大中型氮肥裝置解決方案

一、前言

中控作為國內領先的自動化設備供應商，在滿足氮肥生產過程控制的常規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，所提供的優化控制算法和軟件，已在多套氮肥裝置的造氣控制、爐況優化、合成塔床層溫度控制、氫氮比自調上得到廣泛應用。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變化和生產負荷變化的擾動，并解決重要生產過程狀態和產品質量指標不可在線測量的困難，從而實現生產過程平穩操作和優化操作，有效地提高整個氮肥生產裝置的經濟效益。

二、工藝流程簡介

氮肥行業工藝多年來有了很大的發展變化，隨著規模與原料路線不同，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，合成甲醇及下游產品整個工藝鏈的國產化技術。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，針對工藝特色開發的造氣專用控制軟件包，具備安全參數自動復位等功能，使該控制系統在系統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，大大提高了系統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,爐況尋優,閥位檢測與安全聯鎖（報警和跳車）,吹風自動排隊,安全開停車,生產評估與事故分析,氫氮比自調,數據錄入。

· 合成塔床層溫度預測函數控制

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

· 氫氮比自調（多變量預測函數控制軟件）

在造氣工段控制氫氮比的方法是通過調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定在某一工作點的目的。此方法無需加氫系統和加氮系統，成本相對較低。
可以選作控制量的參數有：脫硫氫、變換氫、補充氫和循環氫。根據工藝原理，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，從而穩定氫氮比在某一比值。脫硫氫、變換氫、循環氫、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驗，自適應地處理過程系統中的各種未來行為、診斷可能發生的問題，并據此不斷修正吸附周期。變壓吸附中吸附時間專家系統的運用，實現了變壓吸附全自動無人職守，提高了產品氣純度和產品的回收率。專家控制系統的基本結構如圖6所示。