合成氨工藝簡(jiǎn)介

1、合成氨工藝簡(jiǎn)介合成氨工藝控制方案總結(jié)一 合成氨工藝簡(jiǎn)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蠚狻?從原料氣的制備、凈化到氨的合成，經(jīng)過(guò)造氣、脫硫、變換、碳化、壓縮、精煉、合成等工段。工藝流程簡(jiǎn)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；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(guò)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)行下部爐溫逐漸下降，為了保證爐況和提高發(fā)氣量

2、， 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(cè)， 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(xiàn)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(zhǎng)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(xiàn)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(kāi)車(chē)、 停車(chē)、正常造氣、升溫和制

3、惰等五種方式。每臺(tái)造氣爐需要控制個(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(zhēng)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?？刂品桨福?、造氣工段 H2/N2控制方案造氣工段是通過(guò)加減氮操作來(lái)進(jìn)行氫氮比控制的，而加減氮操作又是通過(guò)調(diào)節(jié)上下吹加氮時(shí)間和吹風(fēng)回收時(shí)間來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)。在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中， 影響氫氮比的主要干擾來(lái)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、精煉及

4、合成組成一個(gè)廣義外環(huán)，采用預(yù)測(cè)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(guò)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

5、軟手動(dòng)開(kāi)關(guān)決定是否啟用加氮空氣， 同時(shí)采用上下加氮調(diào)節(jié)閥來(lái)改變加氮空氣量，其次可以通過(guò)調(diào)整吹凈時(shí)間的方法來(lái)調(diào)整 H2N2，同時(shí)還采用打吹凈軟開(kāi)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(jiǎn)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，

6、入中變滬中段蒸汽流量定值控制， 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(guò)控制中變爐的入口溫度來(lái)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(xiàn)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(méi)定值時(shí)，通過(guò)改變中溫?fù)Q熱器副線(xiàn)流量來(lái)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(guò)改變蒸

7、汽流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)維持蒸汽流量的穩(wěn)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(guò)人工調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)， 可見(jiàn)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(lái)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(guò)高或過(guò)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

8、和容積滯后大，無(wú)自衡能力和時(shí)變的工藝過(guò)程， 所以氫氮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(cè)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(guò)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(lái)。 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(cè)量，采用壓力和溫度的補(bǔ)償。方案 2 預(yù)測(cè)加 PID 控制方案上述方案由兩個(gè)回路

9、組成：內(nèi)回路是由造氣到脫磕和可調(diào)控制器組成的線(xiàn)性反饋回路；外回路由變換到精煉和通推參數(shù)估計(jì)器及校正器組成。方案 3 預(yù)測(cè) PID 串級(jí)控制方案氫氮比通過(guò)改變二段爐的空氣量來(lái)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(cè)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(cè)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 YS 80 單回路調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)滯后時(shí)間長(zhǎng)，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，

10、 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(zhǎng)，慣性大，干擾多，因此主控器采用 MAC 預(yù)測(cè)控制（八）精餾塔控制方案工藝簡(jiǎn)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(cè)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)?？刂品桨福?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(cè)塔內(nèi)壓力，分別控制塔頂排出的情

11、氣量和塔頂冷卻器的回水量。其調(diào)節(jié)過(guò)程為：當(dāng) PRC-10001 測(cè)量值增加時(shí)，其輸出值若在100%50% 內(nèi)，則情氣閥 PV 10001A 全關(guān)(F.C)， 冷卻水閥 PV-10001B(F0)逐漸開(kāi)大，直至全開(kāi)， 以充分冷凝氣體中的氨； 若輸出值小于 50，則 PV10001B 全開(kāi)， PV1000lA 逐漸開(kāi)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 TICAH 10004 和液氨流量 FIC 10006 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 T 10004 滿(mǎn)足工藝要求。然后，調(diào)整 T10004 的