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合成生产工艺自动控制解决方案.doc


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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,

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