合成氨工艺装置自动化控制系统探讨

余 波

（柳州化工股份有限公司，广西柳州 545001）

合成氨工艺装置自动化控制系统探讨

余 波

（柳州化工股份有限公司，广西柳州 545001）

氨是现代化学工业中较为重要的一种原料，合成氨主要是氢和氮在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，现代工业的发展，对合成氨工艺装置自动化控制系统也提出了较高的要求。因此，从合成氨工艺危险特点进行分析的基础上，结合现代氨工艺装置自动化控制的实际要求，对合成氨工艺装置自动化控制系统进行研究。

合成氨；工艺装置；自动化控制系统

合成氨工艺是现代化学工业中比较重要的技术之一，就目前的情况来看，我国合成氨产品大多是由20世纪70年代建造的工厂所生产的，对于生产工艺来说，其整体自动化程度较低，生产程序危险系数仍然较高，对安全生产造成了一定的威胁，针对这样的情况，为了从根本上降低生产过程的危险程度，提高生产效率，需要对合成氨工艺的生产流程进行自动化改革，以此来提升合成氨工艺的整体安全生产水平和生产效率。

1 合成氨工艺危险特点分析

氨是一种无色有刺激性气味的气体，在现代工业上有着广泛的用途，对于合成氨工艺来说，由于生产过程处于高温高压条件下，难以进行良好的控制，导致各种危险特点的出现，主要体现在这样几个方面：合成氨工艺的主要原料组成为氮和氢，氢属于可燃气体，在高温高压环境下，可燃气体的爆炸极限将会得到扩展，这样的可燃气体原料在产生透氧时，由于爆炸极限的影响，可能会在设备或者管道中产生爆炸，对生产设备造成威胁。另外，在高温高压环境下，承载气态物料的容器一旦发生泄漏，就会导致气态物料的加速膨胀，在外界气体混合的情况下，一旦遇到明火或者摩擦出现的静电，就会导致爆炸。合成氨装置中润滑油在高温情况下会出现挥发和裂解现象，导致积碳出现在连接管道中，这些积碳或导致燃烧或者爆炸现象的出现。合成氨装置中加速设备主要由金属材料构成，在高温高压环境下，金属材料会发生不同程度的变形，金属组织发生变化，其中氢会对钢材形成氢蚀，氮会对金属形成渗氮，加快金属构件的腐蚀，导致物理爆炸现象的出现。最后是液氨泄漏，氨具有极其强烈的刺激性，在发生氨泄漏的情况下，会使相当大范围中的人群产生中毒现象，在遇到明火时还会出现爆炸[1]。

2 合成氨工艺装置自动化控制系统的参数及要求分析

基于合成氨工艺的危险特点，需要对合成氨工艺装置自动化控制系统进行重点监控和安全控制，主要体现在这样几个方面：

1）重点监控工艺参数。结合合成氨工艺的危险点，需要对其装置设备进行重点监控，一般情况下，合成塔设备、压缩机及高压氨储存等设备的重点监控参数包括这样几个方面：压力参数、温度参数、物料流量参数、物料比例参数及液位参数。

2）安全控制。以监控工艺参数为基础，对安全控制要求进行分析，合成氨工艺装置的安全控制主要体现在：首先是合成氨装置的温度、压力报警及联锁装置；压缩机转速及温度控制、气液分离器入口液位及压力控制、气体毒性检测及报警系统、可燃气体检测及报警系统、紧急冷却装置等。对以上这些方面进行安全控制，能够在较大程度上实现对危险点的监控，减少事故的发生。

3）控制方式选择。目前合成氨工艺装置自动化控制系统的控制方式主要体现在：将合成氨设备装置中的温度、压力、物料比例及流量等参数与冷却装置形成联锁关系，实现对合成氨装置的自动化控制；将压缩机温度、压力及转速等参数、气液分离器入口液位参数和供电装置形成联锁关系；紧急停车装置。对于以上合成单元的自动控制系统来说，需要对循环量回路、氨分液位回路及相关装置压力回路进行控制[2]。对于安全设施控制来说，主要包括紧急切断系统、单向阀控制、紧急放空阀和安全阀控制等。

3 DCS在合成氨装置自动控制系统中的应用

1）DCS系统在合成氨生产系统中应用的优势及特点。DCS属于分布式控制系统，也被称为集散控制系统，是在计算机网络技术的基础上形成的一种集中控制系统，以通信网络为通道，实现由过程控制、监控为一体的多级计算机控制，在计算机技术的不断发展下，DCS系统已经广泛应用在氨合成生产系统中，取代了原先了PIC控制系统，能够有效提升合成氨工艺的自动化控制水平，在较大程度上提升生产安全性，降低劳动强度，但是从系统功能方面来看，DCS系统并没有较大程度的改善，其主要应用方式和特点体现在这样几个方面：在合成氨的部分生产工艺已经实现基于DCS系统的自动化控制，在此基础上，需要根据实际情况来进行不断地完善改进。在另外一个方面，DCS具有更加稳定的控制方式，在合成氨工艺自动化控制的道路上，PIC控制系统的选用，主要是因为PIC系统的反应速度较快，但是不能很好地实现对各种参数的监控，而DCS控制系统能够实现对压力、温度及流量等各方面参数的监控，在取代二次仪表的基础上，保持较快的反应速度，但是由于其整体运算程序较为复杂，在这样的情况下，可以减少对反应速度的要求，使DCS系统更加稳定。最后，DCS系统具有更广的扫描范围，对于PIC控制系统来说，强调对全过程的调控，也就是说在完成一个过程的扫描之后再重新进行循环，DCS系统则是同时对多个生产工序进行扫描，DCS系统具有较为独特的I/U冗余，能够保证扫描过程的顺利进行[3]。

（2）DCS控制系统在合成氨装置自动化控制系统中的应用。DCS系统是在计算机网络的基础上形成的一种系统控制，能够对网控节点设施进行综合使用，在这样的情况下，DCS控制系统在合成氨装置自动化控制系统中的应用，可以根据生产流程的各种环节中设置控制节点，然后采用总控制站来对这些分散点进行监控，每个环节控制点之间采用网线进行连接，以此来实现对信息的传输。另外，计算机与总控制站之间采用网线或者光纤进行联系，以此来对生产过程进行监督控制，对操作命令进行传送，在这样的情况下，能够实现对各个生产流程的点控操作，从而达到统一管理。

在合成氨工艺的自动化控制过程中，会产生较高的温度和压力，在特定情况下会出现爆炸或者燃烧的现象，伴随大量有害气体的产生，根据这样的情况，在应用DCS自动化控制系统的过程中，为了提高生产安全性，可以将安全标准化内容纳入到自动化系统控制当中，主要体现在这样几个方面：首先需要对自动化控制系统的应用范围进行确定，在对合成氨企业生产状态和生产设置的实际情况进行估量的情况下，对自动化调整的内容进行确定。在此基础上，对自动化控制系统的应用及改造方案进行确定，编写自动化调整规划标准，并且将新的自动化生产线上报给有关部门进行审批备案。最后，需要对已经确定的自动化应用方案进行实施及验收，结合实际的自动化应用方案，对符合安全标准的设施进行选择，根据实际情况来对安装、调试等各个工作程序进行监督，最后，在自动化生产线投入使用之后，需要相关监管部门对其进行验收。

4 结束语

合成氨工艺装置自动化控制系统的设计及应用，是现代工业中的一次巨大进步，基于现代合成氨的要求及特点，可以采用DCS系统实现合成氨工艺的自动化生产及控制，保证生产流程的安全性。

[1] 王丽.合成氨工艺装置自动化控制系统分析[J].中国科技信息，2014，（24）：176-177.

[2] 杨家顺.20万吨/年合成氨煤气化炉装置仓泵式气力输送自动控制系统[J].化工管理，2014，（12）：160-160.

[3] 吴景东.合成氨变换装置控制系统的研究和应用[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