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1、合成氨工工艺控制制方案总总结一 合成成氨工艺艺简介中小型氮氮肥厂是是以煤为为主要原原料，采采用固定定层间歇歇气化法法制造合合成氨原原料气。从从原料气气的制备备、净化化到氨的的合成，经经过造气气、脱硫硫、变换换、碳化化、压缩缩、精炼炼、合成成等工段段。工艺艺流程简简图如下下所示： 该该装置主主要的控控制回路路有：（11）洗涤涤塔液位位；（2）洗洗涤气流流量；（3）合合成塔触触媒温度度；（4）中中置锅炉炉液位；（5）中中置锅炉炉压力；（6）冷冷凝塔液液位；（7）分分离器液液位；（8）蒸蒸发器液液位。其中触媒媒温度控控制可采用全全系数法法自适应应控制，其其他回路路采用PPID控控制。二 主要要控制方
2、方案（一）造造气工段段控制 工艺艺简介：固定床间间歇气化化法生产产水煤气气过程是是以无烟烟煤为原原料，周周期循环环操作，在在每一循循环时间间里具体体分为五五个阶段段；(11)吹风风阶段约约37ss；(22)上吹吹阶段约约39ss；(33)下吹吹阶段约约56ss；(44)二上上吹阶段段约122s；(5)吹吹净阶段段约6ss.l、 吹吹风阶段段 此阶段段是为了了提高炉炉温为制制气作准准备的。这这一阶段段时间的的长短决决定炉温温的高低低，时间过长长，炉温温过高；时间过过短，炉炉温偏低低并且都都影响发发气量，炉炉温主要要由这一一阶段控控制。般工艺要要求此阶阶段的操操作时间间约为整整个循环环周期的的18
3、左右。2、上吹吹加氮制制气阶段段 在此阶阶段是将将水蒸汽汽和空气气同时加加入。空空气的加加入增加加了气体体中的氮氮气含量量，是调调节H2/NN2的主主要手段段。但是是为了保保证造气气炉的安安全该段段时间最最多不超超过整个个循环周周期的226。3、上吹吹制气阶阶段该阶段与与上吹加加氯制气气总时间间为整个个循环的的32，随着着上吹制制气的进进行下部部炉温逐逐渐下降降，为了了保证炉炉况和提提高发气气量，在在此阶段段蒸汽的的流量最最好能得得以控制制。4、下吹吹制气阶阶段 为了充充分地利利用炉顶顶部高温温、提高高发气量量，下吹吹制气也也是很重重要的一一个阶段段。这段段时间约占整个个循环的的40左右。5、
4、二次次上吹阶阶段为了确保保生产安安全，造造气炉再再度进行行吹风升升温之前前，须把把下吹制制气时留留在炉底底及下部部管道中的半半水煤气气吹净以以防不测测，故进进行第二二次上映映。这段段时间约约占7左右。6、吹净净阶段这段时间间主要是是回收上上行煤气气管线及及设备内内的半水水煤气。约约占整个个循环的的3。该该阶段是是由吹风风管路送送风，该该段时间间的长短短直接影影响H22/N22.该控制系系统是一一个较复复杂的时时变、间间歇、非非线性、大大滞后控控制系统统。故将将该系统统设计为为串级控控制。造气炉的的工作方方式分为为开车、停停车、正正常造气气、升温温和制惰惰等五种种方式。每每台造气气炉需要要控制1
5、15个电电磁阀，为为了防止止多台炉炉同时进进入吹风风阶段而而引起争争风抢汽汽观象，各各台炉之之间必须须进行吹吹风排队队顺序控控制。控制方案案：1、造气气工段HH2/NN2控制制方案造气工段段是通过过加减氮氮操作来来进行氢氢氮比控控制的，而而加减氮氮操作又又是通过过调节上上下吹加加氮时间间和吹风风回收时时间来实实现的，因因此，该该控制系系统最终终得到的的控制量量要转化化为上下下吹加氮氮时间或或吹风回回收时间间。本系系统的氢氢氮比控控制采用用调节吹吹风回收收时间来来实现。在合成氨氨生产过过程中，影影响氢氮氮比的主主要干扰扰来源是是造气、脱脱硫两个个环节，这这部分仅仅有较小小的滞后后，所以以对脱硫硫
6、制氢采采用PIID闭环环控制和和较高的的采样频频率，这这是控制制的内环环。然后后将造气气脱硫与与变换、脱脱碳、精精炼及合合成组成成一个广广义外环环，采用用预测控控制进行行控制，这这是控制制的外环环。可选选作控制制量的参参数有：脱硫氢氢、变换换氢、补补充氢和和循环氢氢，这四四个氢值值之间的的波动有有一个时时间差，脱脱硫氢到到变换氢氢大约有有5miin，变变换氢到到补充氢氢大约有有15mmin,再由补补充氢到到循环氢氢又有220miin，而而且补充充氢与循循环氢之之间存在在积分关关系，补补充氢中中氢氮比比的微小小变化就就会造成成循环氢氢中氢的的增加与与减小，即即稳定的的补充氢氢并不能能保证循循环氢
7、的的稳定。而而循环氢氢是生产产过程最最终阶段段的信号号，所以以采用循循环氢作作为主调调节参数数，并选选择脱硫硫氢作为为副调参参数，以以克服循循环氢巨巨大的滞滞后。2、H22/N22调节方方法采用改变变加氮空空气量的的方法调调节H22/N22，在上上吹和下下吹阶段段设置用用否加加氮软手手动开关关决定是是否启用用加氮空空气，同同时采用用上下下加氮调调节阀来来改变加加氮空气气量，其其次可以以通过调调整吹净时间间的方法法来调整整H2N2，同同时还采采用打吹吹净软开开关确定定在吹风风阶段是是否提前前关闭烟烟囱阀，以以辅助调调节H22/N22.（三） CO变变换工段段控制 工艺艺简介：工艺流流程图如如下：
8、 中温变变换护的的正常操操作应该该是将各各段催化化剂的温温度控制制在适宜宜的范围围内，以以充分发发挥催化化剂的活活性。同同时用最最低的蒸蒸汽消耗耗实现最最高的CCO变换换率。影影响中变变炉催化化剂床层层温度变变化的因因素很多多，如蒸蒸汽的加加入量、蒸蒸汽的温温度、进进入催化化剂前反反应气体体的温度度、反应应气体的的组成以以及生产产负荷等等。该工段主主要的控控制系统统主要有有：中变变炉入口口温度定定值控制制，入中中变护蒸蒸汽流量量定值控控制，入入中变沪沪中段蒸蒸汽流量量定值控控制，中中变炉下下段温度度控制等等。（1）中中变炉人人口温度度定值控控制系统统该系统是是通过控控制中变变炉的入入口温度度来
9、稳定定上段催催化剂的的温度。选选中变炉炉人口气气体的温温度作为为被控变变量，操操作变量量为中温温换热器器的半水水煤气副副线流量量。 其主要要干扰因因素有：半水煤煤气流量量，半水水煤气温温度，蒸蒸汽流量量，蒸汽汽温度，变变换气温温度等。在这个系系统中，中中变炉人人口温度度是根据据生产要要求由人人工设定定，当受受到干扰扰使该温温度偏离离没定值值时，通通过改变变中温换换热器副副线流量量来维持持其入口口温度的的稳定。（2） 入炉蒸汽汽流量定定值控制制控制流程程图如下下：被控变量量和操作作变量均均为与煤煤气混合合的蒸汽汽流量。其其主要干干扰因素素是蒸汽汽的温度度和蒸汽汽管网的的压力。求求由人工工设定，通
10、通过改变变蒸汽流流量调节节阀的开开度来维维持蒸汽汽流量的的稳定。当当生产负负荷变动动或其它它干扰因因索引起起中变炉炉上段催催化剂温温度发生生变化而而需要改改变入炉炉的蒸汽汽量时，只只能通过过人工调调整系统统的设定定值来实实现，可可见该系系统不能能自动跟跟踪生产产负荷，亦亦不能按按照上段段催化剂剂温度的的变化来来自动控控制所需需的蒸汽汽量。（3） 中变炉中中段蒸汽汽流量定定值控制制（六）氨氨合成工工段控制制在合成氨氨生产中中，合成成塔人塔塔气体的的氢气与与氮气的的比例是是工艺上上一个极极为重要要的控制制指标。氢氢氯比合合格率对对于全厂厂生产系系统的稳稳定、提提高产量量和降低低原料及及能源消消耗起
11、着着重要作作用，氢氢氮比的的过高或或过低，都都会直接接影响合合成效率率，导致致合成系系统超压压放空，使使合成氨氨产量减减少，消消耗增加加。但合合成氨氢氢氮比对对象是一一个纯滞滞后和容容积滞后后大，无无自衡能能力和时时变的工工艺过程程，所以以氢氮比比控制是是氨合成成工段的的主要控控制对象象。方案一：采用变比比控制方方案，对对负荷变变化和加加氮空气气量进行行预测控控制其工工作框图图如下：原料气中中各有效效成分分分析合成成总的含含H2量量作为主主物料信信号，乘乘上一个个比值系系数K,就作为为空气调调节阀的的输入信信号，驱驱动调节节阀以得得到所需需要的与与总含HH2成比比例的NN2量。如如果由于于某种
12、因因素使HH2/NN2比值值偏离给给定值，就就通过调调节器GGC输出出信号修修正比值值系数KK,使HH2/NN2比回回到给定定值上来来。对于于空气流流量的干干扰，设设置一个个副环，构构成串级级控制，对对空气的的测量，采采用压力力和温度度的补偿偿。方案2 预测加加PIDD控制方方案上述方案案由两个个回路组组成：内内回路是是由造气气到脱磕磕和可调调控制器器组成的的线性反反馈回路；外回回路由变变换到精精炼和通通推参数数估计器器及校正正器组成成。方案3 预测PIDD串级控控制方案案 氢氢氮比通通过改变变二段炉炉的空气气量来调调节，针针对被控控对象的的特点，本本文采用用多步MMAC预测控制制算法、PPI
13、D算算法及前前馈调节节相结合合的控制制规律构构成氢氮氮比前馈馈中级控控制系统统。系统统结构方方块图如如下所示示：由于负荷荷（原料料气流量量）变化化是系统统可测不不可控的的干扰，为为此，采采用前馈馈调节系系统，以以便及时时克服负负荷波动动的干扰扰。由于空气气流量波波动大，必必须采用用闭环控控制，空空气流量量调节回回路采用用YS80单单回路调调节器实实现。由于系统统滞后时时间长，为为了能及及时克服服转化、变变化工段段的干扰扰，引入入变换氢氢副调回回路，此此回路纯纯滞后时时间短，可可采用PPID调调节；主主被控对对象氢氮氮比系统统纯滞后后时间长长，惯性性大，干干扰多，因因此主控控器采用用MACC预测
14、控控制（八）精精馏塔控控制方案案 工艺简简介： 合合成氨厂厂氨精馏馏塔是氨氨回收单单元，以以水为溶溶剂，吸吸收氨合合成回路路的放空空气和液液氨贮槽槽放空气气中的氨氨，然后后利用外外部供热热使氨水水溶液解解吸，水水作为吸吸收剂循循环使用用。其工工艺流程程图如下下：由于本精精馏工段段受多种种干扰因因素如进进料量、进进料温度度、冷凝凝器冷却却水温度度、环境境温度变变化等的的影响，而而且难以以直接测测量产品品浓度作作为被调调参数，故故选用间间接参数数温度、压压力作为为被调参参数。控制方案案：1压力力控制 针对压压力设置置了一套套压力分分程调节节系统，由由PRCC-1000011检测塔塔内压力力，分别别
15、控制塔塔顶排出出的情气气量和塔塔顶冷却却器的回回水量。其其调节过过程为： 当当PRCC-1000011测量值值增加时时，其输输出值若若在1000%50%内，则则情气阀阀PV100001AA全关(F.CC)， 冷却却水阀PPV-1100001B(F00)逐渐渐开大，直直至全开开， 以充分分冷凝气气体中的的氨；若若输出值值小于550，则则PV100001BB全开，PVV10000lAA逐渐开开大，从从而使塔塔内压力力降低，反反之亦然然。以此此达到塔塔内压力力恒定。2、温度度控制 由于成成品氨的的质量与与温度有有直接关关系，液液氨流量量直接影影响着温温度，为为保证精精馏塔温温度，设置一套套以惰馏馏塔
16、温度度TICCAH100004和和液氨流流量FIIC100006组组成的串串级系统统。其中中流星为为副参数数，克服服影响氨氨水流量量波动的的各种扰扰动因素素；以温温度为主主参数，保保证精馏馏塔温度度，其工工艺控制制流程图图如下： 首先，手手动调整整F100006输输出值，使使得T100004满满足工艺艺要求。然然后，调调整T100004的的给定值值等于测测量值，调调整F100006的的设定值值等于测测量值。在在此过程程中，要要保证TT100004输输出值等等于F100006，设设定值。随随后将由由手动投投入自动动，等稳稳定后投投入串级级。系统统稳定后后将T100004由由手动投投入自动动。 至此，完完成了串串级调节节系统的的投运。 在投运运过程中中，一定定要注意意T100004输输出值等等于F100006设设定值，投投运之前前，主、副副回路均均应置于于手动状状态。