合成生產(chǎn)工藝自動控制解決方案

1、合成生產(chǎn)工藝自動控制解決方案一、合成工段簡介合成是合成氨廠的核心。精制后氫氮混合氣在較高的壓力、溫度及觸媒存在的條件下合成為氨。由于反應(yīng)過程中其他不能完全反應(yīng)，故分離氨后的剩余氫氨氣可以循環(huán)使用。合成工段的控制點主要是合成塔內(nèi)的溫度。合成塔內(nèi)的溫度受多方面因素的影響。反應(yīng)機制復(fù)雜。要進行自控，難度較大，主要受以下幾個方面的影響：（1）流程復(fù)雜，干擾大，CO含量的波動，對放熱反應(yīng)過程影響極大。CO含量每變化一個百分點，溫度可以變化幾十度。（2）調(diào)節(jié)手段弱，手段主要是調(diào)節(jié)主線、副線原料氣流量。（3）系統(tǒng)滯后大。（4）系統(tǒng)時變，由于觸媒活性隨著使用時間增加而下降，反應(yīng)速率減慢，轉(zhuǎn)換率降低，觸媒層溫度

2、控制點也隨之變化，溫度變化大，氣體分布不均勻，氣流速度不一，觸媒有被燒結(jié)，造成阻力增加，進出塔壓差增大，生產(chǎn)負荷下降，系統(tǒng)是時變的合成系統(tǒng)由合成塔、廢鍋、水冷器、循環(huán)氣壓縮機、氨冷器、氨分離器，油分等設(shè)備組成。合成系統(tǒng)的流程圖如下：二、合成工段控制簡介：合成工段的控制點是一四段熱點溫度。一段采用系統(tǒng)近路調(diào)節(jié)手段，二四段采用冷激調(diào)節(jié)手段。由于合成塔反應(yīng)溫度受多方面因素的影響，在控制軟件中，將NH3冷溫度、和H2/N2值引入作為前饋量。為了消除一段閥門調(diào)節(jié)的影響，在二循環(huán)量四段溫度控制中引入了解耦控制。在簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID調(diào)節(jié)規(guī)律綜合了各類調(diào)節(jié)規(guī)律的優(yōu)點，所以適用面廣;但是對于滯后很大的對象，

3、負荷變化很劇烈的系統(tǒng)，生產(chǎn)氨的合成塔，它是合成工段的關(guān)鍵設(shè)備，合成塔觸媒層的熱點溫度是一個重要的控制參數(shù)，應(yīng)盡量保持穩(wěn)定。穩(wěn)定操作就能提高氨合成率，保持觸媒清潔性和延長觸媒的使用壽命，以及保證合成塔的安全運行。如采取單回路PID控制，用控制副冷氣量來保證熱點溫度的穩(wěn)定。溫度升高，調(diào)節(jié)閥開大，溫度降低，則關(guān)小調(diào)節(jié)閥;但由于對象滯后大，反應(yīng)慢，一旦干擾出現(xiàn)，如循環(huán)氣流是波動的，調(diào)節(jié)也無能為力了。 這就引入了串級控制方式，它是選取塔的敏感點溫度作為副環(huán)檢測點。它溫度反應(yīng)快，滯后小當干擾出現(xiàn)后，在熱點溫度尚未變化前，它已發(fā)生變化，因此可按照熱點溫度變化來預(yù)先調(diào)節(jié)冷氣量，及時克服干擾或減小干擾對熱點溫度

4、的影響，而當干擾作用于主回路時，由于主調(diào)節(jié)器給定到調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器接到指令后，很快發(fā)生校正作用，使閥動作。這樣，控制系統(tǒng)中由于多了副回路，調(diào)節(jié)和反饋的通道都縮短了，因而能使被控量的超調(diào)量減小，調(diào)節(jié)過程縮短。而當干擾同時作用于主副回路時，如主副變量往同一方向變化，則副調(diào)節(jié)器輸入偏差將顯著增加。因而它的輸出也將發(fā)生較大變化，以迅速克服干擾。如果主副變量向相反方向變化，則副調(diào)節(jié)器輸入的偏差將縮小，它的輸出只要有較小的變化即能克服干擾。按照串級調(diào)節(jié)的原理，由于主副兩個調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起，再加上一個閉合的副回路，因而不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對于作用于主回路的干擾也有加快調(diào)節(jié)的進程。在調(diào)節(jié)過程

5、中，副回路具有先調(diào)，快調(diào)，粗調(diào)的特點;主回路則具有后調(diào)，慢調(diào)，細調(diào)的特點。主副回路的互相配合，與單回路相比，大大改善了調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)。 干擾 干擾給定調(diào)節(jié)器主對象副調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)閥副對象 副參數(shù)變送主參數(shù)變送圖6熱點溫度串級控制結(jié)構(gòu)雖然串級調(diào)節(jié)可以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，但如何選擇主副參數(shù)對整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用影響很大。主參數(shù)的選擇與簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)相同，應(yīng)選取最能直接表征過程中一個要控制的工藝參數(shù)，而且要便于測量，變送，并具有一定的靈敏度。副參數(shù)的選擇則要考慮以下幾點：(1)副回路必須包括主要干擾和更多干擾。(2)應(yīng)使主副對象的時間常數(shù)適當匹配，避免共振。(3)應(yīng)當考慮工藝上的合理性和實現(xiàn)的可能性與經(jīng)濟性。在合成塔的溫度串級調(diào)節(jié)中，主要干擾為氫氮比的變化。由于敏點溫度對氫氮比的變化特別敏感，主副參數(shù)的時間常數(shù)相差很遠，不會引起震蕩，而且在工藝的實現(xiàn)上是允許的，所以選擇敏點溫度作為副參數(shù)是可行的。 對于合成工段，實現(xiàn)優(yōu)化控制以后