导热油循环供热系统的自动控制技术研究

汪琦 俞红啸 张慧芬 汪萍 蒋伟忠

1上海热油炉涉及开发中心（上海 200042）2常州新区能源设备有限公司（江苏常州 213032）

化工设备

导热油循环供热系统的自动控制技术研究

汪琦1俞红啸1张慧芬1汪萍2蒋伟忠2

1上海热油炉涉及开发中心（上海 200042）2常州新区能源设备有限公司（江苏常州 213032）

介绍了导热油循环供热控制系统的类型和设计原则，结合压延法人造革生产线的实例，给出了导热油循环供热系统的温度控制、流量控制、压力控制和报警保护，最后讨论了导热油炉的供热控制系统及安全联锁。

导热油炉 循环供热系统 自动控制 安全联锁 温度控制 报警信号

导热油锅炉具有高温低压、温度控制精度高等特点，被广泛应用于工业领域。在压延法人造革生产线上，对原来的加热系统进行改造，将原来蒸汽加热和电加热改为导热油循环加热。以导热油炉作为供热设备，能够提供比较稳定的高温热源，从而达到节能省电、降低能源消耗、提高经济效益的目的。

设计开发的导热油供热节能装置及其温度控制系统，除了可以应用在压延法人造革生产线上之外，还可用于塑料机械、塑料模具、塑料成型加工等工艺过程，是节约电能、降低生产成本的新型节能装备。

1 导热油供热系统的特性

在压延法人造革生产线上，采用导热油加热系统代替原来的电加热和蒸汽加热是非常理想的供热方法，这主要是由于导热油供热系统具有以下一系列优点。

1.1 供热温度高

导热油供热系统最高温度可达320℃，而且温度可随意控制和调节。人造革行业生产工艺需要的温度以发泡箱为最高，为210～230℃；四辊压延机辊筒温度为160～170℃；二辊开炼机等用热设备温度不高，均远远低于导热油所能提供的最高温度，所以导热油供热系统完全可以满足人造革行业生产工艺的要求。

1.2 加热均匀缓和、安全可靠

由于在300℃时导热油基本不汽化，因此可在较低的运行压力下通过液相输送热能，使用压力远小于同样温度下水的饱和蒸汽压力；在寒冷地区导热油不易冻结；在易燃、易爆场合，绝对不会引起燃烧和爆炸，比电加热更安全可靠。

1.3 用热效率高、经济效益好

燃煤导热油加热系统以煤为燃料、导热油为热载体，利用热循环油泵强制导热油在锅炉、管道、散热器等构成的封闭系统中循环。导热油将从锅炉中吸收的热量在流经散热器时散出，其温度一般下降15℃左右，待回到锅炉中补充少许热能后，温度又上升到设定的出口油温，然后再次进入循环。所以，热能损失较少，热效率较高。该系统不会出现蒸汽加热中因疏水阀问题和不回收冷凝水而带来的热损失。产生同样的热量，使用导热油加热一般比蒸汽加热节煤30%～40%，比电加热费用降低70%～80%，一般使用2～6个月就能全部收回改造费用。

1.4 操作简便

与水传热介质相比，避免了繁琐的给排水处理。

1.5 维护费用低

导热油对用热设备和管道无腐蚀，可节省设备和管道的部分维修费用。

1.6 节约电力资源

以型煤代电较电加热节省电能90%，可避免因供电紧张而停电引起的生产损失，缓解电力紧张的局面。

2 导热油供热的控制系统类型

导热油供热的控制系统大致分为5种。

2.1温控表+强电逻辑控制

该控制系统使用传统的强电元件进行简单的逻辑控制，用温度控制仪表控制出口温度。其优点是价格较低，缺点是体积大，显示和控制功能弱、可靠性差。一般用于中小型导热油锅炉的简单控制和低档场合。

2.2 专用电脑控制器

专用于导热油锅炉的电脑控制器，采用集成电路替代了前者粗大并带机械触点的强电元件，提高了可靠性。用电脑软件实现智能化控制，用薄膜开关、发光二级管（LED）或液晶显示等现代人机界面替代前者传统庞大的按钮和指示灯。该控制器可以实现前者所有的功能，还可以实现前者难以实现的定时、故障记忆等较复杂的控制。

燃煤导热油锅炉电脑控制器可以对鼓风、引风、炉排、出渣等设备进行自动启动延时和顺序控制、自动停止延时和顺序控制，还可以在手动控制鼓风和引风时，设置延时控制功能。

该控制器适用于中小型导热油锅炉的较复杂控制和中高档场合，是温控表+强电逻辑控制的替代形式。该控制器还具有通讯联网功能，可以作为集散控制系统（DCS）中的下位机。

2.3 可编程控制器（PLC）

PLC具有很强的模块扩展能力，因此常用于大型导热油锅炉的控制和多参数监控。PLC可以使用触摸屏作为人机界面，锅炉的工作情况用图形或中文来显示，并可进行触控操作。该控制器适用于高档场合。

PLC也具有通讯联网功能，既可作DCS系统中的下位机，也可作为功能简单的上位机。在环境条件较恶劣的使用现场和可靠性要求较高的场合，应选用PLC作下位机。PLC是专为工业控制设计的，与其他下位机相比，其可靠性最高、运行和维修最方便、性价比最高。

2.4 工业控制计算机（工控机）

工控机具有强大的数据记录、存储、分析和处理、复杂显示、打印输出等能力，可以用在导热油锅炉的任何负责控制和监控的场合。工控机一般用作DCS系统中的上位机。由于工控机的价格不是太高，也可作为下位机使用。工控机用作下位机时，其可靠性比PLC低得多，原因一是容易死机，死机后必须关机重启，造成系统停止；二是突然停电会造成开机困难。

2.5 DCS

DCS是当今工业控制的主流。使用专用总线将系统中的节点联接起来，由若干上位机（工程师站、操作员站）和若干个下位机（测量控制）组成。下位机负责对现场控制对象（锅炉）进行过程控制，并接受上位机的系统监控指令。上位机不参与下位机的过程控制，只对各个下位机的数据进行处理，并发出系统监控指令。各计算机任务分明、相对独立，当上位机或某一下位机出现故障时，不会影响整个系统的正常工作。高档的DCS由大型DCS控制站组成。导热油锅炉的系统较小，一般使用多台PLC或电脑控制器，与工控机组成小型廉价的DCS。

3 导热油供热的控制系统设计原则

导热油锅炉及其控制系统用于工业领域，其工作环境比民用环境恶劣得多，系统不允许突然停止运行，否则会造成重大经济损失。因此，导热油锅炉控制系统的设计，必须遵照工业控制设计的原则。

3.1 高可靠性

（1）必须满足工业级电磁兼容性标准，能抵抗各种电磁干扰；

（2）必须满足工业级运行环境标准，能耐受高温、低温、高湿、粉尘、振动、冲击等恶劣环境，甚至还能在可燃气体环境中工作。

3.2 高安全性

（1）传感器、执行器、信号传输等故障不影响系统安全；

（2）意外断电不影响系统安全；

（3）操作失误不影响系统安全；

（4）操作方式变换不影响系统安全；

（5）信号传输因受干扰而出错、连线错误（断线等）、传感器和执行器出错等均不影响系统正常运行或系统安全。

4 压延法人造革生产线上的导热油供热温度控制系统

在压延法人造革生产线上，由于生产工艺对各用热设备温度的高低和控制精度的要求不同，因此，要对不同用热设备的温度进行不同的调控，使其具有一定的精确性、均衡性和稳定性，以满足生产工艺的要求。

4.1二辊开炼机供热回路及控制技术

二辊开炼机用于聚氯乙烯（PVC）混合料的炼塑。两只辊筒辊面温度不同，需分别进行调控，采用气动薄膜调节阀来控制辊筒回流量，以改变辊筒供热量，从而实现对辊面温度的调节。整个调节过程由自动化仪表自动控制进行，首先将热电阻置于辊筒出口部位，检测出口油温，并将检测信号传送到温度变压器，对信号进行放大、变换，供温度显示仪表显示温度，同时信号进入调节器，进行比例、积分、微分（PID）调节，并通过阀门定位器控制气动薄膜调节阀，使阀杆、阀芯在压缩空气作用下跟随信号适当开启，从而达到对导热油流量乃至辊面温度的有效控制和调节，满足生产工艺的需求。

4.2 四辊压延机供热回路及温度控制技术

四辊压延机是生产压延革的关键设备[1]，其四只压延辊筒不仅所需温度不同，而且辊筒表面温度要求严格（温度均匀，误差不大于5℃）。为了满足生产工艺的要求，一方面在辊内腔加装了分流管，另一方面在供热回路中设置了小循环回路。

在温度控制方面仍采用了如二辊开炼机供热控制的方法，通过自动化仪表分别控制，同时在每只辊筒的温度回路调节中加入了一台循环油泵。因为当辊筒温度达到或接近工艺值时，气动薄膜调节阀的开启度将减小，这样辊筒内导热油的循环量会减少，甚至有可能造成局部循环停滞，进而导致辊面各部位的温度不均匀，影响产品的质量，故需要设置小循环回路，不断将辊筒出口的导热油送回进口，使导热油在辊筒内强制循环，以保证辊面温度的均匀、稳定，同时在一定程度上提高热能利用率。

4.3 发泡箱供热回路及温度控制技术

发泡箱是压延人造革生产线上的关键设备，产品在箱内加热发泡、成形，所需温度高、热量大，而且要求温度稳定、均匀，为此将整体长度为18 m的箱体分为三段，每段为6 m，分别进行供热控制。

导热油经供热管路送至由翅片管组成的列管式散热器散热，热量由送风机经风筒、风嘴送至产品表面，然后回到散热器进口，形成循环。在发泡箱内产品附近放置热电阻检测箱内温度，并经仪表对检测信号进行显示、调节，进而通过阀门定位器对气动薄膜调节阀进行控制，调节散热器进油量，这样就能自动控制、调节发泡箱内的温度，满足发泡工艺对温度的要求。

4.4 其他设备的供热回路及控制技术

由于沟底压花机、高速搅拌机等对温度精度要求不高，只需采用手动阀门调节油量供热的方法，就既可满足生产的要求，又可降低工程造价。

4.5 回路压力和流量的控制技术

在供热系统中，导热油循环是由热油泵推动的，因此供热系统管路的阻力不应超过热油泵的扬程，在设计时力求合理布置管路，减少弯道、缩短管线、精简阀门、减少压力损失等，以使系统压力保持在正常水平。

另外按照等截面设计的原则，在设计时合理选择管径，保证导热油在每个回路的流量和流速正常一致。为了解决高温导热油易渗漏的问题，在设计中选取了金属柔性石墨缠绕垫片及波纹式截止阀门，解决了阀门阀杆、法兰接口等部位易泄漏的问题。

此外在供热系统中还设置了膨胀节、排气口等，解决了管道膨胀、导热油脱水、气体排放一系列问题，以保证系统的正常运行[2]。

5 导热油炉供热控制系统及安全联锁

5.1 控制系统

导热油锅炉是圆筒式燃煤链条炉排型式。控制部分主要分为动力控制和仪表显示控制。动力控制部分主要控制循环油泵、注油泵、上煤机、炉排调速箱、出渣机、鼓风机、引风机的启动与停止，并使循环油泵运行、压差（或流量）、膨胀槽液位、导热油温度与自动炉排的进煤燃烧量联锁。仪表显示控制分为就地显示和集中仪表控制，通过进出口油温了解炉子的负荷情况和用热设备的用热情况；通过导热油压差显示并报警、流量显示并报警、膨胀槽液位报警等措施，来保证炉子内有足够的导热油参与循环；通过出口油温信号来控制自动炉排调速箱，调节进煤量并使其与风量按比例联动，即采用连续调节。使燃煤量和用热负荷进行最佳匹配，以达到精确控制油温的目的，进而实现负荷的全自动调节[3]。

5.2 安全联锁

案例中的导热油炉供热系统的联锁设置如下：热油炉输出导热油的最高温度报警及最大压力报警、热油炉及圈并联盘管输出导热油的最高温度报警、热油炉内循环导热油的最小流量报警、热油炉内炉膛烟气的最高温度报警、供热系统内膨胀槽的最低液位报警。以上报警都将引起热油炉停止供应燃煤，并由中央控制室和现场控制柜发出报警信号。

6 结语

导热油供热系统的实际运行结果表明，导热油循环加热系统的自动控制技术在压延法人造革生产线上得到很好的应用，不仅改善了整条生产线的安全性、稳定性以及温度控制的精确性，而且大量节约了电力资源和能源，给企业和社会带来显著的节能效果和经济效益。

[1]汪琦,李守泉.导热油加热技术在压延机中的应用研究和传热计算分析[J].化工装备技术,2008,29(3):58-60.

[2]汪琦,俞红啸,张慧芬.热载体加热技术在压延法人造革生产中的应用研究[J].上海化工,2016,41(1):13-16.

[3]汪琦,俞红啸,蒋伟忠,等.载热体加热炉计算机控制技术[J].化工装备技术,2012,33(2):49-51.

林德与艾润组建合资公司，合作共赢中国氧气罐头市场

最近，林德集团宣布与西安艾润生命科学有限股份公司组建合资公司，双方强强联手、优势互补，共同加速氧气罐头的生产和销售。继2016年10月西安高新技术产业开发区管理委员会与双方签署入区协议，宣布将共同打造全球最大的微便携式氧气呼吸器（也称“氧气罐头”）生产基地之后，此次活动标志着林德艾润（西安）生命科学有限公司的正式成立。林德以此为契机，充分发挥其在医用氧气治疗及服务领域多年积累领先技术和专业经验，进军健康消费领域的休闲娱乐用氧市场，实现业务布局的自然延展。此次合作也是林德推动数字化业务模式的又一重要举措，将为中国市场提供更加高效、本土化的服务。

林德与艾润的合资公司充分结合双方优势，形成合作共赢的效果，将致力于满足健康消费领域日益增长的市场需求。作为专注于呼吸疾病综合性医疗解决方案的全球领导者，林德进军健康消费市场，带来医用氧级别的先进生产工艺和卓越运营能力，从而确保合资公司休闲娱乐用氧产品的高品质和可靠性。合资公司将引入林德的“产品全生命周期”环保理念，打造从原料采购、产品制造到材料回收的全流程闭环生态系统。林德的全球化资源也将使合资公司从中获益，将其产品进一步推向全球市场。该合作也将加快林德推行数字化的战略转变，通过电子商务平台拓展销售渠道，为广大客户提供更高效的服务。

林德集团东亚区总裁方世文表示：“新成立的合资公司体现了林德对陕西省、西安市加大投资的战略规划，再次印证了我们对于中国市场的一贯承诺，满足了国内健康产业及户外运动产业消费升级的需求。”

全新的合资公司以生产艾润活力氧、艾润孕康氧、艾润健康氧等氧气罐头为主，分别为户外运动和登山人群、孕妇以及老人等提供方便、安全和纯净的医用氧级别的吸氧解决方案。

（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年生硕士高级工程师目前从事热油炉、热风炉、热水炉、熔盐炉、焚烧炉、生物质气化炉的设计、研究、开发工作