合成氨工藝流程常規(guī)控制與局限優(yōu)化控制應(yīng)用降低能耗提高處理量合成氨優(yōu)化控制效果優(yōu)化控制實(shí)施提綱合成氨工藝流程提綱天燃?xì)庹羝D(zhuǎn)化重油部分氧化煤粉氣化合成氨工藝天燃?xì)庹羝D(zhuǎn)化合成氨工藝天燃?xì)庹羝D(zhuǎn)化工藝流程脫硫一段轉(zhuǎn)化脫碳二段轉(zhuǎn)化氨儲(chǔ)存變換蒸汽空氣粗合成氣變換氣合成氣氨氨合成精制天燃?xì)馓烊細(xì)庹羝D(zhuǎn)化工藝流程脫硫一段轉(zhuǎn)化脫碳二段轉(zhuǎn)化氨儲(chǔ)存變換蒸汽重油/煤粉氣化工藝流程空分氣化酸性氣處理變換氨儲(chǔ)存酸性氣脫除粗合成氣變換氣酸性氣合成氣氮?dú)獍卑焙铣删茪錃庋鯕饷?重油重油/煤粉氣化工藝流程空分氣化酸性氣處理變換氨儲(chǔ)存酸性氣脫除合成氨主要操作原料不同，工藝不同，但仍歸納為三大步驟：制氣（一二段轉(zhuǎn)化爐/部分氧化爐/加壓氣化爐）凈化（高低溫變換、脫碳、脫硫、精制）合成（合成氣壓縮、合成塔、冷凝分離）工藝特點(diǎn)：設(shè)備多、流程長(zhǎng)、響應(yīng)復(fù)雜、約束變量多、能耗高合成氨主要操作原料不同，工藝不同，但仍歸納為三大步驟：合成氨裝置操作挑戰(zhàn)如何充分利用先進(jìn)的控制手段提高轉(zhuǎn)化爐效率，并確保爐管使用壽命，減少故障？如何盡可能多產(chǎn)生蒸汽，降低蒸汽消耗？如何克服流程長(zhǎng)、響應(yīng)滯后等因素影響，優(yōu)化氫氮比控制，提高合成轉(zhuǎn)化率？如何優(yōu)化合成回路壓力、惰性氣控制，優(yōu)化合成塔溫度剖面控制，降低能耗？如何在現(xiàn)有設(shè)備及供應(yīng)條件下提高氨產(chǎn)量？合成氨裝置操作挑戰(zhàn)如何充分利用先進(jìn)的控制手段提高轉(zhuǎn)化爐效率常規(guī)控制與優(yōu)化控制常規(guī)控制能勝任以下情形：一對(duì)一關(guān)系響應(yīng)較快且接近線性沒有滯后或滯后不大優(yōu)化控制則能較好處理以下情形：多對(duì)一或多對(duì)多各種響應(yīng)模式：快、慢、大滯后、非線性多個(gè)控制協(xié)調(diào)，具有效益優(yōu)化功能常規(guī)控制與優(yōu)化控制常規(guī)控制能勝任以下情形：優(yōu)化控制方法：采用基于模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)合成氨裝置優(yōu)化目標(biāo)合成氨裝置優(yōu)化主要目標(biāo)，在不違反設(shè)備約束前提下，長(zhǎng)期穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)：降低能耗提高處理量?jī)?yōu)化控制介紹優(yōu)化控制方法：采用基于模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)合成氨裝置優(yōu)化目標(biāo)模型預(yù)測(cè)控制模型預(yù)測(cè)控制降低能耗制氣系統(tǒng)凈化系統(tǒng)氨合成系統(tǒng)提高處理量?jī)?yōu)化控制在合成氨裝置應(yīng)用降低能耗優(yōu)化控制在合成氨裝置應(yīng)用合成氨裝置能耗主要在制氣單元，超過(guò)總能耗70%以上。提高轉(zhuǎn)化率降低燃料消耗是制氣控制的主要目標(biāo)。由于制氣過(guò)程復(fù)雜，控制要素多，加之原料及燃料組成波動(dòng)，常規(guī)控制僅靠反饋信息操作，不能提前調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化率低而造成高能耗。制氣系統(tǒng)節(jié)能—需求合成氨裝置能耗主要在制氣單元，超過(guò)總能耗70%以上。制氣系統(tǒng)根據(jù)天燃?xì)饨M成信息如密度等推測(cè)其含碳量，及時(shí)調(diào)整蒸汽，嚴(yán)格控制水碳比，并通過(guò)適當(dāng)降低水碳比（降低3%）；嚴(yán)格控制煙氣氧含量，減少其波動(dòng)，并保持較低數(shù)值（減少20%）；在滿足H2/N2和二段爐出口CH4%以及溫度前提下，盡可能降低一段爐負(fù)荷；像Kelogg型轉(zhuǎn)化爐，進(jìn)行各個(gè)支路間溫度均衡控制，盡可能減少各爐管間溫度偏差，提高加熱效率，同時(shí)可延長(zhǎng)使用壽命。天燃?xì)庹羝D(zhuǎn)化爐優(yōu)化控制原理根據(jù)天燃?xì)饨M成信息如密度等推測(cè)其含碳量，及時(shí)調(diào)整蒸汽，嚴(yán)格控根據(jù)原料性質(zhì)如密度、熱值等探尋反應(yīng)的最佳配比，及時(shí)調(diào)整氧氣量、蒸汽量，減少能耗；根據(jù)爐型及工藝設(shè)計(jì)不同控制方案，通過(guò)平穩(wěn)操作和優(yōu)化參數(shù)，提高轉(zhuǎn)化率，降低能耗；由于這類氣化控制的特殊性，如原料性質(zhì)難以定性、監(jiān)測(cè)點(diǎn)少、自動(dòng)化程度低等，尚無(wú)開發(fā)出理想的優(yōu)化控制系統(tǒng)。重油/煤粉氣化爐優(yōu)化控制原理根據(jù)原料性質(zhì)如密度、熱值等探尋反應(yīng)的最佳配比，及時(shí)調(diào)整氧氣量變換反應(yīng)好壞將關(guān)系到脫碳、精制負(fù)荷，以及合成回路惰性成分含量，從而影響合成效率；粗氣組成變化以及床層催化劑活性變化差異使得溫度控制難度加大；脫碳系統(tǒng)以能耗為代價(jià)不斷進(jìn)行吸收和解析過(guò)程，常規(guī)控制由于人工的惰性無(wú)法保持精確控制造成不必要的能耗。粗氣凈化系統(tǒng)節(jié)能—需求變換反應(yīng)好壞將關(guān)系到脫碳、精制負(fù)荷，以及合成回路惰性成分含量變換反應(yīng)溫度控制本身就是個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。優(yōu)化控制利時(shí)刻監(jiān)控床層溫度變化和約束調(diào)整各個(gè)床層進(jìn)入溫度，盡可能使得變換長(zhǎng)期處在最佳溫度，提高變換反應(yīng)效率；對(duì)于吸收解析過(guò)程脫碳系統(tǒng)，過(guò)度吸收和解析都會(huì)增加不必要的能耗。優(yōu)化控制通過(guò)“卡邊”控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能。粗氣凈化優(yōu)化控制原理變換反應(yīng)溫度控制本身就是個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。優(yōu)化控制利時(shí)刻監(jiān)控床層溫合成氨裝置能耗除了制氣最大之外，合成部分排在第二位，占20%左右降低能耗、提高氨合成轉(zhuǎn)化率手段包括輕氮比控制、惰性氣濃度控制、合成壓力控制以及合成塔溫度控制。其中前三個(gè)控制，由于影響因素復(fù)雜，而且響應(yīng)十分緩慢，常規(guī)控制很難達(dá)到理想效果合成塔溫度控制類似于變換溫度控制。氨合成節(jié)能--需求合成氨裝置能耗除了制氣最大之外，合成部分排在第二位，占20%優(yōu)化控制動(dòng)態(tài)模型可以采用不同響應(yīng)時(shí)間分別處理快速和緩慢工藝過(guò)程。通過(guò)響應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)的模型利用上游相關(guān)信息提早微調(diào)實(shí)現(xiàn)H2/N2比精確控制，并優(yōu)化比值；通過(guò)惰性氣濃度控制，不但減少合成氣損失，還能減少因惰性氣過(guò)多而帶來(lái)壓縮機(jī)功耗以及轉(zhuǎn)化率降低；隨著催化劑活性逐漸變?nèi)酰焙铣煞磻?yīng)平衡線也隨著移動(dòng)。優(yōu)化控制可動(dòng)態(tài)優(yōu)化床層溫度剖面，使合成塔維持高轉(zhuǎn)化率。氨合成優(yōu)化控制原理優(yōu)化控制動(dòng)態(tài)模型可以采用不同響應(yīng)時(shí)間分別處理快速和緩慢工藝過(guò)裝置存在各種各樣約束限制生產(chǎn)提高處理量，包括工藝安全約束、設(shè)備安全約束有效約束隨著工況變化而變，靠人工監(jiān)控約束提高處理量不現(xiàn)實(shí)處理量改變影響全流程操作，調(diào)整的快慢以及其它各個(gè)操作的協(xié)作單靠常規(guī)分散的局部PID回路實(shí)現(xiàn)很困難。提高處理量--需求裝置存在各種各樣約束限制生產(chǎn)提高處理量，包括工藝安全約束、設(shè)提高合成氨裝置處理量的常見約束：爐管及各催化劑層熱點(diǎn)溫度壓縮機(jī)（原料氣、空氣、合成氣、冰機(jī)）限制脫碳能力氨制冷能力優(yōu)化控制時(shí)刻監(jiān)控這些變量，當(dāng)監(jiān)控及預(yù)測(cè)到提量空間時(shí)，就增加進(jìn)料，否則維持現(xiàn)狀或者適當(dāng)減少進(jìn)料；在調(diào)整處理量過(guò)程中，控制器自動(dòng)協(xié)調(diào)各個(gè)控制回路，確保安全穩(wěn)定過(guò)渡。提高處理量?jī)?yōu)化控制原理提高合成氨裝置處理量的常見約束：提高處理量?jī)?yōu)化控制原理合成氨優(yōu)化控制效果合成氨優(yōu)化控制效果合成氨優(yōu)化控制效果量化效益增加處理量約0.5%–2.0%能量單耗約減少0.3%–1.5%非量化效益平穩(wěn)控制及安全操作延長(zhǎng)設(shè)備壽命(如爐管)改善催化劑使用提高工程師工作效率合成氨優(yōu)化控制效果量化效益合成氨先進(jìn)控制效果實(shí)例一控制指標(biāo)對(duì)照合成氨先進(jìn)控制效果實(shí)例一控制指標(biāo)對(duì)照合成氨先進(jìn)控制效果實(shí)例一能量單耗對(duì)照合成氨先進(jìn)控制效果實(shí)例一能量單耗對(duì)照kellogg一段爐溫度均衡控制效果實(shí)例kellogg一段爐溫度均衡控制效果實(shí)例項(xiàng)目開工2天功能設(shè)計(jì)15天現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試20天詳細(xì)設(shè)計(jì)25天DCS操作界面建立15天控制器投運(yùn)及調(diào)試