西安島京儀器有限公司

合成氨工藝主要控制方案
（一）造氣工段控制
工藝簡介：
固定床間歇氣化法生產(chǎn)水煤氣過程是以無煙煤為原料，周期循環(huán)操作，在每一循環(huán)時間里具體分為五個階段；(1)吹風(fēng)階段約37s；(2)上吹階段約39s；(3)下吹階段約56s；(4)二上吹階段約12s；(5)吹凈階段約6s.
l、 吹風(fēng)階段

此階段是為了提高爐溫為制氣作準(zhǔn)備的。這一階段時間的長短決定爐溫的高低，
時間過長，爐溫過高；時間過短，爐溫偏低并且都影響發(fā)氣量，爐溫主要由這一階段控制。
般工藝要求此階段的操作時間約為整個循環(huán)周期的18％左右。
2、上吹加氮制氣階段

在此階段是將水蒸汽和空氣同時加入?？諝獾募尤朐黾恿藲怏w中的氮氣含量，是調(diào)節(jié)
H2/N2的主要手段。但是為了保證造氣爐的安全該段時間最多不超過整個循環(huán)周期的26％。
3、上吹制氣階段
該階段與上吹加氯制氣總時間為整個循環(huán)的32％，隨著上吹制氣的進(jìn)行下部爐溫逐漸下降，為了保證爐況和提高發(fā)氣量，在此階段蒸汽的流量最好能得以控制。
4、下吹制氣階段

為了充分地利用爐頂部高溫、提高發(fā)氣量，下吹制氣也是很重要的一個階段。這段時間
約占整個循環(huán)的40％左右。
5、二次上吹階段
為了確保生產(chǎn)安全，造氣爐再度進(jìn)行吹風(fēng)升溫之前，須把下吹制氣時留在爐底及下部管
道中的半水煤氣吹凈以防不測，故進(jìn)行第二次上映。這段時間約占7％左右。
6、吹凈階段
這段時間主要是回收上行煤氣管線及設(shè)備內(nèi)的半水煤氣。約占整個循環(huán)的3％。該階段是由吹風(fēng)管路送風(fēng)，該段時間的長短直接影響H2/N2.

該控制系統(tǒng)是一個較復(fù)雜的時變、間歇、非線性、大滯后控制系統(tǒng)。故將該系統(tǒng)設(shè)計為串級控制。
造氣爐的工作方式分為開車、停車、正常造氣、升溫和制惰等五種方式。每臺造氣爐需要控制15個電磁閥，為了防止多臺爐同時進(jìn)入吹風(fēng)階段而引起爭風(fēng)搶汽觀象，各臺爐之間必須進(jìn)行吹風(fēng)排隊順序控制。

控制方案：
1、造氣工段H2/N2控制方案

造氣工段是通過加減氮操作來進(jìn)行氫氮比控制的，而加減氮操作又是通過調(diào)節(jié)上下吹加氮時間和吹風(fēng)回收時間來實現(xiàn)的，因此，該控制系統(tǒng)最終得到的控制量要轉(zhuǎn)化為上下吹加氮時間或吹風(fēng)回收時間。本系統(tǒng)的氫氮比控制采用調(diào)節(jié)吹風(fēng)回收時間來實現(xiàn)。

在合成氨生產(chǎn)過程中，影響氫氮比的主要干擾來源是造氣、脫硫兩個環(huán)節(jié)，這部分僅有較小的滯后，所以對脫硫制氫采用PID閉環(huán)控制和較高的采樣頻率，這是控制的內(nèi)環(huán)。然后將造氣脫硫與變換、脫碳、精煉及合成組成一個廣義外環(huán)，采用預(yù)測控制進(jìn)行控制，這是控制的外環(huán)?？蛇x作控制量的參數(shù)有：脫硫氫、變換氫、補充氫和循環(huán)氫，這四個氫值之間的波動有一個時間差，脫硫氫到變換氫大約有5min，變換氫到補充氫大約有15min,再由補充氫到循環(huán)氫又有20min，而且補充氫與循環(huán)氫之間存在積分關(guān)系，補充氫中氫氮比的微小變化就會造成循環(huán)氫中氫的增加與減小，即穩(wěn)定的補充氫并不能保證循環(huán)氫的穩(wěn)定。而循環(huán)氫是生產(chǎn)過程最終階段的信號，所以采用循環(huán)氫作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，并選擇脫硫氫作為副調(diào)參數(shù)，以克服循環(huán)氫巨大的滯后。

2、H2/N2調(diào)節(jié)方法
采用改變加氮空氣量的方法調(diào)節(jié)H2/N2，在上吹和下吹階段設(shè)置用／否加氮軟手動開關(guān)決定是否啟用加氮空氣，同時采用上／下加氮調(diào)節(jié)閥來改變加氮空氣量，其次可以通過調(diào)整
吹凈時間的方法來調(diào)整H2／N2，同時還采用打吹凈軟開關(guān)確定在吹風(fēng)階段是否提前關(guān)閉煙囪閥，以輔助調(diào)節(jié)H2/N2.

（三） CO變換工段控制
  中溫變換護的正常操作應(yīng)該是將各段催化劑的溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，以充分發(fā)揮催化劑的活性。同時用最低的蒸汽消耗實現(xiàn)最高的CO變換率。影響中變爐催化劑床層溫度變化的因素很多，如蒸汽的加入量、蒸汽的溫度、進(jìn)入催化劑前反應(yīng)氣體的溫度、反應(yīng)氣體的組成以及生產(chǎn)負(fù)荷等。
該工段主要的控制系統(tǒng)主要有：中變爐入口溫度定值控制，入中變護蒸汽流量定值控制，入中變滬中段蒸汽流量定值控制，中變爐下段溫度控制等。
（六）氨合成工段控制
在合成氨生產(chǎn)中，合成塔人塔氣體的氫氣與氮氣的比例是工藝上一個極為重要的控制指標(biāo)。氫氯比合格率對于全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產(chǎn)量和降低原料及能源消耗起著重要作用，氫氮比的過高或過低，都會直接影響合成效率，導(dǎo)致合成系統(tǒng)超壓放空，使合成氨產(chǎn)量減少，消耗增加。但合成氨氫氮比對象是一個純滯后和容積滯后大，無自衡能力和時變的工藝過程，所以氫氮比控制是氨合成工段的主要控制對象。
合成氨工藝中進(jìn)塔氣CH4含量分析系統(tǒng)
工藝壓力：15MPA
背景氣： H2:  62.78%
         N2: 20.93%
         NH3:2.30%
         CH4:10.89%
         Ar::  3.;11%
   
合成氨工藝中循環(huán)氣CH4含量分析系統(tǒng)
工藝壓力：14.3MPA
背景氣： H2:  51.05%
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