流量、壓力儀表和控制閥參數的燃料氣熱值在線軟測量模型，在線實時檢測出燃料氣熱值，克服時間滯后的控制困難、大大節省硬件投資、降低維護工作量、提高加熱爐燃燒過程控制的平穩性和可靠性，是亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，給出一種簡便可靠的加熱爐燃料氣熱值在線軟測量方法，實現加熱爐燃料氣熱值的在線實時檢測。本專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，包括以下步驟：(1)確定燃料氣的組成，即確定氫和烴類物質之外的雜質含量，確定燃料氣流量調節閥的流量特性；(2)確定燃料氣流量調節閥兩端的壓差ΔP；(3)離線計算確定工程熱值系數C；(4)確定燃料氣熱值q的在線軟測量計算模型；(5)建立軟測量，實現燃料氣熱值q的在線實時檢測。本專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其中所述步驟(1)中，燃料氣的組成以氫和烴類物質為主、其它雜質含量不超過燃料氣總質量的5％；燃料氣流量調節閥的流量特性是等百分比流量特性或直線流量特性。本專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其中所述步驟(1)中，燃料氣流量調節閥兩端的壓差ΔP＝P-P0，其中：P為燃料氣緩沖罐壓力，單位為MPa；P0為爐膛壓力，單位為MPa。本專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其中所述步驟(3)中，工程熱值系數C值按以下步驟離線計算獲得：步驟(3.1)，采集3到7天時間的加熱爐過程歷史數據(采樣間隔1分鐘)。需要采集的加熱爐過程參數有：1)FM：被加熱介質流量，t/h2)T1：被加熱介質進爐前溫度，℃3)T2：被加熱介質爐出口溫度，℃4)AO：加熱爐煙氣氧含量，％5)TG：加熱爐排煙溫度，℃6)F：管網燃料氣體積流量，Nm3/h7)F2：裝置自產燃料流量，僅針對附圖2的情形，Nm3/h8)P：燃料氣緩沖罐壓力，MPa9)P0：爐膛壓力，MPa10)l/L：燃料氣流量調節閥閥位，百分比值換算成0～1的值。步驟(3.2)，將上述過程歷時數據，導入Excel表格中，采用曲線觀察或比較標準偏差的方法，選擇煙氣氧含量和排煙溫度最為平穩的4到8小時的一段數據作為選定時間段數據，以氧含量平穩優先選擇，采用該選定時間段數據參與后續計算，對于每一過程參數，該選定時間段的數據表示為一數組，例如FMj，j＝1,2,…,n，這里n等于選定時間段的分鐘數。步驟(3.3)，采用如下簡化公式，首先計算出選定時間段的加熱爐熱效率ηj(％)：ηj＝97-[(0.0083+0.031*αj)*(TGj+0.000135*TGj*TGj)-1.1]式中：αj＝(21-0.0627*AOj)/(21-AOj)，干煙氣氧含量分析儀時αj＝(21-0.116*AOj)/(21-AOj)，濕煙氣氧含量分析儀時TGj為加熱爐排煙溫度。步驟(3.4)，在通用化工數據手冊中查出、或采用化學工程方法計算出：被加熱介質在工作狀態下的定壓比熱容Cp(單位：MJ/(t·℃))。Cp為常數，采用工作狀態下的均值。步驟(3.5)，計算選定時間段的加熱爐熱負荷Qj(MJ/h)：步驟(3.6)，采用倒推法計算選定時間段的燃料氣熱值quse,j(MJ/Nm3)：當加熱爐只有一路燃料即被研究的管網燃料氣時，當加熱爐有兩路燃料，即主要一路為被研究的管網燃料氣、另一路為補充燃料時，式中：C2為補充燃料的熱值，MJ/Nm3，其值是恒定、或近似恒定的，計算時視為常數，從加熱爐所屬裝置的標定數據獲得，補充燃料通常采用裝置自產燃料氣或燃料油。步驟(3.7)，計算工程熱值系數C值：當燃料氣流量調節閥為等百分比流量特性時：當燃料氣流量調節閥為直線流量特性時：以上兩式中：n為選定時間段的數據樣本總數。本專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其中所述步驟(4)中，燃料氣熱值q的在線軟測量計算模型為：當燃料氣流量調節閥為等百分比流量特性時，燃料氣熱值的在線軟測量計算模型為：當燃料氣流量調節閥為直線流量特性時，燃料氣熱值的在線軟測量計算模型為：以上兩個軟測量模型公式中，被檢測變量q：燃料氣的熱值，單位為MJ/Nm3輸入變量l/L：燃料氣流量調節閥閥位，百分比換算成0～1的值輸入變量ΔP：燃料氣流量調節閥兩端壓差，單位為MPa輸入變量F：燃料氣體積流量，單位為Nm3/h模型系數C：工程熱值系數(常數，步驟(3)計算獲得)。本專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其中所述步驟(5)中軟測量的在線實現，采用DCS計算功能塊組態或采用上位機軟測量軟件。本專利技術煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，采用加熱爐燃料供氣管路中的常規測量儀表和調節閥閥位信息，通過軟測量模型計算，在線實時檢測加熱爐燃料氣熱值。該軟測量方法簡便可靠，不存在滯后時間，與傳統的配置在線燃料氣熱值分析儀的方法相比，更有利于加熱爐的被加熱介質出口溫度和煙氣氧含量等關鍵參數的控制。下面結合附圖對本專利技術的煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法作進一步說明。附圖說明圖1為本專利技術所述單路燃料時的加熱爐流程示意圖；圖2為本專利技術所述兩路燃料時的加熱爐流程示意圖；圖3為本專利技術的軟測量DCS功能塊組態實現示意圖。具體實施方式煉化企業的加熱爐，燃料來源通常有三種情形：(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其特征在于包括以下步驟：(1)確定燃料氣的組成，即確定氫和烴類物質之外的雜質含量，確定燃料氣流量調節閥的流量特性；(2)確定燃料氣流量調節閥兩端的壓差ΔP；(3)離線計算確定工程熱值系數C值；(4)確定燃料氣熱值q的在線軟測量計算模型；(5)建立軟測量，實現燃料氣熱值q的在線實時檢測。

【技術特征摘要】
1.一種煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其特征在于包括以下步驟：(1)確定燃料氣的組成，即確定氫和烴類物質之外的雜質含量，確定燃料氣流量調節閥的流量特性；(2)確定燃料氣流量調節閥兩端的壓差ΔP；(3)離線計算確定工程熱值系數C值；(4)確定燃料氣熱值q的在線軟測量計算模型；(5)建立軟測量，實現燃料氣熱值q的在線實時檢測。2.根據權利要求1所述的煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其特征在于：所述步驟(1)中，燃料氣的組成以氫和烴類物質為主、其它雜質含量不超過燃料氣總質量的5％；燃料氣流量調節閥的流量特性是等百分比流量特性或直線流量特性。3.根據權利要求1所述的煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其特征在于：所述步驟(2)中，燃料氣流量調節閥兩端壓差ΔP＝P-P0，其中：P為燃料氣緩沖罐壓力，P0為爐膛壓力，單位均為MPa。4.根據權利要求1所述的煉化企業加熱爐燃料氣熱值的在線軟測量方法，其特征在于：所述步驟(3)中，工程熱值系數C值按以下步驟離線計算獲得：步驟(3.1)，采集3到7天時間的加熱爐過程歷史數據，采樣間隔1分鐘，需要采集的加熱爐過程參數有：1)FM：被加熱介質流量，t/h2)T1：被加熱介質進爐前溫度，℃3)T2：被加熱介質爐出口溫度，℃4)AO：加熱爐煙氣氧含量，％5)TG：加熱爐排煙溫度，℃6)F：管網燃料氣體積流量，Nm3/h7)F2：裝置自產燃料流量，Nm3/h8)P：燃料氣緩沖罐壓力，MPa9)P0：爐膛壓力，MPa10)l/L：燃料氣流量調節閥閥位，百分比值換算成0～1的值；步驟(3.2)，將上述過程歷時數據，導入Excel表格中，采用曲線觀察或比較標準偏差的方法，選擇煙氣氧含量和排煙溫度最為平穩的4到8小時的一段數據作為選定時間段數據，以氧含量平穩優先選擇，采用該選定時間段數據參與后續計算，對于每一過程參數，該選定時間段的數據，表示為一數組FMj，j＝1,2,…,n，這里n等于選定時間段的分鐘數；步驟(3.3)，采用如下簡化公式，首先計算出選定時間段的加熱爐熱效率ηj，用百分比表示：ηj＝97-[(0.0083+0.031*αj)*(TGj+0.000135*TGj*TGj)-1.1]式中：αj＝(21‐0.0627*AOj)/(21‐AOj)，干煙氣氧含量分析儀時αj＝(21-0.116*AOj)/(21-AOj)，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：匡華清，關新虎，馮新國，
申請(專利權)人：石化盈科信息技術有限責任公司，
類型：發明
國別省市：北京;11