合成氨工藝裝置自動化控制系統(tǒng)探討

余 波

（柳州化工股份有限公司，廣西柳州 545001）

合成氨工藝裝置自動化控制系統(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，對合成氨工藝裝置自動化控制系統(tǒng)也提出了較高的要求。因此，從合成氨工藝危險特點進行分析的基礎上，結合現(xiàn)代氨工藝裝置自動化控制的實際要求，對合成氨工藝裝置自動化控制系統(tǒng)進行研究。

合成氨；工藝裝置；自動化控制系統(tǒng)

合成氨工藝是現(xiàn)代化學工業(yè)中比較重要的技術之一，就目前的情況來看，我國合成氨產品大多是由20世紀70年代建造的工廠所生產的，對于生產工藝來說，其整體自動化程度較低，生產程序危險系數(shù)仍然較高，對安全生產造成了一定的威脅，針對這樣的情況，為了從根本上降低生產過程的危險程度，提高生產效率，需要對合成氨工藝的生產流程進行自動化改革，以此來提升合成氨工藝的整體安全生產水平和生產效率。

1 合成氨工藝危險特點分析

氨是一種無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，對于合成氨工藝來說，由于生產過程處于高溫高壓條件下，難以進行良好的控制，導致各種危險特點的出現(xiàn)，主要體現(xiàn)在這樣幾個方面：合成氨工藝的主要原料組成為氮和氫，氫屬于可燃氣體，在高溫高壓環(huán)境下，可燃氣體的爆炸極限將會得到擴展，這樣的可燃氣體原料在產生透氧時，由于爆炸極限的影響，可能會在設備或者管道中產生爆炸，對生產設備造成威脅。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，就會導致氣態(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，就會導致爆炸。合成氨裝置中潤滑油在高溫情況下會出現(xiàn)揮發(fā)和裂解現(xiàn)象，導致積碳出現(xiàn)在連接管道中，這些積碳或導致燃燒或者爆炸現(xiàn)象的出現(xiàn)。合成氨裝置中加速設備主要由金屬材料構成，在高溫高壓環(huán)境下，金屬材料會發(fā)生不同程度的變形，金屬組織發(fā)生變化，其中氫會對鋼材形成氫蝕，氮會對金屬形成滲氮，加快金屬構件的腐蝕，導致物理爆炸現(xiàn)象的出現(xiàn)。最后是液氨泄漏，氨具有極其強烈的刺激性，在發(fā)生氨泄漏的情況下，會使相當大范圍中的人群產生中毒現(xiàn)象，在遇到明火時還會出現(xiàn)爆炸[1]。

2 合成氨工藝裝置自動化控制系統(tǒng)的參數(shù)及要求分析

基于合成氨工藝的危險特點，需要對合成氨工藝裝置自動化控制系統(tǒng)進行重點監(jiān)控和安全控制，主要體現(xiàn)在這樣幾個方面：

1）重點監(jiān)控工藝參數(shù)。結合合成氨工藝的危險點，需要對其裝置設備進行重點監(jiān)控，一般情況下，合成塔設備、壓縮機及高壓氨儲存等設備的重點監(jiān)控參數(shù)包括這樣幾個方面：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，對安全控制要求進行分析，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、壓力報警及聯(lián)鎖裝置；壓縮機轉速及溫度控制、氣液分離器入口液位及壓力控制、氣體毒性檢測及報警系統(tǒng)、可燃氣體檢測及報警系統(tǒng)、緊急冷卻裝置等。對以上這些方面進行安全控制，能夠在較大程度上實現(xiàn)對危險點的監(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化控制系統(tǒng)的控制方式主要體現(xiàn)在：將合成氨設備裝置中的溫度、壓力、物料比例及流量等參數(shù)與冷卻裝置形成聯(lián)鎖關系，實現(xiàn)對合成氨裝置的自動化控制；將壓縮機溫度、壓力及轉速等參數(shù)、氣液分離器入口液位參數(shù)和供電裝置形成聯(lián)鎖關系；緊急停車裝置。對于以上合成單元的自動控制系統(tǒng)來說，需要對循環(huán)量回路、氨分液位回路及相關裝置壓力回路進行控制[2]。對于安全設施控制來說，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在合成氨裝置自動控制系統(tǒng)中的應用

1）DCS系統(tǒng)在合成氨生產系統(tǒng)中應用的優(yōu)勢及特點。DCS屬于分布式控制系統(tǒng)，也被稱為集散控制系統(tǒng)，是在計算機網(wǎng)絡技術的基礎上形成的一種集中控制系統(tǒng)，以通信網(wǎng)絡為通道，實現(xiàn)由過程控制、監(jiān)控為一體的多級計算機控制，在計算機技術的不斷發(fā)展下，DCS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用在氨合成生產系統(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化控制水平，在較大程度上提升生產安全性，降低勞動強度，但是從系統(tǒng)功能方面來看，DCS系統(tǒng)并沒有較大程度的改善，其主要應用方式和特點體現(xiàn)在這樣幾個方面：在合成氨的部分生產工藝已經(jīng)實現(xiàn)基于DCS系統(tǒng)的自動化控制，在此基礎上，需要根據(jù)實際情況來進行不斷地完善改進。在另外一個方面，DCS具有更加穩(wěn)定的控制方式，在合成氨工藝自動化控制的道路上，PIC控制系統(tǒng)的選用，主要是因為PIC系統(tǒng)的反應速度較快，但是不能很好地實現(xiàn)對各種參數(shù)的監(jiān)控，而DCS控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對壓力、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上，保持較快的反應速度，但是由于其整體運算程序較為復雜，在這樣的情況下，可以減少對反應速度的要求，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，對于PIC控制系統(tǒng)來說，強調對全過程的調控，也就是說在完成一個過程的掃描之后再重新進行循環(huán)，DCS系統(tǒng)則是同時對多個生產工序進行掃描，DCS系統(tǒng)具有較為獨特的I/U冗余，能夠保證掃描過程的順利進行[3]。

（2）DCS控制系統(tǒng)在合成氨裝置自動化控制系統(tǒng)中的應用。DCS系統(tǒng)是在計算機網(wǎng)絡的基礎上形成的一種系統(tǒng)控制，能夠對網(wǎng)控節(jié)點設施進行綜合使用，在這樣的情況下，DCS控制系統(tǒng)在合成氨裝置自動化控制系統(tǒng)中的應用，可以根據(jù)生產流程的各種環(huán)節(jié)中設置控制節(jié)點，然后采用總控制站來對這些分散點進行監(jiān)控，每個環(huán)節(jié)控制點之間采用網(wǎng)線進行連接，以此來實現(xiàn)對信息的傳輸。另外，計算機與總控制站之間采用網(wǎng)線或者光纖進行聯(lián)系，以此來對生產過程進行監(jiān)督控制，對操作命令進行傳送，在這樣的情況下，能夠實現(xiàn)對各個生產流程的點控操作，從而達到統(tǒng)一管理。

在合成氨工藝的自動化控制過程中，會產生較高的溫度和壓力，在特定情況下會出現(xiàn)爆炸或者燃燒的現(xiàn)象，伴隨大量有害氣體的產生，根據(jù)這樣的情況，在應用DCS自動化控制系統(tǒng)的過程中，為了提高生產安全性，可以將安全標準化內容納入到自動化系統(tǒng)控制當中，主要體現(xiàn)在這樣幾個方面：首先需要對自動化控制系統(tǒng)的應用范圍進行確定，在對合成氨企業(yè)生產狀態(tài)和生產設置的實際情況進行估量的情況下，對自動化調整的內容進行確定。在此基礎上，對自動化控制系統(tǒng)的應用及改造方案進行確定，編寫自動化調整規(guī)劃標準，并且將新的自動化生產線上報給有關部門進行審批備案。最后，需要對已經(jīng)確定的自動化應用方案進行實施及驗收，結合實際的自動化應用方案，對符合安全標準的設施進行選擇，根據(jù)實際情況來對安裝、調試等各個工作程序進行監(jiān)督，最后，在自動化生產線投入使用之后，需要相關監(jiān)管部門對其進行驗收。

4 結束語

合成氨工藝裝置自動化控制系統(tǒng)的設計及應用，是現(xiàn)代工業(yè)中的一次巨大進步，基于現(xiàn)代合成氨的要求及特點，可以采用DCS系統(tǒng)實現(xiàn)合成氨工藝的自動化生產及控制，保證生產流程的安全性。

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

[2] 楊家順.20萬噸/年合成氨煤氣化爐裝置倉泵式氣力輸送自動控制系統(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