余 波

（柳州化工股份有限公司，廣西柳州 545001）

合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)探討

余 波

（柳州化工股份有限公司，廣西柳州 545001）

氨是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中較為重要的一種原料，合成氨主要是氫和氮在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)也提出了較高的要求。因此，從合成氨工藝危險(xiǎn)特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代氨工藝裝置自動(dòng)化控制的實(shí)際要求，對(duì)合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。

合成氨；工藝裝置；自動(dòng)化控制系統(tǒng)

合成氨工藝是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中比較重要的技術(shù)之一，就目前的情況來(lái)看，我國(guó)合成氨產(chǎn)品大多是由20世紀(jì)70年代建造的工廠所生產(chǎn)的，對(duì)于生產(chǎn)工藝來(lái)說(shuō)，其整體自動(dòng)化程度較低，生產(chǎn)程序危險(xiǎn)系數(shù)仍然較高，對(duì)安全生產(chǎn)造成了一定的威脅，針對(duì)這樣的情況，為了從根本上降低生產(chǎn)過(guò)程的危險(xiǎn)程度，提高生產(chǎn)效率，需要對(duì)合成氨工藝的生產(chǎn)流程進(jìn)行自動(dòng)化改革，以此來(lái)提升合成氨工藝的整體安全生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效率。

1 合成氨工藝危險(xiǎn)特點(diǎn)分析

氨是一種無(wú)色有刺激性氣味的氣體，在現(xiàn)代工業(yè)上有著廣泛的用途，對(duì)于合成氨工藝來(lái)說(shuō)，由于生產(chǎn)過(guò)程處于高溫高壓條件下，難以進(jìn)行良好的控制，導(dǎo)致各種危險(xiǎn)特點(diǎn)的出現(xiàn)，主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：合成氨工藝的主要原料組成為氮和氫，氫屬于可燃?xì)怏w，在高溫高壓環(huán)境下，可燃?xì)怏w的爆炸極限將會(huì)得到擴(kuò)展，這樣的可燃?xì)怏w原料在產(chǎn)生透氧時(shí)，由于爆炸極限的影響，可能會(huì)在設(shè)備或者管道中產(chǎn)生爆炸，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成威脅。另外，在高溫高壓環(huán)境下，承載氣態(tài)物料的容器一旦發(fā)生泄漏，就會(huì)導(dǎo)致氣態(tài)物料的加速膨脹，在外界氣體混合的情況下，一旦遇到明火或者摩擦出現(xiàn)的靜電，就會(huì)導(dǎo)致爆炸。合成氨裝置中潤(rùn)滑油在高溫情況下會(huì)出現(xiàn)揮發(fā)和裂解現(xiàn)象，導(dǎo)致積碳出現(xiàn)在連接管道中，這些積碳或?qū)е氯紵蛘弑ìF(xiàn)象的出現(xiàn)。合成氨裝置中加速設(shè)備主要由金屬材料構(gòu)成，在高溫高壓環(huán)境下，金屬材料會(huì)發(fā)生不同程度的變形，金屬組織發(fā)生變化，其中氫會(huì)對(duì)鋼材形成氫蝕，氮會(huì)對(duì)金屬形成滲氮，加快金屬構(gòu)件的腐蝕，導(dǎo)致物理爆炸現(xiàn)象的出現(xiàn)。最后是液氨泄漏，氨具有極其強(qiáng)烈的刺激性，在發(fā)生氨泄漏的情況下，會(huì)使相當(dāng)大范圍中的人群產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，在遇到明火時(shí)還會(huì)出現(xiàn)爆炸[1]。

2 合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)的參數(shù)及要求分析

基于合成氨工藝的危險(xiǎn)特點(diǎn)，需要對(duì)合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控和安全控制，主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：

1）重點(diǎn)監(jiān)控工藝參數(shù)。結(jié)合合成氨工藝的危險(xiǎn)點(diǎn)，需要對(duì)其裝置設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，一般情況下，合成塔設(shè)備、壓縮機(jī)及高壓氨儲(chǔ)存等設(shè)備的重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)包括這樣幾個(gè)方面：壓力參數(shù)、溫度參數(shù)、物料流量參數(shù)、物料比例參數(shù)及液位參數(shù)。

2）安全控制。以監(jiān)控工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)安全控制要求進(jìn)行分析，合成氨工藝裝置的安全控制主要體現(xiàn)在：首先是合成氨裝置的溫度、壓力報(bào)警及聯(lián)鎖裝置；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速及溫度控制、氣液分離器入口液位及壓力控制、氣體毒性檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)、可燃?xì)怏w檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)、緊急冷卻裝置等。對(duì)以上這些方面進(jìn)行安全控制，能夠在較大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)的監(jiān)控，減少事故的發(fā)生。

3）控制方式選擇。目前合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制方式主要體現(xiàn)在：將合成氨設(shè)備裝置中的溫度、壓力、物料比例及流量等參數(shù)與冷卻裝置形成聯(lián)鎖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)合成氨裝置的自動(dòng)化控制；將壓縮機(jī)溫度、壓力及轉(zhuǎn)速等參數(shù)、氣液分離器入口液位參數(shù)和供電裝置形成聯(lián)鎖關(guān)系；緊急停車裝置。對(duì)于以上合成單元的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要對(duì)循環(huán)量回路、氨分液位回路及相關(guān)裝置壓力回路進(jìn)行控制[2]。對(duì)于安全設(shè)施控制來(lái)說(shuō)，主要包括緊急切斷系統(tǒng)、單向閥控制、緊急放空閥和安全閥控制等。

3 DCS在合成氨裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1）DCS系統(tǒng)在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)。DCS屬于分布式控制系統(tǒng)，也被稱為集散控制系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的一種集中控制系統(tǒng)，以通信網(wǎng)絡(luò)為通道，實(shí)現(xiàn)由過(guò)程控制、監(jiān)控為一體的多級(jí)計(jì)算機(jī)控制，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展下，DCS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在氨合成生產(chǎn)系統(tǒng)中，取代了原先了PIC控制系統(tǒng)，能夠有效提升合成氨工藝的自動(dòng)化控制水平，在較大程度上提升生產(chǎn)安全性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，但是從系統(tǒng)功能方面來(lái)看，DCS系統(tǒng)并沒有較大程度的改善，其主要應(yīng)用方式和特點(diǎn)體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：在合成氨的部分生產(chǎn)工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基于DCS系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，在此基礎(chǔ)上，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行不斷地完善改進(jìn)。在另外一個(gè)方面，DCS具有更加穩(wěn)定的控制方式，在合成氨工藝自動(dòng)化控制的道路上，PIC控制系統(tǒng)的選用，主要是因?yàn)镻IC系統(tǒng)的反應(yīng)速度較快，但是不能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參數(shù)的監(jiān)控，而DCS控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓力、溫度及流量等各方面參數(shù)的監(jiān)控，在取代二次儀表的基礎(chǔ)上，保持較快的反應(yīng)速度，但是由于其整體運(yùn)算程序較為復(fù)雜，在這樣的情況下，可以減少對(duì)反應(yīng)速度的要求，使DCS系統(tǒng)更加穩(wěn)定。最后，DCS系統(tǒng)具有更廣的掃描范圍，對(duì)于PIC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，強(qiáng)調(diào)對(duì)全過(guò)程的調(diào)控，也就是說(shuō)在完成一個(gè)過(guò)程的掃描之后再重新進(jìn)行循環(huán)，DCS系統(tǒng)則是同時(shí)對(duì)多個(gè)生產(chǎn)工序進(jìn)行掃描，DCS系統(tǒng)具有較為獨(dú)特的I/U冗余，能夠保證掃描過(guò)程的順利進(jìn)行[3]。

（2）DCS控制系統(tǒng)在合成氨裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。DCS系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上形成的一種系統(tǒng)控制，能夠?qū)W(wǎng)控節(jié)點(diǎn)設(shè)施進(jìn)行綜合使用，在這樣的情況下，DCS控制系統(tǒng)在合成氨裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以根據(jù)生產(chǎn)流程的各種環(huán)節(jié)中設(shè)置控制節(jié)點(diǎn)，然后采用總控制站來(lái)對(duì)這些分散點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)環(huán)節(jié)控制點(diǎn)之間采用網(wǎng)線進(jìn)行連接，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的傳輸。另外，計(jì)算機(jī)與總控制站之間采用網(wǎng)線或者光纖進(jìn)行聯(lián)系，以此來(lái)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督控制，對(duì)操作命令進(jìn)行傳送，在這樣的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)流程的點(diǎn)控操作，從而達(dá)到統(tǒng)一管理。

在合成氨工藝的自動(dòng)化控制過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較高的溫度和壓力，在特定情況下會(huì)出現(xiàn)爆炸或者燃燒的現(xiàn)象，伴隨大量有害氣體的產(chǎn)生，根據(jù)這樣的情況，在應(yīng)用DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)安全性，可以將安全標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容納入到自動(dòng)化系統(tǒng)控制當(dāng)中，主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：首先需要對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍進(jìn)行確定，在對(duì)合成氨企業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)和生產(chǎn)設(shè)置的實(shí)際情況進(jìn)行估量的情況下，對(duì)自動(dòng)化調(diào)整的內(nèi)容進(jìn)行確定。在此基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及改造方案進(jìn)行確定，編寫自動(dòng)化調(diào)整規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，并且將新的自動(dòng)化生產(chǎn)線上報(bào)給有關(guān)部門進(jìn)行審批備案。最后，需要對(duì)已經(jīng)確定的自動(dòng)化應(yīng)用方案進(jìn)行實(shí)施及驗(yàn)收，結(jié)合實(shí)際的自動(dòng)化應(yīng)用方案，對(duì)符合安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施進(jìn)行選擇，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)對(duì)安裝、調(diào)試等各個(gè)工作程序進(jìn)行監(jiān)督，最后，在自動(dòng)化生產(chǎn)線投入使用之后，需要相關(guān)監(jiān)管部門對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)收。

4 結(jié)束語(yǔ)

合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，是現(xiàn)代工業(yè)中的一次巨大進(jìn)步，基于現(xiàn)代合成氨的要求及特點(diǎn)，可以采用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)合成氨工藝的自動(dòng)化生產(chǎn)及控制，保證生產(chǎn)流程的安全性。

[1] 王麗.合成氨工藝裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)分析[J].中國(guó)科技信息，2014，（24）：176-177.

[2] 楊家順.20萬(wàn)噸/年合成氨煤氣化爐裝置倉(cāng)泵式氣力輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].化工管理，2014，（12）：160-160.

[3] 吳景東.合成氨變換裝置控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[J].控制工程，2013，20（1）：145-148.

Discussion on Automatic Control System of Synthetic Ammonia Process Equipment

Yu Bo

Ammonia is one of the most important raw materials in the modern chemical industry.Synthetic ammonia is mainly composed of hydrogen and nitrogen，which is directly synthesized in the presence of high temperature and high pressure and catalyst.The development of modern industry has also made a high degree of automatic control system for synthetic ammonia process equipment The request.Based on the analysis of the characteristics of synthetic ammonia process，this paper studies the automatic control system of synthetic ammonia process equipment based on the actual requirements of modern ammonia process equipment automation control.

synthetic ammonia；process equipment；automation control system

TQ113.251

B

1003–6490（2017）10–0006–02