大中型氮肥裝置解決方案

一、前言

中控作為國內(nèi)領先的自動化設備供應商，在滿足氮肥生產(chǎn)過程控制的常規(guī)要求基礎上致力于氮肥裝置上先進控制及算法方面的研究與實踐，所提供的優(yōu)化控制算法和軟件，已在多套氮肥裝置的造氣控制、爐況優(yōu)化、合成塔床層溫度控制、氫氮比自調(diào)上得到廣泛應用。它利用多變量預測控制、軟測量等先進控制技術，可有效的克服原料性質(zhì)變化和生產(chǎn)負荷變化的擾動，并解決重要生產(chǎn)過程狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量指標不可在線測量的困難，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程平穩(wěn)操作和優(yōu)化操作，有效地提高整個氮肥生產(chǎn)裝置的經(jīng)濟效益。

二、工藝流程簡介

氮肥行業(yè)工藝多年來有了很大的發(fā)展變化，隨著規(guī)模與原料路線不同，工藝組合豐富多樣。目前石油、天然氣資源緊張，以煤炭為原料的氮肥生產(chǎn)在我國具備了更重要的地位，我國已具備了從煤氣化，凈化，合成氨，尿素，合成甲醇及下游產(chǎn)品整個工藝鏈的國產(chǎn)化技術。典型流程框圖如圖1、圖2所示。

三、控制方案

• 造氣專用控制軟件包

間歇固定床煤造氣工藝成熟，控制復雜，安全要求高，中控通過幾年的努力，針對工藝特色開發(fā)的造氣專用控制軟件包，具備安全參數(shù)自動復位等功能，使該控制系統(tǒng)在系統(tǒng)斷電等特殊情況下能安全復位，重新上電后快速恢復正常生產(chǎn)，大大提高了系統(tǒng)的魯棒性及保障的能力。該軟件包具有的功能與特色有：完全上吹功能,油壓程控,吹風氣有放空和回收系統(tǒng),爐況尋優(yōu),閥位檢測與安全聯(lián)鎖（報警和跳車）,吹風自動排隊,安全開停車,生產(chǎn)評估與事故分析,氫氮比自調(diào),數(shù)據(jù)錄入。

· 合成塔床層溫度預測函數(shù)控制

穩(wěn)定催化劑層熱點溫度，是穩(wěn)定合成工段生產(chǎn)的重要措施，穩(wěn)定熱點溫度，宏觀上要求穩(wěn)定氣量，穩(wěn)定成分，穩(wěn)定氣質(zhì)。當分流確定后，溫度主要用入冷管混合氣溫度串級＋零米冷激分程調(diào)節(jié)，以零米溫度(也稱敏點溫度)為主要控制手段。

· 氫氮比自調(diào)（多變量預測函數(shù)控制軟件）

在造氣工段控制氫氮比的方法是通過調(diào)整吹風時間或上下吹階段的加減氮時間來控制混合氣中氮的含量，從而達到控制氫氮比穩(wěn)定在某一工作點的目的。此方法無需加氫系統(tǒng)和加氮系統(tǒng)，成本相對較低。
可以選作控制量的參數(shù)有：脫硫氫、變換氫、補充氫和循環(huán)氫。根據(jù)工藝原理，通過曲線擬合分析，分階段進行預測控制，將輸出結果作為造氣工段改變回收時間，從而穩(wěn)定氫氮比在某一比值。脫硫氫、變換氫、循環(huán)氫、補充氫與回吹時間對照操作圖如圖5所示。

• PSA脫碳工藝與控制

變壓吸附(PSA)技術是一項氣體分離及凈化的高新技術，是當今世界得到廣泛應用的氣體分離技術之一。吸附劑在一定的溫度變化范圍內(nèi)對不同的氣體組分具有不同吸附能力，以及其吸附能力隨氣體壓力的升高而增大，隨氣體壓力的降低而減少的特性。變壓吸附(PSA)工藝過程主要采用專家順序控制，即模仿成熟的操作人員和控制專家的控制技能和經(jīng)驗，自適應地處理過程系統(tǒng)中的各種未來行為、診斷可能發(fā)生的問題，并據(jù)此不斷修正吸附周期。變壓吸附中吸附時間專家系統(tǒng)的運用，實現(xiàn)了變壓吸附全自動無人職守，提高了產(chǎn)品氣純度和產(chǎn)品的回收率。專家控制系統(tǒng)的基本結構如圖6所示。