图2  常压炉膛火嘴和热偶分布图

    这种方法实现简单，但当火嘴工况不同、火嘴不全点火或不对称点火、管壁热偶表面积灰、火嘴燃烧工况不佳（火焰  炉管）等情况下，热偶所测温度存在差异，有时差异还相当大，故这种取值方法存有不足。

(2)  四点平均法
    考虑燃烧火嘴物理分布不均匀因素，近似地取4点测量的算术平均值作过程变量，实现串级控制，定义4点平均值点为TIC123，如图3所示。

图3  出口温度―炉膛温度串级控制回路

    使用上列方法要求四路进料流量近似等同，否则平均值法不能真实反映炉膛的实际温度，那么有无更完善的取值方法呢？以下提出加权计算方法。

(3)  加权法
    同样，定义计算后的温度点也为TIC123，取值为：
    TIC123=(G104×TI117+G105×TI115+G106×TI118+G107×TI116)/(G104+G105+G106+G107)
    式中，TI115-118：各分支炉膛温度；G104-107：FIC104-107常炉四路进料流量。
    加权处理方法对四路进料差异有一定克服作用，尤其是流量差距大、火嘴不对称或不均分布时，与平均方法的差异较大。
    加权计算后，炉出口温度TIC104和计算的炉膛温度TIC123组成串控回路。

4.2  前馈补偿法
    当燃料油压力波动成为主要干扰时，副变量采用炉膛温度，则副对象滞后较大。采用燃油流量时，由于高、低压瓦斯干扰在副回路之外，须通过补偿方法来克服干扰。
    气相瓦斯相对燃料油其热值较低，I常加热炉系统使用的瓦斯气作为工艺调节手段来使用，燃料气存在可测、不可控、在干扰中对被控变量的影响较其它参数显著，故具有作前馈补偿的条件。正常生产中将燃料气回路置于“手动”。实际中管网燃料气有波动，因炉体容积大，对象时间常数大，受到干扰后，表现不很明显。同时主调节参数是温度变量，对象存在容量滞后，惯性大，造成过程调节缓慢。
燃料气前馈补偿的方块图如图4所示。

图4  燃料气前馈―串级控制方块图

图中Q=Q₁+Q₂，Q₁、Q₂分别为高压、低压瓦斯的前馈输入。
令反馈副环回路传递函数
              (1)
则前馈―串级控制闭环传递函数为：
           (2)
应用不变性条件
Y₁(s)≠０，Y(s)≡０代入(2)式中，导出下列
           (3)
             (4)
    当副回路工作频率远高于主回路工作频率时，(1)式中的Ｋ≈１
    于是由(4)式得出：
    G_ff(s)≈－G_pd(s)                                (5)
    利用前馈加串级控制方法，干扰通道对过程的影响正好与前馈补偿和对象调节通道的乘积相抵消。只要前馈函数设置合理，实现近似完全补偿是可行的。
    带有前馈补偿控制回路的控制器输出为前馈作用和反馈作用的迭加，是按干扰进行补偿和偏差调节的结合。前馈补偿力求在任何时刻均实现对扰动影响的补偿，使高、低瓦斯对被调量的影响大大降低。对燃料气施行前馈补偿，使控制作用和干扰作用对被控参数的影响大小相等，方向相反。
    目前引入常压炉的高瓦气为单回路调节，低瓦流量用现场阀门调整，DCS没有指示。为便于实现此种方案，新增低瓦检测点为FT112。

常压炉引入前馈控制流程图如图5所示。
    Gd1、Gd2为前馈补偿器，可通过在用PROVOX系统内部仪表“AI POINT”点来实现，内有开方、滤波、作用方向、

图5  炉燃料气前馈―串级控制流程

    P/T补偿等；若只考虑低瓦变量的干扰，也可在回路点前馈连接中指定开方、滤波、作用方向、P/T补偿等选项；Σ功能可由系统FST程序来完成。
    在燃料气成主要干扰时，利用前馈补偿，使阀体动作迅速及时，加法器输出为：
    P=C₁P_c±(C₂P_f1+C₃P_f2)+C_o                      (6)
    式中，Pc：主调节器输出；P_f1、P_f2：高、低压瓦斯流量；C₁、C₂、_C3：系数；C_o：偏置。
    因温度调节器为反作用，故C₂、C₃取负，数值上为前馈静态补偿系数，现场凑试时，在燃料气流量干扰下，调整至炉出口温度基本不变为止。
    C_o为偏置值，正常负荷下，C_o与C₂P_f1+C₃P_f2恰好抵消；C₁一般取1。
    静态前馈补偿实施起来比动态方式简单得多，只需对主要扰动进行补偿，其它干扰因素由反馈给予修正。前馈补偿在生产中能得到实际的应用。当燃料气成为主要干扰时，利用静态前馈加串级控制实现对炉出口的自动调节较为合理。

5  方案的比较与选择

    选用瓦斯气补偿方案，虽能将最主要参数―燃料油流量波动进入副环，加速控制频率；但I常燃料油是减压塔底流出产品，当燃料油管网压力较稳定，流量波动较小时，没有发挥出副环克服干扰强的特点，由于高、低压瓦斯气波动及燃料油和瓦斯组分、热值改变等干扰在副环之外，副环无法克服，使主、副对象的时间常数比过大，副回路优点削弱了。使用前馈补偿还需增加低瓦气流量检测点，增加DCS输入通道。在建立能量平衡关系求出补偿作用的大小后，还须现场进行调试，过程实现较复杂。
    将副变量改为炉膛温度，讨论中的两点平均法、四点平均法及加权法三种取点方案。理论上加权法较前两种取点显得合理，表1是选取不同时期、不同工况下50组数据中四点平均值与加权法相差最大的5组。
    温差的绝对值在0.724℃以内，而TI115-118量程为0～1000℃，两者相差较小。
    比较两种方法后可以看出，两种取值方法非常接近。原因是四路流量差异较小且火嘴点火对称。前面说过，加权法能较好克服点火不对称问题，但计算处理量是平均法的3～5倍，两者比较后，认为可以选择平均值取点法。

表1  四点平均值与加权取值比较

    选用炉膛温度作副参数，特点是实现比较容易，无须新增测点，虽然副环包含干扰较多，副变量位置相对燃油流量作副变量时更靠近主变量，火嘴等引起的不确定因素都落入副环。副回路控制通道加长，时间常数较大，但能将多数的、主要和无法检测的干扰变量纳入副环，而被加热介质流量波动、组分变化等干扰由主环克服，使主、副对象的时间常数比趋于合理。
    综上所述，副参数应选用炉膛温度。

6  结语

    将燃料气作前馈与出口温度、燃料油反馈回路结合使用，构成前馈―反馈调节回路，是对出口温度―燃料油串级控制方案的完善，既发挥前馈及时校正作用，又保持反馈调节回路克服多扰动并对被控变量的调节进行最终检验的优点。由于I常燃料油流量生产中控制严格，波动较小，故使用炉膛温度作副变量比使用燃料油作副变量串级控制方案更显合理。
    需要指出，因被加热介质流量控制较稳定，文中未涉及对其流量干扰的讨论。
    参数整定上，炉膛温度作副变量时，因系统对副变量的要求并不高，副调节器放大倍数又较大，校正作用强，余差较小，故副调节器可采用纯比例作用。为确保炉出口介质温度控制指标以及克服对容量滞后，主调节器需设置PID控制。积分作用能消除余差，使稳态值为零；炉容积大，炉膛存在容量滞后，温度在干扰影响下变化不明显，利用微分的超前作用，可以有效克服干扰，提高控制品质。
    此外，工艺人员在操作过程中要注意控制好燃料油、燃料气系统压力，保持常压炉分支进料均匀稳定，加强对现场“三门一板”和进炉空气量的调整，做到多嘴、短焰、齐火苗，才能有效保证常压炉始终处在良好的操作工况下运行。
    由于水平有限，加之对设备和控制过程深度的了解不够，难免出现各种错误，望给予指正。