变换生产工艺自动控制解决方案

变换生产工艺自动控制解决方案变换过程自动控制方案与措施变换：在以煤为原料的氮肥生产中，变换工段的任务是把造气工段生产的，经脱硫后，由压缩机加压至0.8MPa的半水煤气送进变换炉。使其在触媒的作用下与水蒸气发生反应，把半水煤气中的CO转化成合成氨所需要的H2和易于洗涤吸收的CO2。在变换过程中，稳定生产状况，并达到最高的气体变换率。在变换过程中，稳定生产状况，并达到最高的气体变换率是该过程控制的最终目标。不同的生产厂家，所采用的变换工艺流程有所不同，以最常见的一种流程为基础进行论述。变换炉的正常操作应该是将各段催化剂的温度控制在适宜的范围内，以充分发挥催化剂的活性。同时用最低的蒸汽消耗实现最高的CO变换率。影响变换炉催化剂床温度变化的因素很多。如蒸汽的加入量、蒸汽温度，进入催化剂前反应气体的温度，反应气体的组成以及生产负荷等。入炉温度的控制，其主要干扰因素有：半水煤气流量，温度，蒸汽流量，温度，变换气温度等。干扰+蒸汽流量-++-干扰干扰上段催化剂层温度中段温度的控制，其主要干扰因素有：蒸汽温度和压力。给运算器氧前馈补偿器优选控制器蒸调节器蒸气对象蒸汽流量蒸气量控制器副线调节阀煤气流量热点温度控制器入口温度控制器换热器对象入口温度热点温度中变上段炉对象前馈补偿器上段温度变送器定干扰干扰+--下段温度的控制，其主要干扰因素有：冷却水的压力和温度，出中段变换气的温度。干扰干扰++层温度--比值的控制，实现蒸汽流量与煤气负荷的比值控制。其目的是为了保证反应物的比例和炉温的稳定。它包括两个部分内容：一是变换反应过程中的煤气流量与蒸汽流量的比例关系，二是煤气中的O2含量或催化剂的热点温度与蒸汽流量的关系。方案为：1、可采用前馈控制，对象O2含量。2、择优控制，对象为比值控制，温度控制。3、串级控制，对象为中段的蒸汽流量与催化剂的热点温度进行串级，流量作副环，温度作主环。4、前馈控制，是上段温度作为前馈信号，输出加到串级的副环上，当上段催化剂温度发生变化时，可提前改变蒸汽的加入量，从而使变换炉中段催化剂的热点温度保持稳定。5、下段温度，受中段气体温度，冷却水流量和温度变化的影响，是造成下段催化剂温度不稳定的主要因素。为此采用换热器出口温度做为副参数，下段摧化剂温度作为主参数的串级控制，从而提高了系统的抗干扰能力，使下段催化剂的温度得到了更好控制。变换工段主要的控制指标是工段的变换气的CO含量。控制好CO含量不仅能降低蒸汽消耗节约能源，而且还可以保证变换气的质量，避免精炼工段超负荷运转。CO含量要求控制2％以下。汽气比的控制是变换炉中对CO含量最主要的调节手段。蒸汽的用量是一个主要的消耗指标，尽量减少其用量，对过程的经济性是具有重要意义。所谓汽气比是指H2O/CO的比值或水蒸气/干原料气（摩尔数）的比值。控制好汽气比就能使变换气中的CO含量保持稳定。由于影响汽气比的因素较多，控制算法复杂，半水煤气蒸汽流量控制器蒸汽调节阀蒸汽对象变换炉对象（中段）热点温度控制器蒸汽流量变送器热点温度变送器热点温度控制器出口温度控制器冷却水调节阀换热器对象变换炉对象（下段）蒸汽温度变送器热点温度变送器中O2和CO含量的变化均会引起汽气的变化。O2增加将引起触媒温度升高，从而导致多耗蒸汽，也烧坏触媒。根据以上对扰动因素的分析，为了控制变换气的CO含量，节约蒸汽，需引入DCS的参数共四个——半水煤气CO含量、蒸汽流量、半水煤气流量、变换气CO含量。为了控制好CO含量，节约蒸汽，有几个参数是主要的：CO分析、蒸汽流量和压力，半水煤气流量、变换炉温度、热水塔和饱和塔液位、汽气比。DCS变换气汽气比控制方法是根据半水煤气中CO含量的变化，选择合适的汽气比值，把这个比值与半水煤气流量的乘积作为蒸汽流量调节的给定值，使得蒸汽流量被控制在合理范围内达到既节约蒸汽又使出工段变换气的CO含量控制在一定范围内。