最新合成氨工藝控制方案總結

1、合成氨工藝控制方案總結一合成氨工藝簡介中小型氮肥廠是以煤為主要原料，采用固定層間歇氣化法制造合成氨原料氣。從原料氣的制備、凈化到氨的合成，經過造氣、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：七水H氣腹破限，有生爐第合底塔二鋌化般水於二國化展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法自適應控制，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：固定床間歇氣化法生產水煤氣過程是以無煙煤為原料，周期循

2、環(huán)操作，在每一循環(huán)時間里具體分為五個階段；(1)吹風階段約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、吹風階段此階段是為了提高爐溫為制氣作準備的。這一階段時間的長短決定爐溫的高低，時間過長，爐溫過高；時間過短，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間約為整個循環(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加入?？諝獾募尤朐黾恿藲怏w中的氮氣含量，是調節(jié)H2/N2的主要手段。但是為了保證造氣爐的安全該段時間最多不超過整個循環(huán)周期的26%。3、上吹制氣階段該階段與上吹加氯制氣總時

3、間為整個循環(huán)的32%,隨著上吹制氣的進行下部爐溫逐漸下降，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階段。這段時間約占整個循環(huán)的40%左右。5、二次上吹階段為了確保生產安全，造氣爐再度進行吹風升溫之前，須把下吹制氣時留在爐底及下部管道中的半水煤氣吹凈以防不測，故進行第二次上映。這段時間約占7%左右。6、吹凈階段這段時間主要是回收上行煤氣管線及設備內的半水煤氣。約占整個循環(huán)的3%。該階段是由吹風管路送風，該段時間的長短直接影響H2/N2.該控制系統(tǒng)是一個較復雜的時變、間歇、非線性、大滯后控制系統(tǒng)。故將

4、該系統(tǒng)設計為串級控制。造氣爐的工作方式分為開車、停車、正常造氣、升溫和制惰等五種方式。每臺造氣爐需要控制15個電磁閥，為了防止多臺爐同時進入吹風階段而引起爭風搶汽觀象，各臺爐之間必須進行吹風排隊順序控制?？刂品桨福?、造氣工段H2/N2控制方案造氣工段是通過加減氮操作來進行氫氮比控制的，而加減氮操作又是通過調節(jié)上下吹加氮時間和吹風回收時間來實現的，因此，該控制系統(tǒng)最終得到的控制量要轉化為上下吹加氮時間或吹風回收時間。本系統(tǒng)的氫氮比控制采用調節(jié)吹風回收時間來實現。二L在合成氨生產過程中，影響氫氮比的主要干擾來源是造氣、脫硫兩個環(huán)節(jié)，這部分僅有較小的滯后，所以對脫硫制氫采用PID閉環(huán)控制和較高的采

5、樣頻率，這是控制的內環(huán)。然后將造氣脫硫與變換、脫碳、精煉及合成組成一個廣義外環(huán)，采用預測控制進行控制，這是控制的外環(huán)?？蛇x作控制量的參數有：脫硫氫、變換氫、補充氫和循環(huán)氫，這四個氫值之間的波動有一個時間差，脫硫氫到變換氫大約有5min,變換氫到補充氫大約有15min,再由補充氫到循環(huán)氫又有20min,而且補充氫與循環(huán)氫之間存在積分關系，補充氫中氫氮比的微小變化就會造成循環(huán)氫中氫的增加與減小，即穩(wěn)定的補充氫并不能保證循環(huán)氫的穩(wěn)定。而循環(huán)氫是生產過程最終階段的信號，所以采用循環(huán)氫作為主調節(jié)參數，并選擇脫硫氫作為副調參數，以克服循環(huán)氫巨大的滯后。2、H2/N2調節(jié)方法采用改變加氮空氣量的方法調節(jié)H2

6、/N2,在上吹和下吹階段設置用/否加氮軟手動開關決定是否啟用加氮空氣，同時采用上/下加氮調節(jié)閥來改變加氮空氣量，其次可以通過調整吹凈時間的方法來調整H2/N2,同時還采用打吹凈軟開關確定在吹風階段是否提前關閉煙囪閥，以輔助調節(jié)H2/N2.(三)CO變換工段控制工藝簡介：工藝流程圖如下:圖1工藝流程圖1-中溫換熱器42中溫變換爐：3三段換精卷中溫變換護的正常操作應該是將各段催化劑的溫度控制在適宜的范圍內，以充分發(fā)揮催化劑的活性。同時用最低的蒸汽消耗實現最高的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、進入催化劑前反應氣體的溫度、反應氣體的組成以及生產負荷等。該

7、工段主要的控制系統(tǒng)主要有：中變爐入口溫度定值控制，入中變護蒸汽流量定值控制，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)交換氣選中變爐人口氣體的該系統(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。溫度作為被控變量，操作變量為中溫換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。在這個系統(tǒng)中，中變爐人口溫度是根據生產要求由人工設定，當受到干擾使該溫度偏離沒定值時，通過改變中溫換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。

8、其主要干擾因素是蒸汽的溫度和蒸汽管網的壓力。求由人工設定，通過改變蒸汽流量調節(jié)閥的開度來維持蒸汽流量的穩(wěn)定。蘭生產負荷變動或其它干擾因索引起中變爐上段催化劑溫度發(fā)生變化而需要改變入爐的蒸汽量時，只能通過人工調整系統(tǒng)的設定值來實現，可見該系統(tǒng)不能自動跟蹤生產負荷，亦不能按照上段催化劑溫度的變化來自動控制所需的蒸汽量。(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中，合成塔人塔氣體的氫氣與氮氣的比例是工藝上一個極為重要的控制指標。氫氯比合格率對于全廠生產系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產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，都會直接影響合成效率，導致合成系統(tǒng)超壓放空，使合成氨產

9、量減少，消耗增加。但合成氨氫氮比對象是一個純滯后和容積滯后大，無自衡能力和時變的工藝過程，所以氫氮比控制是氨合成工段的主要控制對象。方案一：采用變比控制方案，對負荷變化和加氮空氣量進行預測控制其工作框圖如下：蚓I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，乘上一個比值系數K,就作為空氣調節(jié)閥的輸入信號，驅動調節(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，就通過調節(jié)器GC輸出信號修正比值系數K,使H2/N2比回到給定值上來。對于空氣流量的干擾，設置一個副環(huán)，構成串級控制，對空氣的測量，采用壓力和溫度的補償。方案2預測加PID控制方案上述方案由兩

10、個回路組成：內回路是由造氣到脫磕和可調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估計器及校正器組成。方案3預測+PID串級控制方案氫氮比通過改變二段爐的空氣量來調節(jié)，針又被控對象的特點，本文采用多步MAC預測控制算法、PID算法及前饋調節(jié)相結合的控制規(guī)律構成氫氮比前饋中級控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結構方塊圖如下所示：由于負荷（原料氣流量）變化是系統(tǒng)可測不可控的干擾，為此，采用前饋調節(jié)系統(tǒng),以便及時克服負荷波動的干擾。由于空氣流量波動大，必須采用閉環(huán)控制，空氣流量調節(jié)回路采用YS80單回路調節(jié)器實現。由于系統(tǒng)滯后時間長，為了能及時克服轉化、變化工段的干擾，引入變換氫副調回路，此回路純滯后時間短，

11、可采用PID調節(jié)；主被控對象氫氮比系統(tǒng)純滯后時間長，慣性大，干擾多，因此主控器采用MAC預測控制（八）精福塔控制方案工藝簡介：合成氨廠氨精儲塔是氨回收單元，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：由于本精儲工段受多種干擾因素如進料量、進料溫度、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品濃度作為被調參數，故選用間接參數溫度、壓力作為被調參數?？刂品桨福?.壓力控制針對壓力設置了一套壓力分程調節(jié)系統(tǒng)，由PRC-10001檢測塔內壓力，分別控制塔頂排出的情氣量和塔頂冷卻器的回水量。其調節(jié)過程為

12、：當PRC-10001測量值增加時，其輸出值若在100%50%內，則情氣閥PV-10001A全關(F.C),冷卻水閥PV-10001B(F.0)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PV-10001B全開，PV-10001A逐漸開大，從而使塔內壓力降低，反之亦然。以此達到塔內壓力恒定。2、溫度控制由于成品氨的質量與溫度有直接關系，液氨流量直接影響著溫度，為保證精儲塔溫度，設置一套以惰儲塔溫度TICAH10004和液氨流量FIC10006組成的串級系統(tǒng)。其中流星為副參數，克服影響氨水流量波動的各種擾動因素；以溫度為主參數，保證精儲塔溫度，其工藝控制流程圖如下：TE-JOOIMFT-口口05FV*IDOOti國2部度串鞭儀森在嫉圖首先，手動調整F-10006輸出值，使得T