合成氨工艺简介模板.doc

合成氨工艺控制方案总结一 合成氨工艺介绍中小型氮肥厂是以煤为关键原料，采取固定层间歇气化法制造合成氨原料气。从原料气制备、净化到氨合成，经过造气、脱硫、变换、碳化、压缩、精炼、合成等工段。工艺步骤简图以下所表示： 该装置关键控制回路有：（1）洗涤塔液位；（2）洗涤气流量；（3）合成塔触媒温度；（4）中置锅炉液位；（5）中置锅炉压力；（6）冷凝塔液位；（7）分离器液位；（8）蒸发器液位。其中触媒温度控制可采取全系数法自适应控制，其它回路采取PID控制。二 关键控制方案（一）造气工段控制 工艺介绍：固定床间歇气化法生产水煤气过程是以无烟煤为原料，周期循环操作，在每一循环时间里具体分为五个阶段；(1)吹风阶段约37s；(2)上吹阶段约39s；(3)下吹阶段约56s；(4)二上吹阶段约12s；(5)吹净阶段约6s.l、 吹风阶段 此阶段是为了提升炉温为制气作准备。这一阶段时间长短决定炉温高低，时间过长，炉温过高；时间过短，炉温偏低而且全部影响发气量，炉温关键由这一阶段控制。般工艺要求此阶段操作时间约为整个循环周期18左右。2、上吹加氮制气阶段 在此阶段是将水蒸汽和空气同时加入。空气加入增加了气体中氮气含量，是调整H2/N2关键手段。不过为了确保造气炉安全该段时间最多不超出整个循环周期26。3、上吹制气阶段该阶段和上吹加氯制气总时间为整个循环32，伴随上吹制气进行下部炉温逐步下降，为了确保炉况和提升发气量，在此阶段蒸汽流量最好能得以控制。4、下吹制气阶段 为了充足地利用炉顶部高温、提升发气量，下吹制气也是很关键一个阶段。这段时间约占整个循环40左右。5、二次上吹阶段为了确保生产安全，造气炉再度进行吹风升温之前，须把下吹制气时留在炉底及下部管道中半水煤气吹净以防不测，故进行第二次上映。这段时间约占7左右。6、吹净阶段这段时间关键是回收上行煤气管线及设备内半水煤气。约占整个循环3。该阶段是由吹风管路送风，该段时间长短直接影响H2/N2.该控制系统是一个较复杂时变、间歇、非线性、大滞后控制系统。故将该系统设计为串级控制。造气炉工作方法分为开车、停车、正常造气、升温和制惰等五种方法。每台造气炉需要控制15个电磁阀，为了预防多台炉同时进入吹风阶段而引发争风抢汽观象，各台炉之间必需进行吹风排队次序控制。控制方案：1、造气工段H2/N2控制方案造气工段是经过加减氮操作来进行氢氮比控制，而加减氮操作又是经过调整上下吹加氮时间和吹风回收时间来实现，所以，该控制系统最终得到控制量要转化为上下吹加氮时间或吹风回收时间。本系统氢氮比控制采取调整吹风回收时间来实现。在合成氨生产过程中，影响氢氮比关键干扰起源是造气、脱硫两个步骤，这部分仅有较小滞后，所以对脱硫制氢采取PID闭环控制和较高采样频率，这是控制内环。然后将造气脱硫和变换、脱碳、精炼及合成组成一个广义外环，采取估计控制进行控制，这是控制外环。可选作控制量参数有：脱硫氢、变换氢、补充氢和循环氢，这四个氢值之间波动有一个时间差，脱硫氢到变换氢大约有5min，变换氢到补充氢大约有15min,再由补充氢到循环氢又有20min，而且补充氢和循环氢之间存在积分关系，补充氢中氢氮比微小改变就会造成循环氢中氢增加和减小，即稳定补充氢并不能确保循环氢稳定。而循环氢是生产过程最终阶段信号，所以采取循环氢作为主调整参数，并选择脱硫氢作为副调参数，以克服循环氢巨大滞后。2、H2/N2调整方法采取改变加氮空气量方法调整H2/N2，在上吹和下吹阶段设置用否加氮软手动开关决定是否启用加氮空气，同时采取上下加氮调整阀来改变加氮空气量，其次能够经过调整吹净时间方法来调整H2N2，同时还采取打吹净软开关确定在吹风阶段是否提前关闭烟囱阀，以辅助调整H2/N2.（三） CO变换工段控制 工艺介绍：工艺步骤图以下： 中温变换护正常操作应该是将各段催化剂温度控制在适宜范围内，以充足发挥催化剂活性。同时用最低蒸汽消耗实现最高CO变换率。影响中变炉催化剂床层温度改变原因很多，如蒸汽加入量、蒸汽温度、进入催化剂前反应气体温度、反应气体组成和生产负荷等。该工段关键控制系统关键有：中变炉入口温度定值控制，入中变护蒸汽流量定值控制，入中变沪中段蒸汽流量定值控制，中变炉下段温度控制等。（1）中变炉人口温度定值控制系统 该系统是经过控制中变炉入口温度来稳定上段催化剂温度。选中变炉人口气体温度作为被控变量，操作变量为中温换热器半水煤气副线流量。 其关键干扰原因有：半水煤气流量，半水煤气温度，蒸汽流量，蒸汽温度，变换气温度等。在这个系统中，中变炉人口温度是依据生产要求由人工设定，当受到干扰使该温度偏离没定值时，经过改变中温换热器副线流量来维持其入口温度稳定。 （2） 入炉蒸汽流量定值控制控制步骤图以下：被控变量和操作变量均为和煤气混合蒸汽流量。其关键干扰原因是蒸汽温度和蒸汽管网压力。求由人工设定，经过改变蒸汽流量调整阀开度来维持蒸汽流量稳定。当生产负荷变动或其它干扰因索引发中变炉上段催化剂温度发生改变而需要改变入炉蒸汽量时，只能经过人工调整系统设定值来实现，可见该系统不能自动跟踪生产负荷，亦不能根据上段催化剂温度改变来自动控制所需蒸汽量。 （3） 中变炉中段蒸汽流量定值控制 （六）氨合成工段控制在合成氨生产中，合成塔人塔气体氢气和氮气百分比是工艺上一个极为关键控制指标。氢氯比合格率对于全厂生产系统稳定、提升产量和降低原料及能源消耗起着关键作用，氢氮比过高或过低，全部会直接影响合成效率，造成合成系统超压放空，使合成氨产量降低，消耗增加。但合成氨氢氮比对象是一个纯滞后和容积滞后大，无自衡能力和时变工艺过程，所以氢氮比控制是氨合成工段关键控制对象。方案一：采取变比控制方案，对负荷改变和加氮空气量进行估计控制其工作框图以下： 原料气中各有效成份分析合成总含H2量作为主物料信号，乘上一个比值系数K,就作为空气调整阀输入信号，驱动调整阀以得到所需要和总含H2成百分比N2量。假如因为某种原因使H2/N2比值偏离给定值，就经过调整器GC输出信号修正比值系数K,使H2/N2比回到给定值上来。对于空气流量干扰，设置一个副环，组成串级控制，对空气测量，采取压力和温度赔偿。方案2 估计加PID控制方案上述方案由两个回路组成：内回路是由造气到脱磕和可调控制器组成线性反馈回路；外回路由变换到精炼和通推参数估量器及校正器组成。方案3 估计PID串级控制方案 氢氮比经过改变二段炉空气量来调整，针对被控对象特点，本文采取多步MAC估计控制算法、PID算法及前馈调整相结合控制规律组成氢氮比前馈中级控制系统。系统结构方块图以下所表示：因为负荷（原料气流量）改变是系统可测不可控干扰，为此，采取前馈调整系统，方便立即克服负荷波动干扰。因为空气流量波动大，必需采取闭环控制，空气流量调整回路采取YS80单回路调整器实现。因为系统滞后时间长，为了能立即克服转化、改变工段干扰，引入变换氢副调回路，此回路纯滞后时间短，可采取PID调整；主被控对象氢氮比系统纯滞后时间长，惯性大，干扰多，所以主控器采取MAC估计控制（八）精馏塔控制方案 工艺介绍： 合成氨厂氨精馏塔是氨回收单元，以水为溶剂，吸收氨合成回路放空气和液氨贮槽放空气中氨，然后利用外部供热使氨水溶液解吸，水作为吸收剂循环使用。其工艺步骤图以下：因为本精馏工段受多个干扰原因如进料量、进料温度、冷凝器冷却水温度、环境温度改变等影响，而且难以直接测量产品浓度作为被调参数，故选择间接参数温度、压力作为被调参数。控制方案：1压力控制 针对压力设置了一套压力分程调整系统，由PRC-10001检测塔内压力，分别控制塔顶排出情气量和塔顶冷却器回水量。其调整过程为： 当PRC-10001测量值增加时，其输出值若在100%50%内，则情气阀PV10001A全关(F.C)， 冷却水阀PV-10001B(F0)逐步开大，直至全开， 以充足冷凝气体中氨；若输出值小于50，则PV10001B全开，PV1000lA逐步开大，从而使塔内压力降低，反之亦然。以此达成塔内压力恒定。2、温度控制 因为成品氨质量和温度有直接关系，液氨流量直接影响着温度，为确保精馏塔温度，设置一套以惰馏塔温度TICAH10004和液氨流量FIC10006组成串级系统。其中流星为副参数，克服影响氨水流量波动多种扰动原因；以温度为主参数，确保精馏塔温度，其工艺控制步骤图以下： 首先，手动调整F10006输出值，使得T10004满足工艺要求。然后，调整T10004给定值等于测量值，调整F10006设定值等于测量值。在此过程中，要确保T10004输出值等于F10006，设定值。随立即由手动投入自动，等稳定后投入串级。系统稳定后将T10004由手动投入自动。 至此，完成了串级调整系统投运。 在投运过程中，一定要注意T10004输出值等于F10006设定值，投运之前，主、副回路均应置于手动状态。