再生气加热炉工况异常原因分析及优化

赵纪涛 郑国瑞 常国军 杨艳涛 孙艳霞

【摘要】N-B终端进行分子筛及再生气加热炉进行调试试运行过程中发现，再生气加热炉由小火切至大火过程中，出现炉膛内燃烧不平稳并有火焰从火盆处底部扑出的异常工况。通过对再生气加热炉PLC控制程序进行修改。增加燃料气调节阀开大过程的渡值，及时在炉膛内建立对流状态下的动态平衡，优化再生气加热炉运行工况，解决火焰外扑问题。

【关键词】再生气加热炉 动态压力平衡 工况异常 控制程序优化

1 项目背景介绍

N-B终端利用固体吸附法对含水天然气进行脱水处理。脱水设备采用加拿大PROPAK厂家生产的三台分子筛干燥塔。天然气经分子筛干燥塔吸附脱水后达到合适的露点（-110℃左右），进入深冷单元进一步处理。

分子筛干燥塔为固体可再生吸附剂，采用周期性循环运行，单台分子筛干燥塔每个运行周期分为四个阶段：吸附阶段、再生阶段、冷却阶段和待用阶段。

（1）吸附阶段：利用分子筛干燥塔吸附天然气中携带的水分，使天然气达到合适的露点（-110℃左右）后，进入深冷单元进行进一步处理；

（2）再生阶段：吸附结束后，再生气加热炉将生产流程来的天然气加热后得到288℃左右的高温再生气，在分子筛干燥塔内循环，对分子筛进行加热，使分子筛吸附的水分气化，并随着再生气的循环带出干燥塔，从而实现对分子筛的再生；

（3）冷却阶段：再生结束后，再生气加热炉由大火切换至小火模式运行，提供60℃左右低温再生气，在分子筛干燥塔内循环流动，对再生后的分子筛干燥塔进行冷却降温，以满足进入吸附阶段吸收天然气中水分时的温度需求；

（4）待机阶段：分子筛干燥塔经过再生和冷却后，满足了吸附条件，即将进入吸附阶段前的等待时间。

N-B终端采用加拿大PROPAK厂家生产的明火式再生气热炉将工艺流程来的天然气加热至288℃后作为再生气，通过加热循环的方式对吸附水分后的分子筛干燥塔进行再生处理。为了满足分子筛干燥塔各个运行阶段的对再生气温度不同的需求，再生气加热炉设计为连续运行，通过PLC自动控制系统进行大小火切换，从而实现温度调节。

再生气加热炉运行过程中，可以通过调节底部火盆风门大小和顶部烟道挡板角度来控制炉膛内对流压力，建立合理的动态对流平衡，以保证燃料气在炉膛内充分燃烧，并控制火焰的平稳，提高加热效率。

2 再生气加热炉工况异常描述

2011年12月，该厂开始对分子筛及再生气加热炉进行调试并投入运行。在调试试运行过程中出现以下异常工况：

（1）再生气加热炉在分子筛冷却阶段再生气温度为80℃，不能达到设计冷却温度（32℃），冷却效果不理想；

（2）再生气加热炉在小火切大火过程中，炉膛内燃烧不平稳，火焰从火盆底部扑出；

（3）再生气加热炉大火切换小过程中部分火头频繁熄灭。

调试期间，试图通过调节火盆风门和烟道挡板，建立新的对流动态平衡来解决决这一问题，经过反复试验无明显效果。

3 再生气加热炉工况异常原因分析研究

（1）再生气加热炉由加拿大PROPAK厂家设计生产，设计时没有考虑浙江地区夏季的最高气温可达到40℃，在不加热的情况下就能满足32℃的再生气冷却温度要求，应该根据实际情况将低温设定值调整为60℃；温度调节阀10%的最小开度不便于再生气冷却时的温度调节；

（2）再生气加热炉由小火切换至大火时，再生气温度设定值自动由小火时的60℃变为大火时的288℃。由于再生气加热炉控制程序中PID调节中缺D值，导致温度调节阀TCV-1150开关控制不够准确，打开和关闭速度过快。因此，用于控制燃料气流量的温度控制阀TCV-1150迅速开大，瞬间由小火时的10%左右开大到60%以上。燃料气供应量瞬间增大并在炉膛内燃烧，导致炉膛内压力短时间内迅速升高，失去原来对流状态下的动态平衡。火焰在炉膛内瞬时高压作用下，迅速向炉体底部偏移，直至火焰扑出火盆。同样原因造成大小火切换时部分火头熄灭。

4 再生气加热炉工况优化思路及实施

（1）将温度调节阀TCV-1150的最小开度值在PLC程序中改成可调节变量，根据实际环境温度情况，通过调整TCV-1150最小开度设点，控制冷却阶段的再生气冷温度；

（2）将PLC控制程序在由小火切至大火期间温度调节阀TCV-1150开大过程中增加一个中间过渡值，经过一段时间的运行，待炉膛内燃烧平稳，建立新的动态对流平衡后，温度调节阀TCV-1150继续在温度设定值288℃的控制下进一步开大，直至满足再生气温度的需求。

在充分分析研究的基础上，按照既定的思路，对再生气加热炉PLC控制程序进行了修改。将温度调节阀TCV-1150的最小开度值在PLC程序中改成可调节变量，根据实际温度情况，在保证安全的情况下调小阀门最小开度值，降低再生气的冷却温度；增加了再生气加热炉由小火切至大火期间温度调节阀TCV-1150开大过程的渡值，并把这一过渡值设为可调节变量，可以根据再生气加热炉再不生产条件下的实际运行工况来调整该过渡值和过渡时间，避免由于温度调节阀TCV-1150开关过快而造成再生气加热炉工况异常。

经过多次试验和调试得出，过渡至开度设定为30%-35%，过渡时间设定为30-40秒，再生气加热炉由小火切至大火期间运行工况良好。

5 再生气加热炉工况异常原因分析研究

经过分析研究，确定再生气加热炉在由小火切至大火过程中出现工况异常原因为：再生气加热炉由小火切换至大火时，再生气温度设定值自动由小火时的60℃变为大火时的288℃。因此，用于控制燃料气流量的温度控制阀TCV-1150迅速开大，瞬间由小火时的10%左右开大到60%以上。燃料气供应量瞬间增大并在炉膛内燃烧，导致炉膛内压力短时间内迅速升高，失去原来对流状态下的动态平衡。火焰在炉膛内瞬时高压作用下，迅速向炉体底部偏移，直至火焰扑出火盆。

6 PLC控制程序优化思路及实施

根据分析结果可知，造成再生气加热炉在由小火切至大火过程中出现工况异常的根本问题在于温度控制阀TCV-1150的开关速度太快。针对这一问题做进一步的分析研究，假如将PLC控制程序在由小火切至大火期间温度调节阀TCV-1150开大过程中增加一个中间过渡值，经过一段时间的运行，待炉膛内燃烧平稳，建立新的动态对流平衡后，温度调节阀TCV-1150继续在温度设定值288℃的控制下进一步开大，直至满足再生气温度的需求。

在充分分析研究的基础上，按照既定的思路，对再生气加热炉PLC控制程序进行了修改。增加了再生气加热炉由小火切至大火期间温度调节阀TCV-1150开大过程的渡值，并把这一过渡值设为可调节变量，可以根据再生气加热炉再不生产条件下的实际运行工况来调整该过渡值和过渡时间，避免由于温度调节阀TCV-1150开关过快而造成再生气加热炉工况异常。

经过多次试验和调试得出，过渡至开度设定为30%-35%，过渡时间设定为30-40秒，再生气加热炉由小火切至大火期间运行工况良好。

5 实施效果与结论

通过对PLC控制程序进行修改化，解决了再生气加热炉温度调节阀TCV-1150开关过快的问题，优化了再生气加热炉由小火切换至大火过程中运行工况，解决了的火盆扑火问题。

经过长时间运行监测，再生气加热炉运行工况良好，大小火切换过程平稳，消除了安全隐患，保证了分子筛干燥塔的再生效果，为N-B终端平稳运行和安全生产起到保障作用。

参考文献

[1] 王义军、赵纪涛等.N-B终端操作维修手册[M].浙江宁波：西湖作业公司，2009.9