硝铵生产管式反应器控制系统.pdf

《硝铵生产管式反应器控制系统.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2期丁旭等．硝铵生产管式反应器控制系统硝铵生产管式反应器控制系统丁旭林红权魏志(中国科学院自动化研究所，北京100190)摘要在对硝铵生产工艺和管式反应器工艺进行分析的基础上，提出基于PCS7过程控制系统的硝铵生产DCS控制系统的总体设计方案。重点介绍了气氨／硝酸精确摩尔配比控制系统和pH值串级控制系统的设计方案。关键词DCS模糊PID控制气氨／硝酸摩尔配比pH值控制串级控制中图分类号TH862+．6文献标识码A文章编号1000—3932(2013)02-0133-03中和反应是整个硝铵生产的关键流程，中和部分管式反应器控制系统的性能对硝铵产品的质量及其生产效率起着至关

2、重要的作用。管式反应器控制系统的控制目标是：气氨与硝酸以1：1的摩尔比通人管式反应器进行中和反应；闪蒸槽出口冷凝液的pH值控制在9．5左右。实际生产中，由于硝酸实时浓度不稳定、硝酸管道上调节阀的阀前压力不稳定以及气氨流量的波动等因素，导致硝酸流量很难跟踪设定值；pH值控制本身的非线性、工艺上的时滞特性和pH分析仪的时延特性，使得pH值的控制更难稳定。传统的PID控制策略在管式反应器控制系统中很难达到满意的控制效果，因此有必要引入更先进的控制策略。笔者针对某用户新上的硝铵控制系统，采用模糊控制理论，提出气氨／硝酸精确摩尔配比模糊控制方案；pH值控制回路采用串级控制方案。1管

3、式反应器工艺流程管式反应器的部分工艺流程如图1所示，管式反应器(F201)采用喷射器原理将58％～60％的硝酸通过高速喷嘴，以高分散状流体喷出，与气氨在混合室内快速进行化学反应生成硝铵和水，并释放大量的热量，将水分蒸发为水蒸气，保持反应管内温度在185℃左右。管内的硝铵，未反应的氨和水蒸气以高湍流泡沫状的液体形式在流动，出混合室后继续进入反应管进行反应，最后以泡沫状推出分离器(F202)。在分离器里硝铵和水蒸气分离，分离后的蒸汽进入洗涤器(F203)回收蒸汽夹带的硝铵。从管式反应器出来的硝铵溶液再经降膜蒸发器蒸发后，送到造粒塔顶部的二次蒸发设备，最后送至造粒塔造粒。图1管

4、式反应器部分工艺流程2硝铵生产DC$控制系统硝铵生产DCS系统的硬件采用S7As417-4H(G3加强型防腐)冗余控制器，5个ET200M通过Profibus．DP现场总线连接到控制器上作为PLC控制子站；数据采集与监控系统由一台工程师站(ES站)和两台操作员站(OS站)组成，硬件采用DELLV230R一576台式机。组态软件采用过程控制系统PCS7，完成整个控制系统的硬件组态、编程调试及联网测试等工作。s7PLC、工程师站和操作员站通过工业以太网交换机组成冗余环网，网络通信速度为lOOMb／s。3气氨／硝酸精确摩尔配比模糊PID调节系统3．1模糊PID控制系统由于工况的

5、原因，该硝铵项目管式反应器硝酸流量自动跟踪控制系统的阀前压力较工艺设定收稿日期：2012-08-22化工自动化及仪表第40卷值大，阀门开度的微小变动都将引起流量过程值的较大变化；此外，压力不稳定，致使在相同阀门开度下硝酸流量的过程值频繁波动。pH值控制回路无法稳定控制，且使得阀门的机械寿命严重缩短。笔者采用模糊PID控制器控制硝酸与气氨的精确摩尔配比，既保持了传统PID控制方案可靠简单而又灵活的特点，又结合了模糊控制不依赖于管式反应器的数学模型，而通过调整参数来满足管式反应器工艺部分的控制要求。模糊PID控制模块(图2)由一个PID控制器模块和一个模糊自调整控制器模块组成

6、，模糊自调整模块根据硝酸流量设定值和过程值的偏差e、方向和偏差变化率；，通过模糊推理规则做出决策，在线调整PID控制器的参数坼、K和K。，以满足控制系统的要求。刊㈣硝酸流量石厕辈堡图2气氨／硝酸精确摩尔比模糊PID控制系统框图3．2参数整定规则模糊PID参数整定需要考虑两个基本因素：工况下流量值变化的基本特征；PID参数对控制器本身的影响。通过天脊一期硝铵项目技术人员的操作经验，笔者总结出以下控制规律：a．当硝酸实际流量与设定流量偏差e较大时，耳取较大值，墨取较小值；当ex；>0时，取较大的K。；ex；<0时，取较小的K。。b．当硝酸实际流量与设定流量偏差e适中时，群、K

7、均取较小值；当ex；>0时，取较大的K。；ex；<0时，取适中的K。。c．当硝酸实际流量与设定流量偏差e较小时，如果；也较小，砗、K、K。均取较大值；如果；较大，K、K。取适中值，砗取较小值。3．3模糊化对于管式反应器控制系统，硝酸实际流量与设定值流量之间偏差e的范围为(一4500kg／h，4500kg／h)，流量偏差变化率；的范围为(一1500，1500)，则坼、K和K。可量化到(一0．5，0．5)。流量偏差e和流量偏差变化率；的语言集都选择为{NB，NS，ZO，PS，PB}，论域为{一2，一1，0，1，2}；AK¨AK。、