摘要：本文介紹了比值控制系統(tǒng)在攀鋼煤化工廠氨分解生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，從特殊的生產(chǎn)工藝及設(shè)備安全角度充分考慮開發(fā)、應(yīng)用了相應(yīng)的比值控制方案，滿足工藝生產(chǎn)的需要，應(yīng)用較為成功。
關(guān)鍵詞：比值控制系統(tǒng) 氨分解 應(yīng)用
0 引言
在化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要兩種或兩種以上的物料按一定比例混合或進行化學(xué)反應(yīng)，一旦比例失調(diào)，輕則造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，重則會造成生產(chǎn)事故或發(fā)生人身傷害，給企業(yè)帶來較大的損失。例如氨分解工藝中的氨分解爐，入爐煤氣和空氣應(yīng)保持一定的比例，否則將使燃燒反應(yīng)不能正常進行，而煤氣和空氣比例超過一定的極限將會引起爆炸。比值控制的目的就是為了實現(xiàn)幾種物料符合一定比例關(guān)系，以使安全生產(chǎn)正常進行。
1 比值控制系統(tǒng)原理簡介
比值控制系統(tǒng)是一種物料量隨另一種物料量而變化的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)實際生產(chǎn)過程的不同要求，常用的比值控制系統(tǒng)有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。
定比值控制系統(tǒng)有開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)及雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)三種形式。其共同特點都是以保持主流量Q1和副流量Q2比值一定為目的，比值計數(shù)器的參數(shù)經(jīng)計算設(shè)置好后不再變動，工藝要求的實際流量比值r也就固定不變。由于此類控制系統(tǒng)只考慮如何來實現(xiàn)兩物料流量之間的比值關(guān)系，未考慮兩種物料混合后最終質(zhì)量是否符合工藝要求，因此從最終質(zhì)量看這種定比值方案，系統(tǒng)是開環(huán)的。
變比值控制系統(tǒng)中引入了第三個參數(shù)——以反映質(zhì)量指標的主參數(shù)y，和以兩個流量比r為副參數(shù)所組成的串級控制系統(tǒng)。實際工業(yè)生產(chǎn)過程中存在著除流量干擾以外的其他干擾，如溫度、壓力、成分等隨機干擾，當這些干擾引起主參y變化時，通過主反饋回路使主控制器輸出變化，以保持主參數(shù)穩(wěn)定。 對于進入系統(tǒng)的主流量Q1受干擾變化，比值控制回路快速隨動跟蹤，使副流量按Q2=r Q1關(guān)系變化，以保持主參數(shù)y穩(wěn)定，它起到了靜態(tài)前饋作用。對于副流量本身的干擾，同樣可以通過自身的控制回路克服，它相當于串級控制系統(tǒng)的副回路。其系統(tǒng)方框圖如圖1所示。
圖1： 變比值控制系統(tǒng)方框圖
2 氨分解工藝及控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1 工藝簡介
由脫酸蒸氨工序來的氨汽經(jīng)分縮器冷卻到86℃左右，進入氨分解爐, 在高溫和催化劑的作用下，將NH3和HCN等氮化物進行還原分解，生成N2、H2和CO,氨分解爐中的主要反應(yīng)如下：
NH3→1.5H2+0.5N2 △H=+2922KJ/Kg•NH3 （吸熱反應(yīng)）
HCN+H2O→1.5H2+0.5N2+CO △H=+62KJ/Kg•HCN （吸熱反應(yīng)）
以上反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，為維持爐內(nèi)的高溫必須不斷的向爐內(nèi)通入煤氣和空氣。工藝流程圖見圖2。分解所需溫度是通過調(diào)節(jié)煤氣量而達到的。煤氣由煤氣風(fēng)機K-6102A/B加壓至0.03～0.04Mpa，進入氨分解爐頂部；空氣由空氣風(fēng)機供給，并經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱至130℃左右后入爐。氨汽與熱的燃燒氣體一起從上至下通過分解爐的催化床，經(jīng)反應(yīng)分解后產(chǎn)生1050～1150℃左右的熱過程氣體，送廢熱鍋爐裝置。
圖2：氨分解工藝流程圖
2.2控制方案選擇與比值計算
通過分析氨分解工藝可以看出，氨分解爐催化層溫度是反應(yīng)過程的主要指標，而影響溫度的主要因素是煤氣和空氣的比值，保證了混合器的煤氣與空氣的比值，基本上也就控制了氨分解爐的溫度。當溫度受其它干擾（如觸媒老化等）而發(fā)生變化時，則可通過主控制器（此處為溫度控制器）改變煤氣與空氣的比值來補償，以滿足工藝的要求。在控制方案選擇時，引入了雙閉環(huán)變比值控制系統(tǒng)，見圖3。
圖3：控制系統(tǒng)方框圖
控制好氨分解爐催化層溫度，主要是控制好氨分解爐中煤氣和空氣的配比燃燒。選煤氣作為主流量Q1，空氣作為副流量Q2，構(gòu)成比值控制回路，主參數(shù)為催化層溫度y，與Q2/ Q1構(gòu)成串級控制回路。主調(diào)節(jié)器選擇PID控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器選擇PI控制規(guī)律，調(diào)節(jié)作用為正作用。
煤氣和空氣流量測量均采用環(huán)室噴嘴差壓變送器，流量與差壓的關(guān)系為
3 比值控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
3.1攀鋼煤化工廠煤氣回收系統(tǒng)采用的是FOXBORO公司的I/A Series開放型DCS工業(yè)控制系統(tǒng)，氨分解工藝控制系統(tǒng)采用氨分解爐比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中間過程計算及其控制是計算機功能模塊來實現(xiàn)的。
3.2 I/A Series系統(tǒng)硬件安裝到位，所做的工作就是把控制方案組態(tài)到機器上，需要的控制方案已經(jīng)確立，在計算機里進行控制組態(tài)（選擇一些控制需要用的組合模塊，這些模塊的功能將代替儀表中的調(diào)節(jié)器、開方器、比值控制器等）、流程圖的建立與組態(tài)（在計算機上建立工藝流程及其數(shù)據(jù)的連接便于生產(chǎn)操作）、報警顯示和報警組態(tài)等。
4 需要解決的問題
4.1在實際控制過程中對系統(tǒng)的干擾除溫度、流量干擾以外還存在如壓力、成分等隨機干擾，這些干擾使分解爐煤氣和空氣比值要隨時調(diào)整，而這調(diào)整是靠人工取氨分解尾氣中氮氧化物含量高底來定的，這人工取樣化驗過程緩慢，不能及時消除干擾。
4.2可以在氨分解尾氣管道上安裝一個分析儀，直接將分析結(jié)果信號傳入I/A Series系統(tǒng)做一MATH 數(shù)學(xué)運算模塊，運算結(jié)果連接到比值控制塊。
5 結(jié)束語
比值控制系統(tǒng)在氨分解的生產(chǎn)過程中較為成功的應(yīng)用，取得了較好的控制效果及經(jīng)濟效益，值得在化工企業(yè)廣泛應(yīng)用。
參考文獻
林德杰 機械工業(yè)出版社 《過程控制儀表及控制系統(tǒng)》 2004.6
上海•?？怂共_有限公司 《I/A Series系統(tǒng)及應(yīng)用》 二00一年 第四版
：鞏經(jīng)理
：13915946763
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