变换生产工艺自动控制解决方案.doc

变换生产工艺自动控制处理方案
变换过程自动控制方案与方法
变换: 在以煤为原料氮肥生产中, 变换工段任务是把造气工段生产, 经脱硫后, 由压缩机加压至0.8MPa半水煤气送进变换炉。使其在触媒作用下与水蒸气发生反应, 把半水煤气中CO转化成合成氨所需要H2和易于洗涤吸收CO2。在变换过程中, 稳定生产情况, 并达成 最高气体变换率。
在变换过程中, 稳定生产情况, 并达成最高气体变换率是该过程控制最终目标。不一样生产厂家, 所采取变换工艺步骤有所不一样, 以最常见一个步骤为基础进行叙述。
变换炉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。影响变换炉催化剂床温度改变原因很多。如蒸汽加入量、 蒸汽温度, 进入催化剂前反应气体温度, 反应气体组成以及生产负荷等。
入炉温度控制 , 其关键干扰原因有: 半水煤气流量, 温度, 蒸汽流量, 温度, 变换气温度等。
煤气流量

干扰
蒸气对象
蒸调整器
蒸气量控制器
+ 蒸汽流量
氧
运算器

-
优选控制器
蒸汽流量

前馈赔偿器

换热器对象

副线调整阀
入口温度控制器
热点温度控制器

+ +
中变上段
炉对象
- 干扰
入口温度

热点温度
干扰

上段催化剂层温度
中段温度控制, 其关键干扰原因有: 蒸汽温度和压力。

上段温度变送器
前馈赔偿器
给
定 干扰 干扰

变换炉对象
（中段）
蒸汽调整阀
蒸汽流量控制器
蒸汽对象

热点温度控制器

+

- -
蒸汽流量变送器

热点温度变送器

下段温度控制, 其关键干扰原因有: 冷却水压力和温度, 出中段变换气温度。
干扰 干 扰
变换炉对象（下段）
换热器对象
冷却水调整阀
出口温度控制器
+
热点温度控制器
+ 层温度

-
蒸汽温度变送器
-

热点温度变送器

比值控制, 实现蒸汽流量与煤气负荷比值控制。其目是为了确保反应物百分比和炉温稳定。它包含两个部分内容: 一是变换反应过程中煤气流量与蒸汽流量百分比关系, 二是煤气中O2含量或催化剂热点温度与蒸汽流量关系。
方案为: 1、 可采取前馈控制, 对象O2含量。2、 择优控制, 对象为比值控制, 温度控制。3、 串级控制, 对象为中段蒸汽流量与催化剂热点温度进行串级, 流量作副环, 温度作主环。4、 前馈控制, 是上段温度作为前馈信号, 输出加到串级副环上, 当上段催化剂温度发生改变时, 可提前改变蒸汽加入量, 从而使变换炉中段催化剂热点温度保持稳定。5、 下段温度, 受中段气体温度, 冷却水流量和温度改变影响, 是造成下段催化剂温度不稳定关键原因。为此采取换热器出口温度做为副参数, 下段摧化剂温度作为主参数串级控制, 从而提升了系统抗干扰能力, 使下段催化剂温度得到了愈加好控制。
变换工段关键控制指标是工段变换气CO含量。控制好CO含量不仅能降低蒸汽消耗节省能源, 而且还能够确保变换气质量, 避免精炼工段超负荷运转。CO含量要求控制2％以下。汽气比控制是变换炉中对CO含量最关键调整手段。蒸汽用量是一个关键消耗指标, 尽可能降低其用量, 对过程经济性是含相关键意义。
所谓汽气比是指H2O /CO比值或水蒸气/干原料气（摩尔数）比值。控制好汽气比就能使变换气中CO含量保持稳定。因为影响汽气比原因较多, 控制算法复杂, 半水煤气中O2和CO含量改变均会引发汽气改变。O2增加将引发触媒温度升高, 从而造成多耗蒸汽, 也烧坏触媒。
依据以上对扰动原因分析, 为了控制变换气CO含量, 节省蒸汽, 需引入DCS参数共四个——半水煤气CO含量、 蒸汽流量、 半水煤气流量、 变换气CO含量。
为了控制好CO含量, 节省蒸汽, 有多个参数是关键: CO分析、 蒸汽流量和压力, 半水煤气流量、 变换炉温度、 热水塔和饱和塔液位、 汽气比。
DCS变换气汽气比控制方法是依据半水煤气中CO含量改变, 选择适宜汽气比值, 把这个比值与半水煤气流量乘积作为蒸汽流量调整给定值, 使得蒸汽流量被控制在合理范围内达成既节省蒸汽又使出工段变换气CO含量控制在一定范围内。