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合成氨生产系统的DCS改造

作　者: 官宇寰
导　师: 王煤；邓德文
学　校: 四川大学
专　业: 化学工程
关键词: 集散控制系统合成氨生产系统节能控制系统 DCS组态能源消耗
分类号: TQ113.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 316次
引　用: 1次
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内容摘要

鸿化公司合成氨生产系统存在能耗高、工艺指标波动大、自控仪表落后、自控水平低等问题，如不进行必要的技术改造，在操作工频繁手动操作的情况下，会造成高投入、低产出且系统波动大的后果，进而影响整个联碱系统的稳定高产。本文运用计算机及网络的先进技术，结合鸿化公司合成氨老生产系统存在的问题，采用集散控制系统对合成氨生产系统进行下列技术改造：（1）在对蒸汽和天然气流量进行温度、压力补偿的前提下，将水碳比的调节由单回路控制系统改为带逻辑提量的比值调节系统，保证了调节系统的准确性；（2）设计了天然气完全燃烧控制系统以保证天然气在一段炉对流段完全燃烧；（3）采用时滞多步模型算法实现了氢氮比预测控制；（4）改造了合成氨生产系统的联锁紧急停车系统；（5）进行了几套节能效果显著控制系统的设计。为实现上述技术方案，进行了HS2000-Plus的数据库、控制算法、图形、系统管理、引用和报表组态，确定了仪表及材料的选型，完成了改造的工程预算工作。预计此改造完工后，可将天然气消耗由1060NM³／t.NH₃下降到960NM³／t.NH₃左右，电耗由850KWh／t.NH₃下降到830KWh／t.NH₃左右。整个改造预算的投入是316万元，改造后每年减少的天然气、电的费用为352万元，工程的静态投资回收期和动态投资回收期都不到一年，合成氨生产系统的DCS改造在技术上和经济上都是可行的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
1 前言  8-13
  1.1 集散控制系统的发展历史  8-10
  1.2 集散控制系统的基本结构  10-13
    1.2.1 分散过程控制装置  10-11
    1.2.2 操作管理装置  11
    1.2.3 通信系统  11-13
2 合成氨生产系统的历史、现状及发展方向  13-18
  2.1 合成氨生产系统控制的历史及现状  13-14
  2.2 当今合成氨生产系统控制的发展方向  14-18
    2.2.1 计算机集成过程控制系统  14-15
    2.2.2 现场总线控制系统  15-18
3 鸿化公司合成氨生产系统介绍  18-27
  3.1 鸿化公司合成氨分厂工艺流程简述  18
  3.2 合成氨生产所需原料  18
  3.3 合成氨生产原理  18-20
  3.4 合成氨分厂岗位的划分  20
  3.5 合成氨生产系统的主要工艺流程及工艺指标  20-27
    3.5.1 脱硫及转化岗位  20-22
    3.5.2 变换、脱碳、甲烷化岗位  22-24
    3.5.3 氨合成岗位  24-27
4 鸿化公司老合成自控系统存在的问题  27-31
  4.1 水碳比控制  27
  4.2 空气／燃烧天然气控制  27
  4.3 中变炉热点温度控制  27-28
  4.4 低变炉床温控制  28
  4.5 二氧化碳吸收塔的贫液、半贫液循环量控制  28
  4.6 氢氮比控制  28
  4.7 氨合成塔的触媒温度控制  28-29
  4.8 惰性气体含量控制  29
  4.9 紧急停车联锁系统  29
  4.10 落后仪表的使用  29-31
5 合成氨生产系统改造的技术方案  31-48
  5.1 水碳比比值调节系统  31-33
  5.2 天然气完全燃烧控制系统  33
  5.3 中温变换炉床温前馈-串级控制系统  33-36
  5.4 低温变换炉床温串级控制系统  36
  5.5 二氧化碳吸收塔出口CO_2浓度串级调节系统  36
  5.6 氢氮比预测控制系统  36-41
    5.6.1 预测模型  37-38
    5.6.2 反馈校正  38-39
    5.6.3 参考轨迹  39
    5.6.4 最优控制律计算  39
    5.6.5 控制方案确定  39-40
    5.6.6 预测模型测试  40-41
  5.7 合成塔触媒层温度前馈-反馈控制系统  41-43
    5.7.1 控制方案  42-43
  5.8 合成氨惰性气体含量控制  43-45
  5.9 联锁停车系统  45-47
  5.10 仪表的更换及增加  47-48
6 DCS的选型及组态  48-62
  6.1 DCS的选型  48-49
    6.1.1 系统配置  48-49
  6.2 HS2000-Plus集散控制系统的结构  49-52
    6.2.1 现场控制站  50
    6.2.2 操作员站  50-51
    6.2.3 工程师站  51
    6.2.4 历史站  51
    6.2.5 系统的三层网络结构  51-52
  6.3 系统的组态  52-62
    6.3.1 数据库组态  52-56
    6.3.2 控制算法组态  56-58
    6.3.3 图形组态  58-59
    6.3.4 系统管理组态  59-60
    6.3.5 引用组态  60-61
    6.3.6 报表组态  61-62
7 经济效益评估  62-65
  7.1 合成氨DCS改造预计产生的效益  62
  7.2 合成氨DCS改造所需的投资  62-63
  7.3 合成氨DCS改造经济、社会效益评估  63-65
    7.3.1 合成氨DCS改造的经济效益  63-64
    7.3.2 合成氨DCS改造的社会效益  64-65
8 结论  65-66
参考文献、论文发表情况  66-68
致谢  68

合成氨生产系统的DCS改造

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