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乙烯裝置電加熱器預(yù)防性維護

文檔作者：李輝文檔來源：燕化公司煉油廠第二作業(yè)		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月29日
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上一篇：油氣電加熱器回歸模型的建立

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~LC&amp;amp;FA)2oo8年3月 石油化工行業(yè)應(yīng)用
Oil and Chemical Industry Application
乙烯裝置電加熱器預(yù)防性維護
Precaution of Electrical Heater for Ethylene Equipment
燕化公司煉油廠第二作業(yè)酃李輝
Li HIIi
摘要：干氣提濃乙烯裝置脫氧系統(tǒng)、脫砷系統(tǒng)共有四臺電加熱器： ·402(600kw)、E一404(560kW)、E一406(500kW)、
E一407(200kW)。該電加熱器自投用以來運行平均每5分鐘就會出現(xiàn)一次內(nèi)部超溫報警，電加熱器自保停
機，每次停機后需要人工現(xiàn)場復(fù)位，等待內(nèi)部溫度降到設(shè)定溫度后才能重新本文從介紹電加熱器的工作
原理人手，分析其在 工藝中加熱方式，找出影響加熱器不能穩(wěn)定工作的原因。
關(guān)鍵詞： 電加熱器 加熱元件 溫度控制 超溫報警
Abstract：Dry gas concentration equipment for ethylene and dearsenication system include four electrical heater：E-402(600kW),E一
404(560kW)，E一406(500kW)，E-407(200kW)．So far as the electrical heater has been in use，the inside overheating alarms
every five minutes and the heater was halt for self-protection．It restart when the inside temperature reduced to the set
value and the reset are carried out on spot manually．This article starts from introduction of the operating principles of
the electric heater and analyzes its heating mode to find out the reasons of heater’S instability．
Key words：Electrical heater Heating components Temperature control Overheating alarm
[中圖分類號]TB657 【文獻標(biāo)識碼]Ij 文章編號1606—5123(2006)03～0l32--04
1 引言
燕山石化煉油廠30000Nm ／h干氣提濃乙烯裝置從
催化裝置副產(chǎn)氣一一千氣中提取C2+組分，為裂解裝置
提供價值較高乙烯原料。該套裝置脫氧系統(tǒng)、脫砷系統(tǒng)
共有四臺電加熱器：E一402(600kW)、E-404(560kW)、E一
406(500kW)、E-407(200kW)。其中E一404為再生氣電加
熱器，在脫氧干燥系統(tǒng)中負(fù)責(zé)再生氣的加熱，該電加熱
器自投用以來運行狀態(tài)一直不穩(wěn)定，出口溫度不能穩(wěn)
定下來，平均每5mi13就會出現(xiàn)一次內(nèi)部超溫報警，電
加熱器白保停機，每次停機后需要人工現(xiàn)場復(fù)位，等待
內(nèi)部溫度降到設(shè)定溫度后才能重新肩動，嚴(yán)重影響生
產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。同時也大大增加了操作工的維
護強度。電加熱器E一404出口溫度控制120℃，設(shè)定內(nèi)
部超溫報警溫度為2 0 0℃ ，加熱過程中，在出IZl溫度沒
有達到控制溫度情況下， 由于內(nèi)部溫度很快達到報警
溫度，導(dǎo)致電加熱器自保停止加熱，此時內(nèi)部溫度仍保
持一段時間后才能降到設(shè)定值以下，經(jīng)現(xiàn)場復(fù)位后重
新肩動加熱，這樣為了維持電加熱器的加熱過程，需要
頻繁地去現(xiàn)場復(fù)位、啟動，導(dǎo)致如下問題：
加熱溫度波動大，出口溫度難以保證，再生效果變
差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
由于電加熱器頻繁啟動，大約5—1 0min需要復(fù)位啟
動一次，造成電加熱器控制部件頻繁動作，影響電氣元
件使用壽命。
操作員勞動強度大， 由于電加熱器每次自保停機，
都需要操作人員去現(xiàn)場復(fù)位、重新啟動，勞動強度大，
不利于安全生產(chǎn)。
2 電加熱器原理分析
2．1 電加熱器工作原理
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石油化工行業(yè)應(yīng)用
Oil and Chemical Industry Applicatic
(PLC&amp;amp; 2006年3月
待加熱的氣體介質(zhì)從電加熱器的殼程入口進入，
沿著電加熱器內(nèi)部換熱流程。吸收電加熱元件表面散
發(fā)出的熱量，在電加熱器出口獲得滿足工藝要求的介
質(zhì)，如圖1所示。其中的電加熱元件(見圖2)是電加熱
器的關(guān)鍵部件，一般為管狀金屬殼，外部為INCOLOY
不銹鋼管， 內(nèi)部絕緣材料為高純的結(jié)晶氧化鎂粉，經(jīng)過
高溫?zé)Y(jié)，在8 0 0℃的高溫下仍能保持良好的絕緣性能
和介電強度。
圖1 電加熱器 圖2 電加熱元件
2-2 電加熱器控制原理
(1) 為保證電加熱器的安全運行，電加熱器設(shè)有如
下控制功能：
·出口溫度控制采用P L C或可控硅控制，根據(jù)出口
溫度變化情況，調(diào)節(jié)電加熱器熱功率的輸出，確保出口
溫度滿足工藝要求。
·內(nèi)部溫度監(jiān)測，為保護電加熱器電加熱元件，在
電加熱器內(nèi)部設(shè)置電加熱元件表面溫度監(jiān)測，當(dāng)超過設(shè)
定溫度時，電加熱器自動停機，確保電加熱器不干燒。
·氣體流量監(jiān)測，在電加熱器入IZl管道上安裝流景
計，監(jiān)測氣體流量，一旦流量低于設(shè)定值，電加熱器自
動停機，防止電加熱器千燒，保護加熱元件。
·電加熱器具有常規(guī)的電氣保護如短路保護、過載
保護、溫度保護。
·電加熱器安裝在現(xiàn)場危險環(huán)境。控制系統(tǒng)安裝在
正壓防爆柜中。
·電加熱器與室內(nèi)DCS有信號聯(lián)系，電加熱器運行
狀態(tài)、故障停車在D CS上顯示。
(2)E-404控制邏輯
圖3是電加熱器E一404的電氣原理圖。該電加熱器
額定功率為5 60 k W ，分為1 1組加熱元件，分別為9組
56kW 和2組28kW ，1 1組加熱元件組分為兩路，分別
由兩個斷路器送電，但在內(nèi)部由PL C按1 1組順序控制。
圖4是二次控制回路。圖5是PLC控制邏輯。溫控
表ST1采集到加熱器出IZl溫度(1Pt100)，經(jīng)PID調(diào)功后
輸出功率信號(4-20mA)到PLC的A／D模塊，再由CPU
控制加熱器的輸出功率(o-560kW)，通過固態(tài)繼電器控制
接觸器的通斷。每組加熱元件間隔一定時間后投用。
溫度報警儀ST2監(jiān)測電加熱器內(nèi)部溫度(2Pt1 0 0)，
當(dāng)內(nèi)部溫度超過設(shè)定值時，控制回路報警停止加熱并
自鎖，此后必須等內(nèi)部溫度降到設(shè)定值以下，人工復(fù)
位，加熱器才能重新啟動。
流曩報警儀ST 3檢測電加熱器入口氣體流量，當(dāng)流
量低于設(shè)定值時，電加熱器按順序
停止各回路加熱，只有當(dāng)流量恢復(fù)
到設(shè)定值以上時， 電加熱器才能自
動啟動。對于E一404來說，流量還
控制著電加熱器的啟動和停止，當(dāng)
有流量時電加熱器啟動并加熱，當(dāng)
不需要加熱時，程控閥關(guān)閉，沒有氣
體進入電加熱器，流量為零，電加熱
器自動停止加熱，一旦需要加熱時，
由流量控制電加熱器自動啟動。
3 問題分析及解決措施
3．1電加熱器分析
針對出現(xiàn)的問題，先后采取多
Pmgramma~e controller&amp;amp;fa~ow automation I 133
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l-，L．cl ^'2006卑3月 石油化工行業(yè)應(yīng)用
Oil and Chemicallndustw Application
圖4 E-404-次控制回路
圖5 E-404的PLC摭制邏輯
種措施進行檢查和試驗。
流量計，輸出信號都正確。
(2)檢查溫控儀ST1、溫度報警儀ST2以及流量報
警儀ST3，參數(shù)設(shè)置正常，通過調(diào)整ST1 PtD參數(shù)也無
法消除故障。
(3) 將內(nèi)部報警溫度設(shè)定值調(diào)高(3OO℃甚至更高)，
在加熱過程中，內(nèi)部溫度逐漸上升，最后仍超過設(shè)定
值，問題依然存在。
電加熱器每組加熱元件的投用和停用是由P L C根
據(jù)出口溫度控制固態(tài)繼電器的按順序通斷，從而每組
加熱元件是否啟運和停止，當(dāng)檢測到出口溫度低于控
制溫度時，1 1組加熱元件依次啟動，加熱負(fù)荷上升，出
口溫度升高，當(dāng)出口溫度超過控制溫度時，加熱元件又
依次停止加熱，加熱負(fù)荷降低，出口溫度降低，通過控
制投用加熱元件組數(shù)，保證電加熱器出口溫度滿足工
藝要求。
電加熱器內(nèi)部溫度熱電阻的安裝位置，該熱電阻
安裝在接近電加熱器出口某組電加熱元件附近，所測
溫度為其附近的最高溫度(熱元件表面溫度) 內(nèi)部超灄
報警是為了防止由于電氣故障如某一根發(fā)熱元件因電
(I1) 檢查出口溫度熱電阻、內(nèi)部溫度熱電阻、入口 壓過高出現(xiàn)超溫而設(shè)置的，如果電加熱器工作正常，該
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石油化工行業(yè)應(yīng)用
Oil and ChemlcaI Industry Application
(PLC&amp;amp;FA) 2006年3月
溫度應(yīng)和電加熱器出口溫度接近或稍高(幾度到幾十度，
這可以和其他幾臺電加熱器運行情況比較得到)，E一404
出口溫度控制1 2 0℃ ，內(nèi)部超溫報警溫度設(shè)定提高到
3 0 0℃，仍出現(xiàn)超溫報警問題，而且在加熱器停止加熱
后，該溫度仍能逐漸降下來，說明該溫度測量值正確，
但該熱電阻是否存在問題，由于開工狀態(tài)下無法打開
檢查，所以無法確認(rèn)。
3．2 工藝分析
TSA干燥工藝中，共有2臺干燥器，每個干燥器要
經(jīng)過A(吸附)、D(逆放)、H(加熱)、C(冷卻)、RF(充壓)5
個過程，時序見附表。E一404為再生氣電加熱器。負(fù)責(zé)
向T S A 干燥過程加熱工序中提供熱源。
附表TSA時序表
分周期 l 2
時間h 8 O．5 3．S 3．S O．5
A塔 A D H C R童
B塔 D IHI CI RF A
根據(jù)時序表可知，E一404的工作方式為間歇式，在
一個干燥器再生過程中，需要加熱3．5小時，然后冷卻
3．5小時，加熱工程中，原設(shè)計加熱氣體為再生廢氣，
設(shè)計流量為5000Nm ／h，改造后加熱氣體為半產(chǎn)品氣，
設(shè)計流量為2000Nm ／h。冷卻過程中，流經(jīng)電加熱器的
氣體流量為0，電加熱器自動關(guān)斷，氣體走電加熱器旁
路。氣體是否通過電加熱器由程控閥控制，電加熱器是
否啟停由電加熱器是否通過氣體決定。
由于工藝流程變動，加熱氣體流量降低，氣體進入
電加熱器后，流速變小，由于折流的原因，某些部位流
速更低，這樣在電加熱器這些部位可能出現(xiàn)局部溫度
上升，而出口溫度變化較緩，對于電加熱器控制來說。
當(dāng)檢測到出口溫度低于設(shè)定值時，就依次投用各電加
熱元件，而當(dāng)出口溫度高于設(shè)定值時，就依次停用各組
電加熱元件，直到出口溫度達到要求的溫度。由于有較
大的熱慣性，在調(diào)整電加熱元件起停過程中， 內(nèi)部溫度
由于局部超溫而發(fā)生自保停機，出口溫度達不到要求，
而內(nèi)部溫度又頻繁超溫的惡性循環(huán)。
由以上關(guān)于電加熱器工作原理、以及工藝設(shè)計分
析，認(rèn)為加熱氣體流量降低，電加熱器熱負(fù)荷偏大，存
在較大的熱慣性是電加熱器不能正常工作的主要原因，
同時由于電加熱器間歇操作，在氣體剛剛進入加熱器
時，氣體流量小，出口溫度低，加熱元件全部投入，加
熱元件表面溫度迅速升高，在出口溫度沒有達到控制
要求前，發(fā)生內(nèi)部溫度超溫自保停止加熱。
為此，我們采用試驗的方法對電加熱器進行測試，
通過減少加熱元件組數(shù)來減低電加熱器的加熱負(fù)荷，
降低熱慣性，E一404共有1 1組加熱元件，當(dāng)加熱元件
組數(shù)減少到6組時，當(dāng)控制溫度設(shè)定為1 2 0℃，超溫報
警溫度設(shè)定為3 7 5℃左右時，內(nèi)部溫度保持在2 9 0℃左
右，可以保證電加熱器運行，保證生產(chǎn)的進行。同時通
過優(yōu)化T S A 程序，控制再生氣量的穩(wěn)定。也是保證電
加熱器平穩(wěn)運行的一個因素。圖6是電加熱器改造后出
口溫度控制曲線， 由于內(nèi)部溫度低于設(shè)定報警溫度，出
口溫度控制比較平穩(wěn)。
4 結(jié)束語
通過分析電加熱器E一404控制原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及
工藝變化，當(dāng)加熱氣體流量減少時，或變工況下，由于
被加熱氣體熱負(fù)荷與電加熱器熱負(fù)荷不匹配，容易出
現(xiàn)內(nèi)部溫度超溫報警自保停止加熱，導(dǎo)致出口溫度波
動，為匹配熱功率，通過適當(dāng)減少加熱器加熱元件組
數(shù)，使加熱器發(fā)熱功率與實際需要的加熱功率匹配。同
時通過優(yōu)化工藝操作，保證氣量的穩(wěn)定，保證E一404的
平穩(wěn)運行。保證生產(chǎn)的正常進行
參考文獻(略)
作者簡介
李輝(1 970-) 男 工程師 主要從事設(shè)備技術(shù)管
理工作。

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