合成氨工藝控制方案總結(jié)

1、合成氨工藝控制方案總結(jié)一 合成氨工藝簡介中小型氮肥廠是以煤為主要原料，采用固定層間歇?dú)饣ㄖ圃旌铣砂痹蠚?。從原料氣的制備、凈化到氨的合成，?jīng)過造氣、脫硫、變換、碳化、壓縮、精煉、合成等工段。工藝流程簡圖如下所示： 該裝置主要的控制回路有：（1）洗滌塔液位；（2）洗滌氣流量；（3）合成塔觸媒溫度；（4）中置鍋爐液位；（5）中置鍋爐壓力；（6）冷凝塔液位；（7）分離器液位；（8）蒸發(fā)器液位。其中觸媒溫度控制可采用全系數(shù)法自適應(yīng)控制，其他回路采用PID控制。二 主要控制方案（一）造氣工段控制 工藝簡介：固定床間歇?dú)饣ㄉa(chǎn)水煤氣過程是以無煙煤為原料，周期循環(huán)操作，在每一循環(huán)時(shí)間里具體分為五個(gè)階段；

2、(1)吹風(fēng)階段約37s；(2)上吹階段約39s；(3)下吹階段約56s；(4)二上吹階段約12s；(5)吹凈階段約6s.l、 吹風(fēng)階段 此階段是為了提高爐溫為制氣作準(zhǔn)備的。這一階段時(shí)間的長短決定爐溫的高低，時(shí)間過長，爐溫過高；時(shí)間過短，爐溫偏低并且都影響發(fā)氣量，爐溫主要由這一階段控制。般工藝要求此階段的操作時(shí)間約為整個(gè)循環(huán)周期的18左右。2、上吹加氮制氣階段 在此階段是將水蒸汽和空氣同時(shí)加入?？諝獾募尤朐黾恿藲怏w中的氮?dú)夂?，是調(diào)節(jié)H2/N2的主要手段。但是為了保證造氣爐的安全該段時(shí)間最多不超過整個(gè)循環(huán)周期的26。3、上吹制氣階段該階段與上吹加氯制氣總時(shí)間為整個(gè)循環(huán)的32，隨著上吹制氣的進(jìn)行下

3、部爐溫逐漸下降，為了保證爐況和提高發(fā)氣量，在此階段蒸汽的流量最好能得以控制。4、下吹制氣階段 為了充分地利用爐頂部高溫、提高發(fā)氣量，下吹制氣也是很重要的一個(gè)階段。這段時(shí)間約占整個(gè)循環(huán)的40左右。5、二次上吹階段為了確保生產(chǎn)安全，造氣爐再度進(jìn)行吹風(fēng)升溫之前，須把下吹制氣時(shí)留在爐底及下部管道中的半水煤氣吹凈以防不測，故進(jìn)行第二次上映。這段時(shí)間約占7左右。6、吹凈階段這段時(shí)間主要是回收上行煤氣管線及設(shè)備內(nèi)的半水煤氣。約占整個(gè)循環(huán)的3。該階段是由吹風(fēng)管路送風(fēng)，該段時(shí)間的長短直接影響H2/N2.該控制系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的時(shí)變、間歇、非線性、大滯后控制系統(tǒng)。故將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為串級(jí)控制。造氣爐的工作方式分為開車

4、、停車、正常造氣、升溫和制惰等五種方式。每臺(tái)造氣爐需要控制15個(gè)電磁閥，為了防止多臺(tái)爐同時(shí)進(jìn)入吹風(fēng)階段而引起爭風(fēng)搶汽觀象，各臺(tái)爐之間必須進(jìn)行吹風(fēng)排隊(duì)順序控制。控制方案：1、造氣工段H2/N2控制方案造氣工段是通過加減氮操作來進(jìn)行氫氮比控制的，而加減氮操作又是通過調(diào)節(jié)上下吹加氮時(shí)間和吹風(fēng)回收時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的，因此，該控制系統(tǒng)最終得到的控制量要轉(zhuǎn)化為上下吹加氮時(shí)間或吹風(fēng)回收時(shí)間。本系統(tǒng)的氫氮比控制采用調(diào)節(jié)吹風(fēng)回收時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。在合成氨生產(chǎn)過程中，影響氫氮比的主要干擾來源是造氣、脫硫兩個(gè)環(huán)節(jié)，這部分僅有較小的滯后，所以對(duì)脫硫制氫采用PID閉環(huán)控制和較高的采樣頻率，這是控制的內(nèi)環(huán)。然后將造氣脫硫與變換、脫碳

5、、精煉及合成組成一個(gè)廣義外環(huán)，采用預(yù)測控制進(jìn)行控制，這是控制的外環(huán)。可選作控制量的參數(shù)有：脫硫氫、變換氫、補(bǔ)充氫和循環(huán)氫，這四個(gè)氫值之間的波動(dòng)有一個(gè)時(shí)間差，脫硫氫到變換氫大約有5min，變換氫到補(bǔ)充氫大約有15min,再由補(bǔ)充氫到循環(huán)氫又有20min，而且補(bǔ)充氫與循環(huán)氫之間存在積分關(guān)系，補(bǔ)充氫中氫氮比的微小變化就會(huì)造成循環(huán)氫中氫的增加與減小，即穩(wěn)定的補(bǔ)充氫并不能保證循環(huán)氫的穩(wěn)定。而循環(huán)氫是生產(chǎn)過程最終階段的信號(hào)，所以采用循環(huán)氫作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，并選擇脫硫氫作為副調(diào)參數(shù)，以克服循環(huán)氫巨大的滯后。2、H2/N2調(diào)節(jié)方法采用改變加氮空氣量的方法調(diào)節(jié)H2/N2，在上吹和下吹階段設(shè)置用否加氮軟手動(dòng)開關(guān)決定

6、是否啟用加氮空氣，同時(shí)采用上下加氮調(diào)節(jié)閥來改變加氮空氣量，其次可以通過調(diào)整吹凈時(shí)間的方法來調(diào)整H2N2，同時(shí)還采用打吹凈軟開關(guān)確定在吹風(fēng)階段是否提前關(guān)閉煙囪閥，以輔助調(diào)節(jié)H2/N2.（三） CO變換工段控制 工藝簡介：工藝流程圖如下： 中溫變換護(hù)的正常操作應(yīng)該是將各段催化劑的溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，以充分發(fā)揮催化劑的活性。同時(shí)用最低的蒸汽消耗實(shí)現(xiàn)最高的CO變換率。影響中變爐催化劑床層溫度變化的因素很多，如蒸汽的加入量、蒸汽的溫度、進(jìn)入催化劑前反應(yīng)氣體的溫度、反應(yīng)氣體的組成以及生產(chǎn)負(fù)荷等。該工段主要的控制系統(tǒng)主要有：中變爐入口溫度定值控制，入中變護(hù)蒸汽流量定值控制，入中變滬中段蒸汽流量定值控制，

7、中變爐下段溫度控制等。（1）中變爐人口溫度定值控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)是通過控制中變爐的入口溫度來穩(wěn)定上段催化劑的溫度。選中變爐人口氣體的溫度作為被控變量，操作變量為中溫?fù)Q熱器的半水煤氣副線流量。 其主要干擾因素有：半水煤氣流量，半水煤氣溫度，蒸汽流量，蒸汽溫度，變換氣溫度等。在這個(gè)系統(tǒng)中，中變爐人口溫度是根據(jù)生產(chǎn)要求由人工設(shè)定，當(dāng)受到干擾使該溫度偏離沒定值時(shí)，通過改變中溫?fù)Q熱器副線流量來維持其入口溫度的穩(wěn)定。 （2） 入爐蒸汽流量定值控制控制流程圖如下：被控變量和操作變量均為與煤氣混合的蒸汽流量。其主要干擾因素是蒸汽的溫度和蒸汽管網(wǎng)的壓力。求由人工設(shè)定，通過改變蒸汽流量調(diào)節(jié)閥的開度來維持蒸汽流量的穩(wěn)

8、定。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷變動(dòng)或其它干擾因索引起中變爐上段催化劑溫度發(fā)生變化而需要改變?nèi)霠t的蒸汽量時(shí)，只能通過人工調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)，可見該系統(tǒng)不能自動(dòng)跟蹤生產(chǎn)負(fù)荷，亦不能按照上段催化劑溫度的變化來自動(dòng)控制所需的蒸汽量。 （3） 中變爐中段蒸汽流量定值控制 （六）氨合成工段控制在合成氨生產(chǎn)中，合成塔人塔氣體的氫氣與氮?dú)獾谋壤枪に嚿弦粋€(gè)極為重要的控制指標(biāo)。氫氯比合格率對(duì)于全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產(chǎn)量和降低原料及能源消耗起著重要作用，氫氮比的過高或過低，都會(huì)直接影響合成效率，導(dǎo)致合成系統(tǒng)超壓放空，使合成氨產(chǎn)量減少，消耗增加。但合成氨氫氮比對(duì)象是一個(gè)純滯后和容積滯后大，無自衡能力和時(shí)變的工藝過程，所以氫氮

9、比控制是氨合成工段的主要控制對(duì)象。方案一：采用變比控制方案，對(duì)負(fù)荷變化和加氮空氣量進(jìn)行預(yù)測控制其工作框圖如下： 原料氣中各有效成分分析合成總的含H2量作為主物料信號(hào)，乘上一個(gè)比值系數(shù)K,就作為空氣調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥以得到所需要的與總含H2成比例的N2量。如果由于某種因素使H2/N2比值偏離給定值，就通過調(diào)節(jié)器GC輸出信號(hào)修正比值系數(shù)K,使H2/N2比回到給定值上來。對(duì)于空氣流量的干擾，設(shè)置一個(gè)副環(huán)，構(gòu)成串級(jí)控制，對(duì)空氣的測量，采用壓力和溫度的補(bǔ)償。方案2 預(yù)測加PID控制方案上述方案由兩個(gè)回路組成：內(nèi)回路是由造氣到脫磕和可調(diào)控制器組成的線性反饋回路；外回路由變換到精煉和通推參數(shù)估計(jì)器

10、及校正器組成。方案3 預(yù)測PID串級(jí)控制方案 氫氮比通過改變二段爐的空氣量來調(diào)節(jié)，針對(duì)被控對(duì)象的特點(diǎn)，本文采用多步MAC預(yù)測控制算法、PID算法及前饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制規(guī)律構(gòu)成氫氮比前饋中級(jí)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方塊圖如下所示：由于負(fù)荷（原料氣流量）變化是系統(tǒng)可測不可控的干擾，為此，采用前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以便及時(shí)克服負(fù)荷波動(dòng)的干擾。由于空氣流量波動(dòng)大，必須采用閉環(huán)控制，空氣流量調(diào)節(jié)回路采用YS80單回路調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)滯后時(shí)間長，為了能及時(shí)克服轉(zhuǎn)化、變化工段的干擾，引入變換氫副調(diào)回路，此回路純滯后時(shí)間短，可采用PID調(diào)節(jié)；主被控對(duì)象氫氮比系統(tǒng)純滯后時(shí)間長，慣性大，干擾多，因此主控器采用MAC預(yù)測控制

11、（八）精餾塔控制方案 工藝簡介： 合成氨廠氨精餾塔是氨回收單元，以水為溶劑，吸收氨合成回路的放空氣和液氨貯槽放空氣中的氨，然后利用外部供熱使氨水溶液解吸，水作為吸收劑循環(huán)使用。其工藝流程圖如下：由于本精餾工段受多種干擾因素如進(jìn)料量、進(jìn)料溫度、冷凝器冷卻水溫度、環(huán)境溫度變化等的影響，而且難以直接測量產(chǎn)品濃度作為被調(diào)參數(shù)，故選用間接參數(shù)溫度、壓力作為被調(diào)參數(shù)。控制方案：1壓力控制 針對(duì)壓力設(shè)置了一套壓力分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由PRC-10001檢測塔內(nèi)壓力，分別控制塔頂排出的情氣量和塔頂冷卻器的回水量。其調(diào)節(jié)過程為： 當(dāng)PRC-10001測量值增加時(shí)，其輸出值若在100%50%內(nèi)，則情氣閥PV10001A全關(guān)(F.C)， 冷卻水閥PV-10001B(F0)逐漸開大，直至全開， 以充分冷凝氣體中的氨；若輸出值小于50，則PV10001B全開，PV1000lA逐漸開大，從而使塔內(nèi)壓力降低，反之亦然。以此達(dá)到塔內(nèi)壓力恒定。2、溫度控制 由于成品氨的質(zhì)量與溫度有直接關(guān)系，液氨流量直接影響著溫度，為保證精餾塔溫度，設(shè)置一套以惰餾塔溫度TICAH10004和液氨流量FIC10006組成的串級(jí)系統(tǒng)。其中流星為副參數(shù)，克服影響氨水流量波動(dòng)的各種擾動(dòng)因素；以溫度為主參數(shù)，保證精餾塔溫度，其工藝控制流程圖如下： 首先，手動(dòng)調(diào)整F10006輸出值，使得T1000