О возможности применения динамических режимных карт для печей нефтеперерабатывающих производств
Автор: Кушнаренко А.В.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Теоретическая и прикладная теплотехника
Статья в выпуске: 7 т.18, 2025 года.
Бесплатный доступ
Трубчатые печи играют критически важную роль в процессах первичной переработки нефти, обеспечивая нагрев сырья до необходимых температур для дальнейшего фракционирования. Эффективность их работы напрямую связана с равномерностью нагрева, минимальным расходом топлива и безопасностью эксплуатации. Традиционное управление печами опирается на статические режимные карты, которые, несмотря на свою простоту, не учитывают динамические изменения в процессе, включая колебания качества сырья, изменения нагрузки, состояния оборудования, а также изменения параметров тяги в области перевала и пода и давления газа перед горелкой. Неоптимальное управление тягой и давлением газа может приводить к неравномерному нагреву, локальным перегревам, повышенному расходу топлива и риску аварийных ситуаций. В данной статье исследуется возможность применения динамических режимных карт для оптимизации управления тягой в трубчатых печах установок первичной переработки нефти. Акцент сделан на управлении тягой как на перевале, так и в поде печи, поскольку эти зоны являются критически важными для равномерного распределения тепловой энергии. Динамические режимные карты, в отличие от статических, позволяют в режиме реального времени корректировать параметры тяги и давления газа, учитывая текущие условия работы, включая изменения расхода топлива, воздуха, температуры дымовых газов, перепады давления в печи и давления газа перед горелкой. Целью данного исследования является разработка концепции динамической режимной карты, которая обеспечит оптимизированное управление тягой и давлением газа, снизит неравномерность нагрева, уменьшит расход топлива и минимизирует риск перегрева труб. В рамках исследования проведен анализ существующих методов управления печами с особым вниманием к управлению тягой и давлением газа. Изучены факторы, влияющие на тягу на перевале и в поде и на давление газа перед горелкой, и обоснована необходимость динамической коррекции этих параметров. Разработана концепция динамической режимной карты, основанная на использовании ключевых параметров, характеризующих состояние печи и эффективность ее работы. Предложен алгоритм динамической корректировки параметров тяги и давления газа, который адаптирует работу печи к изменениям внешних условий и обеспечивает оптимальный режим горения. Проведена оценка потенциальной эффективности предложенного подхода, показавшая, что внедрение динамических режимных карт позволит значительно улучшить управление тягой и давлением газа, снизить расход топлива и повысить безопасность эксплуатации печей. Результаты исследования указывают на значительный потенциал использования динамических режимных карт для оптимизации управления тягой и давлением газа в трубчатых печах на НПЗ. Предложенный подход позволяет обеспечить более равномерный нагрев, снизить расход топлива, минимизировать риск перегрева змеевиков и повысить общую эффективность работы печи. Перспективы дальнейших исследований связаны с более детальной проработкой моделей динамического управления тягой и давлением газа, с учетом особенностей различных типов печей и условий их эксплуатации, а также с проведением экспериментальной проверки разработанных решений на реальных промышленных объектах.
Трубчатая печь, нефтепереработка, динамическая режимная карта, тяга печи, перевал, под, давление газа перед горелкой, оптимизация горения
Короткий адрес: https://sciup.org/146283209
IDR: 146283209 | УДК: 620.9.001.5
On the Possibility of Applying Dynamic Mode Maps for Furnaces in Oil Refining Industries
Tubular furnaces play a critical role in primary crude oil processing, providing the necessary heat for feedstock to reach temperatures required for subsequent fractionation. Their operational efficiency is directly linked to heating uniformity, minimal fuel consumption, and safe operation. Traditional furnace control relies on static operating maps, which, despite their simplicity, fail to account for dynamic process variations, including fluctuations in feedstock quality, load changes, equipment status, as well as variations in draft parameters in both the convection and radiant sections, and burner gas pressure. Suboptimal draft and gas pressure management can lead to uneven heating, localized overheating, increased fuel consumption, and the risk of emergency shutdowns. This paper investigates the potential for applying dynamic process regime mapping to optimize draft control in tubular furnaces within primary oil refining units. The focus is placed on draft control in both the convection and radiant sections of the furnace, as these areas are critical for uniform heat distribution. Dynamic regime maps, unlike static ones, enable real-time adjustments to draft and gas pressure parameters, accounting for current operating conditions, including changes in fuel flow, air flow, flue gas temperature, furnace pressure drop, and burner gas pressure. The objective of this study is to develop a dynamic regime map concept that will ensure optimized draft and gas pressure management, reduce heating non-uniformity, decrease fuel consumption, and minimize the risk of tube overheating. The research includes an analysis of existing furnace control methods, with particular emphasis on draft and burner gas pressure control. Factors affecting draft in the convection and radiant sections, and burner gas pressure, were investigated, and the need for dynamic correction of these parameters was substantiated. A dynamic regime map concept, based on the use of key parameters characterizing furnace condition and performance, was developed. An algorithm for the dynamic adjustment of draft and gas pressure parameters was proposed, which adapts furnace operation to changing external conditions and ensures optimal combustion conditions. An assessment of the potential effectiveness of the proposed approach was conducted, demonstrating that the implementation of dynamic regime maps can significantly improve draft and gas pressure management, reduce fuel consumption, and enhance the operational safety of furnaces. The findings of this study demonstrate the significant potential for using dynamic regime maps to optimize draft and gas pressure control in oil refinery fired heaters. The proposed approach can deliver more uniform heating, lower fuel consumption, minimize the risk of coil overheating, and improve the overall furnace efficiency. Future research directions include further development of dynamic draft and gas pressure control models, considering the characteristics of different furnace types and their operating conditions, as well as experimental validation of the developed solutions in real industrial settings.
