加熱爐是化工、煉油生產(chǎn)中重要的生產(chǎn)設(shè)備，爐出口溫度往往需要嚴(yán)格控制，最大波動范圍不允許超過土1.0℃。某煉油廠考慮到加熱爐的干擾因素比較多，爐出口測試的滯后時(shí)間比較大(時(shí)間常數(shù)為15分)，而爐膛溫度的滯后時(shí)間比較小(時(shí)間常數(shù)為3分，因此，決定選擇爐膛溫度作為副被控變量，構(gòu)成爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)，見圖1所示。
圖1 加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)
后來，在運(yùn)行過程中感到控制品質(zhì)不夠理想，在燃油壓力波動下，記錄曲線的最大偏差經(jīng)常超出±1.0℃，嚴(yán)重影響后續(xù)工序的生產(chǎn)操作，經(jīng)過分析，認(rèn)識到雖然設(shè)置了爐膛溫度所構(gòu)成的副回路，但畢竟反應(yīng)比較遲鈍，無法克服燃油壓力的較大變化，達(dá)到很高的控制質(zhì)量，于是就選擇燃油壓力作為輔助參數(shù)，構(gòu)成圖2所示的爐出口溫度與燃油壓力串級控制系統(tǒng)。比較之下，這一方案的副回路要靈敏得多，對于來自燃油方面的干擾，有很快的校正作用。
圖2 加熱爐出口溫度與壓力油壓力串級控制
這個(gè)系統(tǒng)在現(xiàn)場使用了一段時(shí)間，控制品質(zhì)完全能夠滿足要求。但是隨著時(shí)間的推移，控制質(zhì)量每況愈下，這是什么原因呢？在現(xiàn)場檢查中，對每個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了分析，總是不得而知。后來還是操作人員在停爐修理中找到了故障原因原來是由于燃油的粘度特別大，燃油逐漸在噴嘴口粘結(jié)，噴嘴的阻力漸漸增大，燃油閥后壓力慢慢升高。這時(shí)，控制器感受到這個(gè)壓力之后，命令控制閥關(guān)小，入爐燃油流量就更小，可以想見，這個(gè)控制過程是完全錯(cuò)誤的，致使?fàn)t出口溫度產(chǎn)生較大波動。
最后，選擇燃油流量為副被控變量，實(shí)現(xiàn)了燃油流量對爐出口溫度的串級控制系統(tǒng)，如圖3所示。這里我們可以看到由燃油流量構(gòu)成的副回路，有很好的快速作用，同時(shí)也不至于產(chǎn)生噴嘴口阻力增加燃油流量減少的現(xiàn)象。十幾年來，這個(gè)系統(tǒng)一直運(yùn)行正常，爐出口溫度的最大變化范圍沒有超過±1.0℃。
圖3 加熱爐出口溫度與燃油流量串級控制系統(tǒng)
通過不同控制方案的加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)故障處理情況來看，加熱爐串級控制最優(yōu)方法應(yīng)該是加熱爐出口溫度計(jì)與燃油流量串級控制，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該首選這種控制方法。
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