我国大部分氮肥厂都用煤为原料.doc

一、 综述我国大部分氮肥厂都用煤为原料，固定床间歇转化制取半水煤气的工艺，从80年代末开始，造气炉微机油压控制技术开始应用于造气炉的控制中，直到全面取代原自动机及水压系统，在技术上是一个突破性的进步。 造气炉基本上都是采用PLC做为控制器，且采用单炉单机。由于PLC简单实用且可靠性较高，因此受到厂家的普遍欢迎。但随着技术的进步，造气炉的控制及造气工段的管理由粗放型逐步变成系统性，专家性。此时，PLC的局限性就暴露出来。PLC的特点是处理开关量能力非常强，但处理模拟量能力很弱，计算处理能力差。因此，当对造气炉采用优化控制，对造气工段采用系统管理时，就有必要对目前这种控制模式进行改进。 我公司以前开发出造气炉计算机两级分布式控制系统，即第1级由PLC，控制器，数采器等组成。第2级为工业控制计算机。系统通过RS422或RS485等通讯的方式，将两级连接起来，这种模式简单方便，费用较低，但因无硬件冗余等措施，整套系统可靠性较差。造气炉的优化控制只能由第2级来完成，无法由PLC实现。且无法取消操作室中的仪表盘。因此，这种控制模式实际上也是一种过渡方式。 目前，更为先进的DCS早已在我国应用普及，其先进可靠的冗余技术，简单方便的组态及控制软件，丰富多彩的画面显示，高度的系统可靠性，方便实用的操作特点，使其推广的速度非常快。但DCS在造气炉上的应用实例却很少。其中最关键的问题在于，大家已经接受了单机单炉这种控制模式，而要将多台炉子放到DCS上集中控制，其可靠性行吗？ DCS在我国的应用时间大概已有30年了，数量达到几千套，近几年来国产DCS的推广应用也非常迅猛，据不完全统计，也达到了上千套。DCS长期可靠稳定的运行，为在造气炉使用DCS提供了很好的范例。 二、 DCS在造气炉上的应用 目前，我们公司已经成功地将DCS应用于造气炉的控制上，且完成了炉况检测及优化控制软件包的开发应用。此套系统已成功在福建永安智胜化工厂甘肃白银银光聚银公司等厂投运，在稳定炉况及节能降耗方面都有明显效果。 下面将此套系统做一个简单介绍： 1、 造气炉DCS控制系统结构 结构图： 系统由一个控制站，二个操作站（其中一个兼工程师站），一个辅助控制机柜构成,控制站主控制卡、数据转发卡、控制站供电电源均实现1：1热冗余，现场信号直接进入过程控制站，通过冗余的工业以太网络与操作站相连，实现了对生产过程的整体监控。在操作站上增加1个以太网卡及OPC数据接口软件，就可将DCS实时数据方便地传送给MIS网，从而实现全厂综合集成自动化。 2优化控制原理 由于目前无法直接测量造气炉气化层温度，因此采用上、下行温度，空层温度，灰渣层温度以及上、下行压力等信号组成一个间接测量系统，并对这些信号进行二次数学处理，作为造气炉优化控制的参数。 优化控制系统分为以下几个部分。 2.1炉况监测技术 上行温度 上行压力 炉顶三个 150 上行管道 热电偶 炉底一热偶 炉底二热偶下行温度 下行压力 炉蓖一热偶 下行管道2.1.1 炉顶3点测温点 在空层中均匀安装3支热电偶，测量空层温度。 2.1.2炉底2点测温点及炉蓖1点测温点 在炉底2个型热电偶，测量灰渣层温度。 2.1.3 上、下行压力 在上、下行测温点（或上行，下行伐后）附近安装2支压力变送器，用于测量上、下行压力。 2.2优化参数概念 2.2.1 吹风负荷系数 此参数结合炉顶3点温度，炉底2点温度，上、下行温度以及上、下行压力，采用加权因子修正原理求得，反应了炉子负荷大小。 2.2.2 上、下吹比例系数 这两个参数反应了上、下吹阶段炉顶及炉底温度场的变化情况，以及气化层的位置。 2.2.3 炉条负荷系数 结合炉底3点，下行温度以及下行压力，采用加权因子修正原理求得，此参数反应了灰渣层的厚度。 2.2.4 炉顶温度不均 此系数反应了炉顶3点温度场分布的均匀性。 2.2.5 炉底温度不均 此系数反应了炉底2点温度场分布的均匀性。 2.3优化控制技术 造气炉的优化控制目标是： A：稳定造气炉负荷； B：稳定气化层的位置，提高固定床层的蓄热度； C：控制灰渣层的高度； D：提高蒸汽分解率。 从控制手段来讲，优化控制主要是调节以下参数： A：吹风时间 B：上、下吹时间比例 C：灰渣层厚度的控制 D：入炉蒸汽流量控制 E：蒸汽缓冲罐压力调节 2.4优化控制原理 采用模糊控制原理。 其中：SV：给定值，PV为采样计算值 E： SVPV EC：E的变化率 A： E经模糊化处理后，论域为X的模糊集 B： EC经模糊化处理后，论域为Y的模糊集 C： 论域为Z的控制集 U： 为C经模糊判决后的控制量 2.4.1 量化及模糊化 论域X，Y，Z的各个语言可取值为： PB（正大），PM（正中），PS（正小），ZE（零），NS（负小）， NM（负中），NB（负大） 可用如下表格表示： 2.4.2根据模糊算法及判决得出控制量通过这种模糊控制原理，可对吹风时间，上、下吹比例及炉条机转速进行控制。 3、系统主要功能 （1）、辅助控制机柜 （1.1）造气炉紧急事故处理 每一台炉设置一个紧急停车硬开关，炉子出事故时，按此开关使该炉子处于安全停车状态。 （1.2）造气炉阀门硬手动控制 系统为每一台炉各个阀门设置一个手动控制开关。当炉子处于手动状态时，各阀门的手动开关可以控制阀门的开与关，以便于阀门的维护和检修。 （2）、造气炉程序控制 本系统运用DCS系统提供的梯形图组态方式实现造气炉的时序控制，惰性气体制备控制及吹风自动排队功能。 （3）、阀位检测和安全联锁控制 根据工艺要求，可对每一台炉重要阀门进行阀位检测。一些阀实现开不到位检测，一些阀实现关不到位检测。阀动作不到位时，系统报警，同时可根据工艺要求进行安全联锁控制。 （4）、回路控制 可实现汽包液位、蒸汽总管压力静态前馈等PID控制。 （5）、入炉蒸汽流量的控制 由于没有蒸汽分解率在线测试议，无法对蒸汽量进行闭环控制，但根据上、下行温度以及人工经验，可以做到蒸汽量的开环控制，即使入炉蒸汽调节阀按照一定的比例递减，既节约蒸汽，又可使炉子负荷长期稳定。 （6）氢氮比的控制 利用先进控制策略，实现恒氢或氢氮比的控制，合格率达90以上。 （7）炉况优化控制系统 （7.1）吹风时间以及上、下吹时间控制 利用计算得出的优化参数吹风负荷系数、上下吹比例系数实时控制吹风时间及上、下吹时间。 （7.2）炉条机转速的控制 利用计算得出的炉条负荷系数实时控制炉条机的转速。 三、 DCS主要管理功能 1 保存每时刻阀门动作，阀位检测及各个阶段时间的修改，各个控制参数的修改。 2 设