张卓理
(中国石油兰州石化公司化肥厂，甘肃兰州730060)
摘要:30万t a合成氨装置组合式氨冷器在投用过程中，液位控制系统无法同时满足冷氨和热氨2种生产模式。对此，在原有内部回路组态上增设了1块辅助的反作用调节器。使用结果表明，改进后的控制系统在2种生产模式下调节稳定，能满足生产工艺的要求。 关键词：合成氨；组合式氨冷器；液位控制；组态
中图分类号:TQ441.41 文献标识码:B 文章编号:1009-0045(2000)02-0084-03
大化肥组合式氨冷器是合成氨系统最主要的换热设备。组合式氨冷器根据工艺生产状况的不同，其液面调节系统的控制对象也不同。在热氨模式时，氨液位调节选择逆流向物料调节；在冷氨模式时，氨液位调节选择顺流向物料调节。在大化肥初次开工过程中，当系统转入热氨模式时，组合式氨冷器液位无法控制，多次出现系统紊乱。经分析发现，控制组态在冷氨模式时，组合式氨冷器氨液位调节系统是一个负反馈调节系统，调节作用符合要求，调节系统能正常工作；而在热氨模式时，调节系统是一个正反馈调节系统，系统无法正常工作。若将液位调节器的调节方式由正作用改为反作用，则情况恰恰相反，即
在热氨模式时的调节作用符合要求，调节系统能正常工作，而冷氨模式下调节系统又不能正常工作。为此，对调节系统的内部组态进行了改造，使系统在组态中的这一错误得到纠正，排除了合成氨控制中的这一障碍。
1 组合式氨冷器液位控制的工作原理
组合式氨冷器利用液氨来冷却流经管内的合成塔送出的热循环气。从组合式氨冷器闪蒸出来的气氨，送往大冰机(A-GC602)入口，经压缩液化后，一部分循环返回氨冷器，另一部分送往氨库或尿素工段。为了冰机的安全，在气氨中不允许携带液滴。因此，必须使蒸发器的上部有足够的气化空间，以保证良好的气化条件，这就要求氨液位必须控制在一定的范围内。
合成塔出口循环气经冷却分离后得到的液氨产品，分成3路送入组合式氨冷器的三级闪蒸罐(A-FA605、A-FA606、A-FA607)中，蒸发出来的气氨经A-GC602压缩后，送到氨收槽(A-FA604)中。其工艺及控制简图如图1所示。
(1)生产热氨
HV605及HV607阀关闭,A-FA604中的热氨通过HV607阀直接送往尿素工段。此时组合式氨冷器各闪蒸罐液面的控制为:
LC A606通过与之串联的FV615控制A-FA607的液位;
LC A607通过LV606控制A-FA606的液位;
LC A608通过LV607控制A-FA605的液位。
(2)生产冷氨
HV606关闭,A-FA604中的热氨通过HV605阀，逐级送往A-FA607、A-FA606、A-FA605进行冷却，冷氨经HV607阀送往氨库中。此时组合式氨冷器各闪蒸罐液面的控制为:
LC A606通过LV606控制A-FA607的液位;
LC A607通过LV607控制A-FA606的液位;
LC A608通过HV607控制A-FA605的液位。
对于在热氨和冷氨2种生产模式下，各闪蒸罐液位控制回路中调节对象的选择切换，由工艺操作人员根据生产情况，在CRT显示屏上切换仪表软开关状态，由顺序逻辑控制表控制完成。
收稿日期:1999-12-24；修订日期:2000-01-10。
作者简介：张卓里(1965-)，男，甘肃甘南人，工程师。主要从事大化肥DCS工作。
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石 化 技 术 与 应 用 第18卷
图1 组合式氨冷器工艺流程及控制简图
2 原有控制系统中存在的问题
根据原始设计，安装在现场的LV606、LV607和HV607均为气开式的调节阀。因A-FA607、A -FA606和A-FA605的液位控制完全相同，下面以A-FA607的液位控制为例进行分析。(1)在冷氨模式时,LCA606通过LV606，控制A-FA607的液位，采用的是顺流向物料调节。当LC A607检测液位升高时，要求调节开度增大。由于采用的是气开式调节，因而要求LCA606输出增加,LC A606的调节方式是正作用，其工作过程如下:
液位升高!液位变送器输出增大!调节器输入(偏差)增大!调节器输出增大(正作用)!调节阀开度(气开)增大!液体输出量增大!液位降低，调节工作正常。
(2)在热氨模式时,LCA606通过与LCA606串联的FV615控制A-FA607的液位，采用的是逆流向物料调节。在这个串级调节系统中，首先应使副环FC615流量调节构成一个负反馈调节系统，所以先确定副调节器FC615的正、反作用。主、副调节器正反作用选择如下:
对于FC615流量副回路，当流经FV615的流量增大时，要求调节阀开度减小。由于是气开式调节阀，故要求FC615输出减小,FC615的调节方式应是反作用。其工作过程如下:
流量增大!液位变送器输出增大!调节器输入(偏差)增大!调节输出减小(反作用)!调
节阀开度(气开阀)减小!流量减小，调节方向正
确，调节系统正常。
对于LC A606液位主回路，主调节器正、反作用选择只与工艺过程有关，而与调节阀的气开、气关形式无关。LCA606与FC615组成的串级调节如图2所示。
图2 LCA606与FC615组成的串级调节
由图2可知，当调节阀FV615开大，阀后流量增大,A -FA607的液位升高，即A-FA607的液位对象的特性是输入增大，输出亦增大，液位对象的放大倍数K 为正。要使主回路也构成一个反馈调节系统，主调节器的放大倍数K 也必须为正，即LCA606调节方式选反作用。其工作过程如下:
液位升高!液位变送器输出增大!液位主调节器输入(偏差)增大!主调节器输出减小(反作用)!流量调节器设定值减小!流量调节器输入(偏差)增大!副调节器输出减小(反作用)!调节阀关小(气开阀)!液体进入量减小!液位降低，调节方向正确，调节系统能正常工作。通过上述分析可见，在生产冷氨时,LCA606选正作用调节方式；在生产热氨时,LC A606选反
85 第2期 张卓理 30万t a 合成氨装置氨冷器液位控制系统改造
作用调节方式。调节器的正、反作用在组态时已确定，操作人员不能随意改动，所以液面调节器LC A606只能满足热氨或冷氨中的1种调节方式，而不能使二者同时满足。因而，原有的组合氨冷器氨液位控制系统无法正常工作。3 改造方案
对于氨冷器液位控制系统，在工艺方面有以下要求:
(1)调节阀的气开形式从安全生产角度出发不能更改;
(2)在冷氨和热氨2种状态下，必须满足液位控制的2种方式;
(3)因工艺操作方式保持不变，要求控制回路的形式不变。
为了满足上述要求，使组合式氨冷器液位调节系统在热氨及冷氨2种方式下都能满足生产需要，可行的办法就是利用DCS 智能化优势，在调节回路内部组态上进行技术改造。
A-FA607闪蒸罐在热氨及冷氨2种模式下，原有的液位控制内部回路组态如图3
所示。
图3 改造前的组态
在原有的这种组态方式下，当LCA606为正作用调节器时，能满足冷氨模式调节(即LCA606直接控制FV606)，而不能使热氨模式下的串级调节正常工作。因此，在不破坏原有调节方式的前提下，对其中不能正常工作的调节环节做了改进。从调节效果要好、切换操作方便等方面综合考虑，在原有内部回路组态上又增加了1块辅助
的反作用调节器(LCA606H)，该调节器包含在组
态回路中，但在热氨方式下，它能以同等的调节效果取代LCA606的工作。改造后的组态如图4所示。
图4 改造后的组态
由图4可知，改造后的组态在热氨方式时,LC A606H 直接取代了LC A606的调节工作。要使LC A606H 完全以同等的调节效果来替代LC A606，必须满足以下条件:
(1)LCA606与LCA606H 的测量值完全相同;(2)LCA606与LC A606H 的设定值始终保持相同。
条件(1)在回路组态中已得到解决。对于条件(2)，除在组态中将LC A606的输出端与LC A606H 的设定值SE T 端相连外，还需在填写内部仪表工作单时，在运算单元项进行算式定义，定义式为SV(LC A 606H)=SV(LC A606)。
满足了这2项条件,LC A606H 的设定值就能自动快速跟踪LCA606的设定值。这样在热氨模式下，操作人员在操作LCA606时，实际上真正起调节作用的是LCA606H 。
组态内容确定后,LCA606选为正作用调节器，用于冷氨模式下的调节。LC A606H 选为反作用调节器，用于热氨模式下的调节，而对于操作
人员来说，无论是热氨模式还是冷氨模式，都只需操作LC A606，就能满足生产调节的需要。4 改造后控制系统的优点及注意的问题
改造后控制系统的突出优点是，由于在热氨和冷氨2种模式下,A-FA607的液位控制分别使用了不同的调节器，按照以上所述2种调节回路,LCA 606和LCA606H 可根椐自身调节回路的特点，分别求取保证调节过程最佳的PID 参数整
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剂的高性能，保持反应器内催化剂的最佳流化状态和最优反应效果，丙烯腈收率提高1.75%。经估算可节约催化剂3.3t a(以年操作8000h计)，且操作人员的劳动强度得到大幅度的降低，工作环境得到充分改善，从而获得了良好的社会效益和经济效益。
Catalyst au to-continuous addition technology
JI N Qiang
(Petrochemical Works o f Lanzhou Petrochemical Cor poration,C NPC,Lanzhou,730060,China)
Abstract:In the operation of fluidized bed reactor in ac rylonitrile plant,the catalyst needed to be adde
d be cause of the consumption of the micro catalytical particles.The catalyst auto-continuous addition technology was used.The results showed that the catalyst maintained high characteristics,stationary acrylonitrile yield was obtained and the operation of fluidized bed reactor was optimized.The catalyst auto-continuous addition was realized by us ing the CENTUM sequence control function.The software,configuration and application of the addition system were introduced.
Key words:acrylonitrile;catalyst;auto-continuous addition;sequence control
(上接第86页)
定值，从而改善了组合式氨冷器液位控制系统的调节效果。同时改造前后的操作方法没有任何区别，在热氨模式控制时，能随意实现手动、自动、串级的无扰动切换。须注意的是,LC A606H 应始终处于自动方式，否则调节系统就不能投入串级方式，这是因为LCA606H隐含在回路中。如果调节系统有问题，首先应从操作屏上调出LC A606H，检查其是否处于自动方式。
5 应用效果
改进后的控制系统，能够满足工艺生产的要求，系统调节稳定，抗干扰能力强。自合成氨系统投产以来，在热氨和冷氨2种生产模式下，组合式氨冷器的液位均得到有效监控。
Remoulding of ammonia cooler liquid level controlling
system in300kt a synthetic ammonia plant
ZHANG Zhuo-li
(Fertilizer Plant o f Lanzhou Petrochemical Corporation C NPC,Lanzhou,730060,China)闪蒸器
Abstract:The liquid level controlling system of ammonia cooler could not simultaneouly satisfy two produc tion modes of the cold a mmonia and the heat ammonia in the operation of synthe tic ammonia plant.An auxiliary reac ting regulator was added in the internal configuration.The results of application showed that the improved controlling sys tem could be regulated stably in two production modes and could satisfy the needs of production process.
Key words:synthetic am monia;c onnection a mmonia c ooler;liquid level control;configuration
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