合成生产工艺自动控制解决方案

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1、合成生产工艺自动控制解决方案一、合成工段简介合成是合成氨厂的核心。精制后氢氮混合气在较高的压力、温度及触媒存在的条件下合成为氨。由于反应过程中其他不能完全反应，故分离氨后的剩余氢氨气可以循环使用。合成工段的控制点主要是合成塔内的温度。合成塔内的温度受多方面因素的影响。反应机制复杂。要进行自控，难度较大，主要受以下几个方面的影响：（1）流程复杂，干扰大，CO含量的波动，对放热反应过程影响极大。CO含量每变化一个百分点，温度可以变化几十度。（2）调节手段弱，手段主要是调节主线、副线原料气流量。（3）系统滞后大。（4）系统时变，由于触媒活性随着使用

2、时间增加而下降，反应速率减慢，转换率降低，触媒层温度控制点也随之变化，温度变化大，气体分布不均匀，气流速度不一，触媒有被烧结，造成阻力增加，进出塔压差增大，生产负荷下降，系统是时变的合成工段主要有以下几个控制回路：⑴氨分、冷交液位⑵废锅液位⑶系统压差⑷系统压力⑸循环量控制⑹废锅蒸汽流量⑺合成塔温⑻废锅蒸汽压力。合成系统由合成塔、废锅、水冷器、循环气压缩机、氨冷器、氨分离器，油分等设备组成。合成系统的流程图如下：二、合成工段控制简介：合成工段的控制点是一～四段热点温度。一段采用系统近路调节手段，二～四段采用冷激调节手段。由于合成塔反应温度受多方

3、面因素的影响，在控制软件中，将NH3冷温度、和H2/N2值引入作为前馈量。为了消除一段阀门调节的影响，在二循环量～四段温度控制中引入了解耦控制。在简单调节系统中，PID调节规律综合了各类调节规律的优点，所以适用面广;但是对于滞后很大的对象，负荷变化很剧烈的系统，生产氨的合成塔，它是合成工段的关键设备，合成塔触媒层的热点温度是一个重要的控制参数，应尽量保持稳定。稳定操作就能提高氨合成率，保持触媒清洁性和延长触媒的使用寿命，以及保证合成塔的安全运行。如采取单回路PID控制，用控制副冷气量来保证热点温度的稳定。温度升高，调节阀开大，温度降低，则关小

4、调节阀;但由于对象滞后大，反应慢，一旦干扰出现，如循环气流是波动的，调节也无能为力了。这就引入了串级控制方式，它是选取塔的敏感点温度作为副环检测点。它温度反应快，滞后小当干扰出现后，在热点温度尚未变化前，它已发生变化，因此可按照热点温度变化来预先调节冷气量，及时克服干扰或减小干扰对热点温度的影响，而当干扰作用于主回路时，由于主调节器给定到调节器，副调节器接到指令后，很快发生校正作用，使阀动作。这样，控制系统中由于多了副回路，调节和反馈的通道都缩短了，因而能使被控量的超调量减小，调节过程缩短。而当干扰同时作用于主副回路时，如主副变量往同一方向变

5、化，则副调节器输入偏差将显著增加。因而它的输出也将发生较大变化，以迅速克服干扰。如果主副变量向相反方向变化，则副调节器输入的偏差将缩小，它的输出只要有较小的变化即能克服干扰。按照串级调节的原理，由于主副两个调节器串联在一起，再加上一个闭合的副回路，因而不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对于作用于主回路的干扰也有加快调节的进程。在调节过程中，副回路具有先调，快调，粗调的特点;主回路则具有后调，慢调，细调的特点。主副回路的互相配合，与单回路相比，大大改善了调节过程的品质。干扰干扰给定调节器主对象副调节器调节阀副对象副参数变送主参数变送图6热点

6、温度串级控制结构虽然串级调节可以改善调节品质，但如何选择主副参数对整个系统的调节作用影响很大。主参数的选择与简单调节系统相同，应选取最能直接表征过程中一个要控制的工艺参数，而且要便于测量，变送，并具有一定的灵敏度。副参数的选择则要考虑以下几点：(1)副回路必须包括主要干扰和更多干扰。(2)应使主副对象的时间常数适当匹配，避免共振。(3)应当考虑工艺上的合理性和实现的可能性与经济性。在合成塔的温度串级调节中，主要干扰为氢氮比的变化。由于敏点温度对氢氮比的变化特别敏感，主副参数的时间常数相差很远，不会引起震荡，而且在工艺的实现上是允许的，所以选择

7、敏点温度作为副参数是可行的。对于合成工段，实现优化控制以后，提高了氨净值，降低循环回路（循环机、冰机）的动力消耗；降低系统压力，降低压缩机的电流；提高了废锅的产汽量。通过实施优化控制，氨净值由原来的12.5%提高到14.2%。