JX-300XP DCS在氨氧化炉温度控制中的应用

雷巧遇

(河南化工技师学院 ， 河南 开封　475000)



JX-300XP DCS在氨氧化炉温度控制中的应用

雷巧遇

(河南化工技师学院 ， 河南 开封475000)

摘要：氨氧化反应制取一氧化氮过程中，稳定氧化炉操作的关键因素是控制反应温度，本文主要讲述采用浙大中控的JX-300XP DCS 图形化编程软件，实现氧化炉温度与氨空比串级变比值控制。系统形象直观，易于理解，控制效果良好，较好地体现了DCS在自动控制方面的优势。

关键词：温度控制 ； DCS组态 ； 图形化程序 ； 模块

0前言

氧化炉是硝酸生产的关键设备，原料氨气和空气在混合器内混合后经预热通过氧化炉中的铂网，生成一氧化氮气体，同时放出大量的热量。氨在空气中的爆炸极限为15.7%~27.4%。温度提高，其爆炸下限下移，100 ℃时，其爆炸下限在14.5%。通常氧化炉的操作温度在800~900 ℃，其爆炸极限还要降低。氨氧化率是表征反应结果的主要指标，提高氧化率是当前硝酸生产面临的主要问题，而直接控制氨氧化率不太现实。不过氧化率与氧化炉内反应温度在一定范围内成正比，故可以从控制反应温度上入手，设计合理的控制方案，既保证反应安全，又提高氧化率。按照工艺要求，反应温度应保持在850 ℃±5 ℃，而稳定氧化炉操作的关键因素是反应温度。经计算得知，氨气在混合器中的含量每增加1%，氧化炉的温度将上升64.9 ℃。若设计一套

比值控制系统来保证进入混合器的氨气和空气的比值，就可基本上控制反应放出的热量，提高氧化率。

1温度控制系统介绍

本文所述控制方案是用浙大中控的DCS实现，控制系统以氧化炉温度控制为主环，氨气和空气流量的比值控制为副环构成串级变比值控制，其中控制阀安装在氨气管道上。图1所示为控制流程图，图2所示为控制系统方框图。

图1　氨氧化炉温度串级比值控制流程图

图2　串级比值控制系统方框图

2DCS组态说明

采用浙大中控的JX-300XP DCS 图形化编程软件来实现上述控制。在程序使用BSCX控制模块前，先在系统组态中自定义两个回路，其中回路1是内环，回路2是外环，定义后才能用BSCX功能块对调用的控制模块的成员进行配置，N是调用的控制模块的序号，即自定义回路的序号。另外，在组态前，要先自定义浮点变量(氨空比，量程0~13.5，上限报警设置为12.5)，并在显示画面中显示此变量，以便操作员能随时监控到氨空比值大小。其图形化程序如图3所示。

图3串级比值控制系统的图形化程序

2.1　图形化程序说明

FI101.PV 是氨气流量测量值，其量程为0~2 000 m3/h；FI102.PV 是空气流量测量值，其量程为0~30 000 m3/h；TI101.PV 是氧化炉温度测量值，其量程为0~1 000 ℃；FV101 是氨气流量控制阀。功能块上方是系统自动生成的内部地址，用户不可更改。

2.2　模块功能介绍

SFLOAT_TO_FLOAT模块：该模块功能是将SFLOAT半浮点型的输入值转化为FLOAT浮点型的输出值。

MUL_FLOAT模块：该模块的功能是将输入值相乘，并将结果赋给输出值。

DIV_FLOAT模块：该模块的功能是将输入的浮点型数值相除，并将结果赋给输出值。

FLOAT_TO_SFLOAT模块：该模块功能是将FLOAT浮点型的输入值转化为SFLOAT半浮点型数据类型。

NOT_BOOL模块：该模块的功能是对BOOL开关型的输入值进行逻辑取反的操作，并将结果赋给输出值。

BSCX单回路模块：该模块是对在自定义回路中声明的单回路进行定义，确定它的输入输出，组成一个控制回路。所要控制的对象做为系统的输入(PV)，回路的输出(MV)到能够改变控制对象值的执行机构上。将它在自定义回路中所对应的位号组入监控画面中，可在监控画面中对其进行参数设置。

2.3　图形化程序介绍

由于用半浮点数据类型表示数据比较节省系统资源，也能提高系统的运算速度，所以在JX-300XP DCS中均用半浮点数来表示模拟量。由于氨气流量和空气流量的量程不同，应将二者先转换成浮点数后，再使用DIV_FLOAT除法模块进行相除运算，然后再转换成半浮点数，作为比值控制器的测量值。而比值控制器的外给定值是来自于温度控制器的输出。在实际使用中，如果控制阀用气开式，则温度控制器和比值控制器均为反作用方式。

在图形化程序的BSCX模块中，参数g_bsc[N].SwTV的数据类型为BOOL型，表示输出跟踪开关，ON代表跟踪。g_bsc[N].TV 的数据类型为SFLOAT，代表输出跟踪量。g_bsc[N].SV的数据类

据类型为SFLOAT，代表外给定值。MV的数据类型为SFLOAT，代表输出阀位。当串级回路内环投手动时，外环的输出跟踪内环的设定值。这样，当内回路(回路1)设置成手动时，外环输出的是内环的设定信号。这样可以做到内外环的无扰动切换。在生产过程中，当出现直接引起氨气、空气流量变化的干扰时，比值控制器可以及时对其克服；对于其它因素引起的炉温变化，可通过主控制器对氨空比进行修正，以保证炉温在正常范围。

从上述的图形化程序中可以看出，使用图形化编程软件，组态灵活，程序直观，便于理解，非常适用于各种复杂控制系统的应用设计。

3结语

在氨氧化生产装置中实施DCS控制，可实现优化操作，提高氨气的氧化率，降低铂金消耗，提高生产安全性能。氨氧化炉温度串级变比值控制方案符合操作人员的监控操作习惯，实用性强，系统操作简便，有较高的灵活性。通过自动和手动灵活切换和自动控制的投运，取得了较好的控制效果。JX-300XP DCS控制技术先进，控制效果良好，全面保证了设备的安全、经济运行和生产稳定，较好地体现了DCS在自动控制方面的优势。

该系统投入使用以后，系统运行状况良好，生产安全、稳定、高效，达到并超过了装置要求的各项技术经济指标，也达到了设计的预期目的，取得了良好的控制效果和较好的经济、社会和环境效益。事实证明该系统是成熟可靠，值得推广的。

作者简介：雷巧遇(1971-)，女，中级职称，从事化工仪表自动化教学方面工作，电话：13592126260。

收稿日期：2015-02-27

中图分类号：TQ056.22

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)05-0048-02