導熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)的自動控制技術研究

汪琦 俞紅嘯 張慧芬 汪萍 蔣偉忠

1上海熱油爐涉及開發(fā)中心（上海 200042）2常州新區(qū)能源設備有限公司（江蘇常州 213032）

化工設備

導熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)的自動控制技術研究

汪琦1俞紅嘯1張慧芬1汪萍2蔣偉忠2

1上海熱油爐涉及開發(fā)中心（上海 200042）2常州新區(qū)能源設備有限公司（江蘇常州 213032）

介紹了導熱油循環(huán)供熱控制系統(tǒng)的類型和設計原則，結合壓延法人造革生產線的實例，給出了導熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)的溫度控制、流量控制、壓力控制和報警保護，最后討論了導熱油爐的供熱控制系統(tǒng)及安全聯(lián)鎖。

導熱油爐 循環(huán)供熱系統(tǒng) 自動控制 安全聯(lián)鎖 溫度控制 報警信號

導熱油鍋爐具有高溫低壓、溫度控制精度高等特點，被廣泛應用于工業(yè)領域。在壓延法人造革生產線上，對原來的加熱系統(tǒng)進行改造，將原來蒸汽加熱和電加熱改為導熱油循環(huán)加熱。以導熱油爐作為供熱設備，能夠提供比較穩(wěn)定的高溫熱源，從而達到節(jié)能省電、降低能源消耗、提高經(jīng)濟效益的目的。

設計開發(fā)的導熱油供熱節(jié)能裝置及其溫度控制系統(tǒng)，除了可以應用在壓延法人造革生產線上之外，還可用于塑料機械、塑料模具、塑料成型加工等工藝過程，是節(jié)約電能、降低生產成本的新型節(jié)能裝備。

1 導熱油供熱系統(tǒng)的特性

在壓延法人造革生產線上，采用導熱油加熱系統(tǒng)代替原來的電加熱和蒸汽加熱是非常理想的供熱方法，這主要是由于導熱油供熱系統(tǒng)具有以下一系列優(yōu)點。

1.1 供熱溫度高

導熱油供熱系統(tǒng)最高溫度可達320℃，而且溫度可隨意控制和調節(jié)。人造革行業(yè)生產工藝需要的溫度以發(fā)泡箱為最高，為210～230℃；四輥壓延機輥筒溫度為160～170℃；二輥開煉機等用熱設備溫度不高，均遠遠低于導熱油所能提供的最高溫度，所以導熱油供熱系統(tǒng)完全可以滿足人造革行業(yè)生產工藝的要求。

1.2 加熱均勻緩和、安全可靠

由于在300℃時導熱油基本不汽化，因此可在較低的運行壓力下通過液相輸送熱能，使用壓力遠小于同樣溫度下水的飽和蒸汽壓力；在寒冷地區(qū)導熱油不易凍結；在易燃、易爆場合，絕對不會引起燃燒和爆炸，比電加熱更安全可靠。

1.3 用熱效率高、經(jīng)濟效益好

燃煤導熱油加熱系統(tǒng)以煤為燃料、導熱油為熱載體，利用熱循環(huán)油泵強制導熱油在鍋爐、管道、散熱器等構成的封閉系統(tǒng)中循環(huán)。導熱油將從鍋爐中吸收的熱量在流經(jīng)散熱器時散出，其溫度一般下降15℃左右，待回到鍋爐中補充少許熱能后，溫度又上升到設定的出口油溫，然后再次進入循環(huán)。所以，熱能損失較少，熱效率較高。該系統(tǒng)不會出現(xiàn)蒸汽加熱中因疏水閥問題和不回收冷凝水而帶來的熱損失。產生同樣的熱量，使用導熱油加熱一般比蒸汽加熱節(jié)煤30%～40%，比電加熱費用降低70%～80%，一般使用2～6個月就能全部收回改造費用。

1.4 操作簡便

與水傳熱介質相比，避免了繁瑣的給排水處理。

1.5 維護費用低

導熱油對用熱設備和管道無腐蝕，可節(jié)省設備和管道的部分維修費用。

1.6 節(jié)約電力資源

以型煤代電較電加熱節(jié)省電能90%，可避免因供電緊張而停電引起的生產損失，緩解電力緊張的局面。

2 導熱油供熱的控制系統(tǒng)類型

導熱油供熱的控制系統(tǒng)大致分為5種。

2.1溫控表+強電邏輯控制

該控制系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的強電元件進行簡單的邏輯控制，用溫度控制儀表控制出口溫度。其優(yōu)點是價格較低，缺點是體積大，顯示和控制功能弱、可靠性差。一般用于中小型導熱油鍋爐的簡單控制和低檔場合。

2.2 專用電腦控制器

專用于導熱油鍋爐的電腦控制器，采用集成電路替代了前者粗大并帶機械觸點的強電元件，提高了可靠性。用電腦軟件實現(xiàn)智能化控制，用薄膜開關、發(fā)光二級管（LED）或液晶顯示等現(xiàn)代人機界面替代前者傳統(tǒng)龐大的按鈕和指示燈。該控制器可以實現(xiàn)前者所有的功能，還可以實現(xiàn)前者難以實現(xiàn)的定時、故障記憶等較復雜的控制。

燃煤導熱油鍋爐電腦控制器可以對鼓風、引風、爐排、出渣等設備進行自動啟動延時和順序控制、自動停止延時和順序控制，還可以在手動控制鼓風和引風時，設置延時控制功能。

該控制器適用于中小型導熱油鍋爐的較復雜控制和中高檔場合，是溫控表+強電邏輯控制的替代形式。該控制器還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，可以作為集散控制系統(tǒng)（DCS）中的下位機。

2.3 可編程控制器（PLC）

PLC具有很強的模塊擴展能力，因此常用于大型導熱油鍋爐的控制和多參數(shù)監(jiān)控。PLC可以使用觸摸屏作為人機界面，鍋爐的工作情況用圖形或中文來顯示，并可進行觸控操作。該控制器適用于高檔場合。

PLC也具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，既可作DCS系統(tǒng)中的下位機，也可作為功能簡單的上位機。在環(huán)境條件較惡劣的使用現(xiàn)場和可靠性要求較高的場合，應選用PLC作下位機。PLC是專為工業(yè)控制設計的，與其他下位機相比，其可靠性最高、運行和維修最方便、性價比最高。

2.4 工業(yè)控制計算機（工控機）

工控機具有強大的數(shù)據(jù)記錄、存儲、分析和處理、復雜顯示、打印輸出等能力，可以用在導熱油鍋爐的任何負責控制和監(jiān)控的場合。工控機一般用作DCS系統(tǒng)中的上位機。由于工控機的價格不是太高，也可作為下位機使用。工控機用作下位機時，其可靠性比PLC低得多，原因一是容易死機，死機后必須關機重啟，造成系統(tǒng)停止；二是突然停電會造成開機困難。

2.5 DCS

DCS是當今工業(yè)控制的主流。使用專用總線將系統(tǒng)中的節(jié)點聯(lián)接起來，由若干上位機（工程師站、操作員站）和若干個下位機（測量控制）組成。下位機負責對現(xiàn)場控制對象（鍋爐）進行過程控制，并接受上位機的系統(tǒng)監(jiān)控指令。上位機不參與下位機的過程控制，只對各個下位機的數(shù)據(jù)進行處理，并發(fā)出系統(tǒng)監(jiān)控指令。各計算機任務分明、相對獨立，當上位機或某一下位機出現(xiàn)故障時，不會影響整個系統(tǒng)的正常工作。高檔的DCS由大型DCS控制站組成。導熱油鍋爐的系統(tǒng)較小，一般使用多臺PLC或電腦控制器，與工控機組成小型廉價的DCS。

3 導熱油供熱的控制系統(tǒng)設計原則

導熱油鍋爐及其控制系統(tǒng)用于工業(yè)領域，其工作環(huán)境比民用環(huán)境惡劣得多，系統(tǒng)不允許突然停止運行，否則會造成重大經(jīng)濟損失。因此，導熱油鍋爐控制系統(tǒng)的設計，必須遵照工業(yè)控制設計的原則。

3.1 高可靠性

（1）必須滿足工業(yè)級電磁兼容性標準，能抵抗各種電磁干擾；

（2）必須滿足工業(yè)級運行環(huán)境標準，能耐受高溫、低溫、高濕、粉塵、振動、沖擊等惡劣環(huán)境，甚至還能在可燃氣體環(huán)境中工作。

3.2 高安全性

（1）傳感器、執(zhí)行器、信號傳輸?shù)裙收喜挥绊懴到y(tǒng)安全；

（2）意外斷電不影響系統(tǒng)安全；

（3）操作失誤不影響系統(tǒng)安全；

（4）操作方式變換不影響系統(tǒng)安全；

（5）信號傳輸因受干擾而出錯、連線錯誤（斷線等）、傳感器和執(zhí)行器出錯等均不影響系統(tǒng)正常運行或系統(tǒng)安全。

4 壓延法人造革生產線上的導熱油供熱溫度控制系統(tǒng)

在壓延法人造革生產線上，由于生產工藝對各用熱設備溫度的高低和控制精度的要求不同，因此，要對不同用熱設備的溫度進行不同的調控，使其具有一定的精確性、均衡性和穩(wěn)定性，以滿足生產工藝的要求。

4.1二輥開煉機供熱回路及控制技術

二輥開煉機用于聚氯乙烯（PVC）混合料的煉塑。兩只輥筒輥面溫度不同，需分別進行調控，采用氣動薄膜調節(jié)閥來控制輥筒回流量，以改變輥筒供熱量，從而實現(xiàn)對輥面溫度的調節(jié)。整個調節(jié)過程由自動化儀表自動控制進行，首先將熱電阻置于輥筒出口部位，檢測出口油溫，并將檢測信號傳送到溫度變壓器，對信號進行放大、變換，供溫度顯示儀表顯示溫度，同時信號進入調節(jié)器，進行比例、積分、微分（PID）調節(jié)，并通過閥門定位器控制氣動薄膜調節(jié)閥，使閥桿、閥芯在壓縮空氣作用下跟隨信號適當開啟，從而達到對導熱油流量乃至輥面溫度的有效控制和調節(jié)，滿足生產工藝的需求。

4.2 四輥壓延機供熱回路及溫度控制技術

四輥壓延機是生產壓延革的關鍵設備[1]，其四只壓延輥筒不僅所需溫度不同，而且輥筒表面溫度要求嚴格（溫度均勻，誤差不大于5℃）。為了滿足生產工藝的要求，一方面在輥內腔加裝了分流管，另一方面在供熱回路中設置了小循環(huán)回路。

在溫度控制方面仍采用了如二輥開煉機供熱控制的方法，通過自動化儀表分別控制，同時在每只輥筒的溫度回路調節(jié)中加入了一臺循環(huán)油泵。因為當輥筒溫度達到或接近工藝值時，氣動薄膜調節(jié)閥的開啟度將減小，這樣輥筒內導熱油的循環(huán)量會減少，甚至有可能造成局部循環(huán)停滯，進而導致輥面各部位的溫度不均勻，影響產品的質量，故需要設置小循環(huán)回路，不斷將輥筒出口的導熱油送回進口，使導熱油在輥筒內強制循環(huán)，以保證輥面溫度的均勻、穩(wěn)定，同時在一定程度上提高熱能利用率。

4.3 發(fā)泡箱供熱回路及溫度控制技術

發(fā)泡箱是壓延人造革生產線上的關鍵設備，產品在箱內加熱發(fā)泡、成形，所需溫度高、熱量大，而且要求溫度穩(wěn)定、均勻，為此將整體長度為18 m的箱體分為三段，每段為6 m，分別進行供熱控制。

導熱油經(jīng)供熱管路送至由翅片管組成的列管式散熱器散熱，熱量由送風機經(jīng)風筒、風嘴送至產品表面，然后回到散熱器進口，形成循環(huán)。在發(fā)泡箱內產品附近放置熱電阻檢測箱內溫度，并經(jīng)儀表對檢測信號進行顯示、調節(jié)，進而通過閥門定位器對氣動薄膜調節(jié)閥進行控制，調節(jié)散熱器進油量，這樣就能自動控制、調節(jié)發(fā)泡箱內的溫度，滿足發(fā)泡工藝對溫度的要求。

4.4 其他設備的供熱回路及控制技術

由于溝底壓花機、高速攪拌機等對溫度精度要求不高，只需采用手動閥門調節(jié)油量供熱的方法，就既可滿足生產的要求，又可降低工程造價。

4.5 回路壓力和流量的控制技術

在供熱系統(tǒng)中，導熱油循環(huán)是由熱油泵推動的，因此供熱系統(tǒng)管路的阻力不應超過熱油泵的揚程，在設計時力求合理布置管路，減少彎道、縮短管線、精簡閥門、減少壓力損失等，以使系統(tǒng)壓力保持在正常水平。

另外按照等截面設計的原則，在設計時合理選擇管徑，保證導熱油在每個回路的流量和流速正常一致。為了解決高溫導熱油易滲漏的問題，在設計中選取了金屬柔性石墨纏繞墊片及波紋式截止閥門，解決了閥門閥桿、法蘭接口等部位易泄漏的問題。

此外在供熱系統(tǒng)中還設置了膨脹節(jié)、排氣口等，解決了管道膨脹、導熱油脫水、氣體排放一系列問題，以保證系統(tǒng)的正常運行[2]。

5 導熱油爐供熱控制系統(tǒng)及安全聯(lián)鎖

5.1 控制系統(tǒng)

導熱油鍋爐是圓筒式燃煤鏈條爐排型式。控制部分主要分為動力控制和儀表顯示控制。動力控制部分主要控制循環(huán)油泵、注油泵、上煤機、爐排調速箱、出渣機、鼓風機、引風機的啟動與停止，并使循環(huán)油泵運行、壓差（或流量）、膨脹槽液位、導熱油溫度與自動爐排的進煤燃燒量聯(lián)鎖。儀表顯示控制分為就地顯示和集中儀表控制，通過進出口油溫了解爐子的負荷情況和用熱設備的用熱情況；通過導熱油壓差顯示并報警、流量顯示并報警、膨脹槽液位報警等措施，來保證爐子內有足夠的導熱油參與循環(huán)；通過出口油溫信號來控制自動爐排調速箱，調節(jié)進煤量并使其與風量按比例聯(lián)動，即采用連續(xù)調節(jié)。使燃煤量和用熱負荷進行最佳匹配，以達到精確控制油溫的目的，進而實現(xiàn)負荷的全自動調節(jié)[3]。

5.2 安全聯(lián)鎖

案例中的導熱油爐供熱系統(tǒng)的聯(lián)鎖設置如下：熱油爐輸出導熱油的最高溫度報警及最大壓力報警、熱油爐及圈并聯(lián)盤管輸出導熱油的最高溫度報警、熱油爐內循環(huán)導熱油的最小流量報警、熱油爐內爐膛煙氣的最高溫度報警、供熱系統(tǒng)內膨脹槽的最低液位報警。以上報警都將引起熱油爐停止供應燃煤，并由中央控制室和現(xiàn)場控制柜發(fā)出報警信號。

6 結語

導熱油供熱系統(tǒng)的實際運行結果表明，導熱油循環(huán)加熱系統(tǒng)的自動控制技術在壓延法人造革生產線上得到很好的應用，不僅改善了整條生產線的安全性、穩(wěn)定性以及溫度控制的精確性，而且大量節(jié)約了電力資源和能源，給企業(yè)和社會帶來顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

[1]汪琦,李守泉.導熱油加熱技術在壓延機中的應用研究和傳熱計算分析[J].化工裝備技術,2008,29(3):58-60.

[2]汪琦,俞紅嘯,張慧芬.熱載體加熱技術在壓延法人造革生產中的應用研究[J].上?；?2016,41(1):13-16.

[3]汪琦,俞紅嘯,蔣偉忠,等.載熱體加熱爐計算機控制技術[J].化工裝備技術,2012,33(2):49-51.

林德與艾潤組建合資公司，合作共贏中國氧氣罐頭市場

最近，林德集團宣布與西安艾潤生命科學有限股份公司組建合資公司，雙方強強聯(lián)手、優(yōu)勢互補，共同加速氧氣罐頭的生產和銷售。繼2016年10月西安高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會與雙方簽署入?yún)^(qū)協(xié)議，宣布將共同打造全球最大的微便攜式氧氣呼吸器（也稱“氧氣罐頭”）生產基地之后，此次活動標志著林德艾潤（西安）生命科學有限公司的正式成立。林德以此為契機，充分發(fā)揮其在醫(yī)用氧氣治療及服務領域多年積累領先技術和專業(yè)經(jīng)驗，進軍健康消費領域的休閑娛樂用氧市場，實現(xiàn)業(yè)務布局的自然延展。此次合作也是林德推動數(shù)字化業(yè)務模式的又一重要舉措，將為中國市場提供更加高效、本土化的服務。

林德與艾潤的合資公司充分結合雙方優(yōu)勢，形成合作共贏的效果，將致力于滿足健康消費領域日益增長的市場需求。作為專注于呼吸疾病綜合性醫(yī)療解決方案的全球領導者，林德進軍健康消費市場，帶來醫(yī)用氧級別的先進生產工藝和卓越運營能力，從而確保合資公司休閑娛樂用氧產品的高品質和可靠性。合資公司將引入林德的“產品全生命周期”環(huán)保理念，打造從原料采購、產品制造到材料回收的全流程閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。林德的全球化資源也將使合資公司從中獲益，將其產品進一步推向全球市場。該合作也將加快林德推行數(shù)字化的戰(zhàn)略轉變，通過電子商務平臺拓展銷售渠道，為廣大客戶提供更高效的服務。

林德集團東亞區(qū)總裁方世文表示：“新成立的合資公司體現(xiàn)了林德對陜西省、西安市加大投資的戰(zhàn)略規(guī)劃，再次印證了我們對于中國市場的一貫承諾，滿足了國內健康產業(yè)及戶外運動產業(yè)消費升級的需求。”

全新的合資公司以生產艾潤活力氧、艾潤孕康氧、艾潤健康氧等氧氣罐頭為主，分別為戶外運動和登山人群、孕婦以及老人等提供方便、安全和純凈的醫(yī)用氧級別的吸氧解決方案。

（Grace）

Research on Automatic Control Technology of Circulating Heat Supply System with Heat-conducting Oil

Wang Qi Yu Hongxiao Zhang Huifen Wang ping Jiang Weizhong

The types and design principles of the control system for circulating heating system with heat-conducting oil were introduced.Combined with the application of the circulating heat supply system with heat-conducting oil in the production line of calendared artificial leather,the temperature control,flow control,pressure control,and alarm protection were given.Finally,the heating control system and safety interlock of heat-conducting oil boiler were discussed.

Heat-conducting oil furnace;Circulating heat supply system;Automatic control;Safety interlock;Temperature control;Alarm signal

TQ205

2016年12月

汪琦男1961年生碩士高級工程師目前從事熱油爐、熱風爐、熱水爐、熔鹽爐、焚燒爐、生物質氣化爐的設計、研究、開發(fā)工作