雷巧遇

(河南化工技師學院 ， 河南 開封　475000)

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JX-300XP DCS在氨氧化爐溫度控制中的應用

雷巧遇

(河南化工技師學院 ， 河南 開封475000)

摘要：氨氧化反應制取一氧化氮過程中，穩(wěn)定氧化爐操作的關鍵因素是控制反應溫度，本文主要講述采用浙大中控的JX-300XP DCS 圖形化編程軟件，實現(xiàn)氧化爐溫度與氨空比串級變比值控制。系統(tǒng)形象直觀，易于理解，控制效果良好，較好地體現(xiàn)了DCS在自動控制方面的優(yōu)勢。

關鍵詞：溫度控制 ； DCS組態(tài) ； 圖形化程序 ； 模塊

0前言

氧化爐是硝酸生產的關鍵設備，原料氨氣和空氣在混合器內混合后經預熱通過氧化爐中的鉑網，生成一氧化氮氣體，同時放出大量的熱量。氨在空氣中的爆炸極限為15.7%~27.4%。溫度提高，其爆炸下限下移，100 ℃時，其爆炸下限在14.5%。通常氧化爐的操作溫度在800~900 ℃，其爆炸極限還要降低。氨氧化率是表征反應結果的主要指標，提高氧化率是當前硝酸生產面臨的主要問題，而直接控制氨氧化率不太現(xiàn)實。不過氧化率與氧化爐內反應溫度在一定范圍內成正比，故可以從控制反應溫度上入手，設計合理的控制方案，既保證反應安全，又提高氧化率。按照工藝要求，反應溫度應保持在850 ℃±5 ℃，而穩(wěn)定氧化爐操作的關鍵因素是反應溫度。經計算得知，氨氣在混合器中的含量每增加1%，氧化爐的溫度將上升64.9 ℃。若設計一套

比值控制系統(tǒng)來保證進入混合器的氨氣和空氣的比值，就可基本上控制反應放出的熱量，提高氧化率。

1溫度控制系統(tǒng)介紹

本文所述控制方案是用浙大中控的DCS實現(xiàn)，控制系統(tǒng)以氧化爐溫度控制為主環(huán)，氨氣和空氣流量的比值控制為副環(huán)構成串級變比值控制，其中控制閥安裝在氨氣管道上。圖1所示為控制流程圖，圖2所示為控制系統(tǒng)方框圖。

圖1　氨氧化爐溫度串級比值控制流程圖

圖2　串級比值控制系統(tǒng)方框圖

2DCS組態(tài)說明

采用浙大中控的JX-300XP DCS 圖形化編程軟件來實現(xiàn)上述控制。在程序使用BSCX控制模塊前，先在系統(tǒng)組態(tài)中自定義兩個回路，其中回路1是內環(huán)，回路2是外環(huán)，定義后才能用BSCX功能塊對調用的控制模塊的成員進行配置，N是調用的控制模塊的序號，即自定義回路的序號。另外，在組態(tài)前，要先自定義浮點變量(氨空比，量程0~13.5，上限報警設置為12.5)，并在顯示畫面中顯示此變量，以便操作員能隨時監(jiān)控到氨空比值大小。其圖形化程序如圖3所示。

圖3串級比值控制系統(tǒng)的圖形化程序

2.1　圖形化程序說明

FI101.PV 是氨氣流量測量值，其量程為0~2 000 m3/h；FI102.PV 是空氣流量測量值，其量程為0~30 000 m3/h；TI101.PV 是氧化爐溫度測量值，其量程為0~1 000 ℃；FV101 是氨氣流量控制閥。功能塊上方是系統(tǒng)自動生成的內部地址，用戶不可更改。

2.2　模塊功能介紹

SFLOAT_TO_FLOAT模塊：該模塊功能是將SFLOAT半浮點型的輸入值轉化為FLOAT浮點型的輸出值。

MUL_FLOAT模塊：該模塊的功能是將輸入值相乘，并將結果賦給輸出值。

DIV_FLOAT模塊：該模塊的功能是將輸入的浮點型數值相除，并將結果賦給輸出值。

FLOAT_TO_SFLOAT模塊：該模塊功能是將FLOAT浮點型的輸入值轉化為SFLOAT半浮點型數據類型。

NOT_BOOL模塊：該模塊的功能是對BOOL開關型的輸入值進行邏輯取反的操作，并將結果賦給輸出值。

BSCX單回路模塊：該模塊是對在自定義回路中聲明的單回路進行定義，確定它的輸入輸出，組成一個控制回路。所要控制的對象做為系統(tǒng)的輸入(PV)，回路的輸出(MV)到能夠改變控制對象值的執(zhí)行機構上。將它在自定義回路中所對應的位號組入監(jiān)控畫面中，可在監(jiān)控畫面中對其進行參數設置。

2.3　圖形化程序介紹

由于用半浮點數據類型表示數據比較節(jié)省系統(tǒng)資源，也能提高系統(tǒng)的運算速度，所以在JX-300XP DCS中均用半浮點數來表示模擬量。由于氨氣流量和空氣流量的量程不同，應將二者先轉換成浮點數后，再使用DIV_FLOAT除法模塊進行相除運算，然后再轉換成半浮點數，作為比值控制器的測量值。而比值控制器的外給定值是來自于溫度控制器的輸出。在實際使用中，如果控制閥用氣開式，則溫度控制器和比值控制器均為反作用方式。

在圖形化程序的BSCX模塊中，參數g_bsc[N].SwTV的數據類型為BOOL型，表示輸出跟蹤開關，ON代表跟蹤。g_bsc[N].TV 的數據類型為SFLOAT，代表輸出跟蹤量。g_bsc[N].SV的數據類

據類型為SFLOAT，代表外給定值。MV的數據類型為SFLOAT，代表輸出閥位。當串級回路內環(huán)投手動時，外環(huán)的輸出跟蹤內環(huán)的設定值。這樣，當內回路(回路1)設置成手動時，外環(huán)輸出的是內環(huán)的設定信號。這樣可以做到內外環(huán)的無擾動切換。在生產過程中，當出現(xiàn)直接引起氨氣、空氣流量變化的干擾時，比值控制器可以及時對其克服；對于其它因素引起的爐溫變化，可通過主控制器對氨空比進行修正，以保證爐溫在正常范圍。

從上述的圖形化程序中可以看出，使用圖形化編程軟件，組態(tài)靈活，程序直觀，便于理解，非常適用于各種復雜控制系統(tǒng)的應用設計。

3結語

在氨氧化生產裝置中實施DCS控制，可實現(xiàn)優(yōu)化操作，提高氨氣的氧化率，降低鉑金消耗，提高生產安全性能。氨氧化爐溫度串級變比值控制方案符合操作人員的監(jiān)控操作習慣，實用性強，系統(tǒng)操作簡便，有較高的靈活性。通過自動和手動靈活切換和自動控制的投運，取得了較好的控制效果。JX-300XP DCS控制技術先進，控制效果良好，全面保證了設備的安全、經濟運行和生產穩(wěn)定，較好地體現(xiàn)了DCS在自動控制方面的優(yōu)勢。

該系統(tǒng)投入使用以后，系統(tǒng)運行狀況良好，生產安全、穩(wěn)定、高效，達到并超過了裝置要求的各項技術經濟指標，也達到了設計的預期目的，取得了良好的控制效果和較好的經濟、社會和環(huán)境效益。事實證明該系統(tǒng)是成熟可靠，值得推廣的。

作者簡介：雷巧遇(1971-)，女，中級職稱，從事化工儀表自動化教學方面工作，電話：13592126260。

收稿日期：2015-02-27

中圖分類號：TQ056.22

文獻標識碼：B

文章編號：1003-3467(2015)05-0048-02