油田联合站是油田原油集输生产中最重要的生产工艺过程，加热炉是油田联合站中的关键设备，提供原油脱气脱水所需的全部热量。使加热炉处于良好的运行状态下，使被加热原油的出口温度控制在一定的范围内，才能保证后期的脱水顺利进行，从而达到提高装置处理量、节能降耗和提高经济效益的目的。同时，加热炉的平稳运行对于延长设备的运行周期和使用寿命也起到了十分关键的作用。国内学术界对水套式加热炉所作的研究尚不够完善，主要集中在工艺改造和优化操作条件等方面的研究，而对与操作直接相关的动态机理建模和基于模型的先进控制鲜见报道。因此，如何在现有装置的基础上，对水套式加热炉进行动态机理建模、实现先进控制具有十分重要的意义。 本文在分析水套式加热炉过程机理的基础上，针对当前加热炉的操作现状，建立了以加热炉出口温度为主要输出变量的动态机理模型，同时给出了过剩空气系数、热效率等加热炉重要参数指标的求法。结合现场数据确定了模型的参数，利用gPROMS软件完成了模型的求解和对象的仿真，并对模型的动态特性进行了分析。仿真结果表明该模型较好的反映了设备的实际情况，可作为虚拟对象用于先进控制的研究。利用状态反馈预测控制算法，对水套式加热炉进行了预测控制仿真研究。仿真结果表明，控制系统的调节过程较快，且具有较好的抗干扰能力，使加热炉平稳运行，这对于实际装置的先进控制具有较好的指导意义。