CN103407977B - 化工装置中氧化炉温度的控制方法 - Google Patents
化工装置中氧化炉温度的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103407977B CN103407977B CN201310291409.9A CN201310291409A CN103407977B CN 103407977 B CN103407977 B CN 103407977B CN 201310291409 A CN201310291409 A CN 201310291409A CN 103407977 B CN103407977 B CN 103407977B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- oxidized still
- gain
- ammonia
- still temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种双加压法硝酸装置氧化炉温度的控制方法。它采用多变量预测控制对氧化炉温度进行控制，把氧化炉温度做为被控变量，把氨空比做为操作变量，把空压机出口的空气温度做为前馈变量。利用该方法，能够稳定地把氧化炉的温度控制在设定的操作上限上，达到装置满负荷稳定运行的目的。
Description
技术领域
本发明属于工业控制领域，具体涉及化工装置、尤其是双加压法硝酸装置中的重要工艺控制参数氧化炉温度的控制方法。
背景技术
双加压法硝酸装置中的氧化炉是装置的关键设备。液氨在氨蒸发器中蒸发成气氨后，按一定的比率与来自空压机的空气混合。氨气在混合气体中的比例称为氨空比。混合气体进入氧化炉后，在铂铑催化剂的作用下，发生氧化反应，生成氧化氮气体。然后氧化氮气体继续氧化，最后在吸收塔中被工艺水吸收，生成硝酸。
氧化炉的温度是硝酸装置中最重要的工艺参数之一。如果氨空比过高，即过多的氨气在氧化炉中发生氧化反应，会导致氧化炉的温度过高，影响到装置的安全生产；如果氨空比过低，氧化炉的温度虽然不高，但无法实现装置的满负荷生产。因此，如何将氧化炉的温度稳定地控制在装置安全生产所允许的上限，是双加压法硝酸装置实现满负荷生产的关键。
在目前的双加压法硝酸装置生产中，通常是操作人员通过调整氨空比的设定值来控制氧化炉的温度。例如，在氧化炉温度过高的时候，适当降低氨空比的设定值。这时，分散控制系统(DCS系统)中的控制回路会在保持空气量不变的情况下，相应地降低进入氧化炉的氨气的流量，从而降低氧化炉的温度。
但是，做为装置主要生产原料的空气，其温度每天规律性的变化以及在负荷调整时大幅度的变化会导致氧化炉的温度有着明显的波动，因此，靠操作人员手工调整氨空比的设定值很难取得很好的效果。
如图1所示，其中，图1中最上方第一条曲线是空压机的负荷，即进入氧化炉的空气的流量。第二条曲线是空气的温度，可以看到它每天周期性地变化，下午最高，凌晨最低。第三条曲线是氧化炉的氨空比。第四条曲线是氧化炉的温度，可以看到，氧化炉温度的波动范围较大，通常有二、三十度。
这种波动一方面会随着氧化氮气体传导到氧化氮压缩机、吸收塔、尾气膨胀机等后续单元，另一方面也会通过过热蒸汽和锅炉循环水传导到蒸汽透平、锅炉汽包等设备中，而蒸汽透平的波动又会通过“四合一”机组传导到其他设备中，使得整个装置有着很明显的波动，影响到了装置的安全稳定生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种化工装置、尤其是双加压法硝酸装置中最重要的工艺参数之一氧化炉温度的控制方法。本发明采用多变量预测控制方法，大大地提高了氧化炉温度的控制精度，为实现装置的稳定满负荷生产提供了有效手段。
具体而言，本发明的技术方案涉及：
一种用于在化工装置中，尤其是双加压法硝酸装置中控制氧化炉温度的方法，包括如下步骤：
步骤一、确定氧化炉的温度。
利用双加压法生产硝酸的工艺一般有2个氧化炉，每个氧化炉有3个温度的测点。由于测量温度的热电偶无法固定在具体的位置上，这些温度的测量值往往都不相同。因此，选取哪个温度值来对氧化炉的温度进行控制，是日常生产中和本发明首先需要解决的问题。
如果这些温度之间的偏差不大，例如，在二十度以内，可以考虑以这些温度的平均值来对氧化炉的温度进行控制。但是如果这些温度的偏差较大，需要结合具体的情况来选择。一般情况下，都是从装置安全的角度考虑，用最高点的温度来进行控制。
步骤二、采用多变量预测控制对氧化炉温度进行建模。其中将氧化炉温度做为被控变量，将氨空比做为操作变量，将空压机出口的空气温度做为前馈变量。分别建立氨空比和氧化炉温度、空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型。
在本发明的方法中，通常将氨空比和氧化炉温度的模型设定为：正增益，增益为50-100，优选60-80，更优选约70，即氨空比每增加0.1，氧化炉的温度会上升7度。将空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型设定为：正增益，增益为0.3-0.8，优选0.4-0.7，更优选为约0.5，即空压机出口温度每上升1度，氧化炉的温度会上升0.5度。
步骤三、为氧化炉温度和氨空比设定相应的操作范围。
氨空比是多变量预测控制器的操作变量。一旦为其设定了操作上限和操作下限，多变量预测控制器对氨空比的调整，只能在这个范围内进行。这就保证了多变量预测控制器对装置的调节是安全可靠的。这点对氨空比这种操作变量尤为重要。因为混合气体中的氨含量如果超过12.5％～13％，会有发生爆炸的危险。
在本发明的方法中，通常将氨空比的上限设为10.0，优选9.9，更优选9.8，下限设为9.0，优选9.1，更优选9.3。
氧化炉温度是多变量预测控制器的被控变量。一旦为其设定了操作上限和操作下限，多变量预测控制器将尽可能地把氧化炉温度控制在这个范围内。对于氧化炉温度这种变量来说，多变量预测控制器将通过对氨空比的调节，尽量将其稳定在装置的操作上限，以达到实现装置满负荷稳定运行的目的。
在本发明的方法中，通常将氧化炉温度的上限设为900摄氏度，优选880摄氏度，更优选约874摄氏度，下限设为800摄氏度，优选820摄氏度，更优选约830摄氏度。
任选的步骤四、如果在DCS系统中可以对空压机的负荷，即进入氧化炉的空气流量进行控制，则多变量预测控制器也可以把空气流量作为一个操作变量，和氨空比一起对氧化炉温度进行控制。这种设计尤其是在氨空比已经没有调节余地的时候很有意义。例如，如果氨空比的设定值已经到达了操作员为它所设定的上限，而氧化炉的温度离上限还有一定的余量，这时多变量预测控制器可以适当增加进入氧化炉的空气量，以提高装置的负荷。反之，如果氨空比的设定值已经到达了操作员为它所设定的下限，而目前氧化炉的温度比上限还高，这时多变量控制器需要适当减少进入氧化炉的空气量，以降低装置的负荷。
在本发明的方法中，通常将空气流量的上限设为150000NM3/H(标准立方米/小时)，优选140000NM3/H，更优选约135000NM3/H，下限设为110000NM3/H，优选120000NM3/H，更优选约125000NM3/H。在本发明的方法中，通常将空气流量和氧化炉温度的模型设定为：正增益，增益为0.00060-0.00070，优选0.00065。
与传统的通过人工调节氨空比来控制氧化炉温度的方法相比，利用本发明提供的方法对氧化炉温度进行控制，可以获得很好的效果。当空气的温度每天规律性波动或由于增减负荷而变化时，多变量预测控制器能及时、缓慢地调整氨空比，一直将氧化炉的温度稳定地控制在所允许的操作上限。这样做的好处有：
1.在每天晚上气温低的时候，能够及时地增加氨空比，提高装置的处理量；
2.可以大幅度地减少氧化炉温度及其给整个生产装置带来的波动，提高硝酸产品质量及产量；
3.在氧化炉的温度及整个生产装置的波动大幅度减少的情况下，可以再适当地提高氧化炉的操作温度，从而提高装置的处理量。
附图说明
图1.氧化炉的空压机负荷、空气温度、氨空比和温度趋势图
图2.根据本发明的氧化炉温度控制方法所实现的实施例一效果图
图3.根据本发明的氧化炉温度控制方法所实现的实施例二效果图
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
本实施例的氧化炉温度的控制方法以化肥厂所常用的双加压法硝酸装置为例，该双加压法硝酸装置的年处理量约为27万吨。控制方法的具体实施步骤为：
1.在该装置氧化炉的6个温度测点中，温差较大。出于安全方面的考虑，选取最高的一点做为氧化炉的温度；
2.将氧化炉温度做为被控变量，把氨空比做为操作变量，把空压机出口的空气温度做为前馈变量。分别建立氨空比和氧化炉温度、空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型。其中，氨空比和氧化炉温度的模型为：正增益，增益为70，即氨空比每增加0.1，氧化炉的温度会上升7度。空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型为：正增益，增益为0.5，即空压机出口温度每上升1度，氧化炉的温度会上升0.5度。
3.为氧化炉温度和氨空比设定相应的操作范围。其中，氧化炉温度的上限设为874度，下限设为830度。氨空比的上限设为9.8，下限设为9.3。
4.根据空压机出口空气温度的变化，自动调整氨空比的设定值来对氧化炉温度进行控制。
图2显示了本发明的方法在该双加压法硝酸装置上的实施效果。其中，图2中最上方第一条曲线是空压机的负荷，即进入氧化炉的空气的流量。第二条曲线是空气的温度。第三条曲线是氧化炉的氨空比，可以看到，本发明的方法对氨空比的调节更及时准确。第四条曲线是氧化炉的温度，可以看到，氧化炉温度被很平稳地控制在设定的操作上限874度左右。
实施例2：
本实施例的氧化炉温度的控制方法以化肥厂所常用的双加压法硝酸装置为例，该双加压法硝酸装置的年处理量约为27万吨。控制方法的具体实施步骤为：
1.在该装置氧化炉的6个温度测点中，温差较小。因此采用这六个测点的平均值做为氧化炉的温度；
2.将氧化炉温度做为被控变量，把氨空比做为操作变量，把空压机出口的空气温度做为前馈变量。分别建立氨空比和氧化炉温度、空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型。其中，氨空比和氧化炉温度的模型为：正增益，增益为70，即氨空比每增加0.1，氧化炉的温度会上升7度。空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型为：正增益，增益为0.5，即空压机出口温度每上升1度，氧化炉的温度会上升0.5度。
3.为氧化炉温度和氨空比设定相应的操作范围。其中，氧化炉温度的上限设为867度，下限设为820度。氨空比的上限设为9.7，下限设为9.2。
4.为空压机流量设定相应的操作范围，其中上限设为135000NM3/H，下限设为125000NM3/H，将空压机流量和氧化炉温度的增益设为0.00065。
5.根据空压机出口空气温度的变化，自动调整氨空比的设定值和空压机流量的设定值来对氧化炉温度进行控制。
图3显示了本发明的方法在该双加压法硝酸装置上的实施效果。其中，图3中最上方第一条曲线是空压机的负荷，即进入氧化炉的空气的流量。第二条曲线是空气的温度。第三条曲线是氧化炉的氨空比，可以看到，本发明的方法对氨空比的调节更及时准确。第四条曲线是氧化炉的温度，可以看到，氧化炉温度被很平稳地控制在设定的操作上限867度左右。
利用本发明的方法，与传统的人工调节氨空比方法相比，增加了产量3％以上，获得了理想的经济效益。
Claims (4)
1.一种用于在双加压法硝酸装置中控制氧化炉温度的方法，包括如下步骤：
步骤一、确定氧化炉的温度；
步骤二、采用多变量预测控制对氧化炉温度进行建模，其中将氧化炉温度作为被控变量，将氨空比作为操作变量，将空压机出口的空气温度作为前馈变量，分别建立氨空比和氧化炉温度、空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型；其中将氨空比和氧化炉温度的模型设定为正增益，增益为50-100，将空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型设定为正增益，增益为0.3-0.8；
步骤三、为氧化炉温度和氨空比设定相应的操作范围，其中将氧化炉温度的操作范围设定为800-900摄氏度，将氨空比的操作范围设定为9.0-10.0；
步骤四、将进入氧化炉的空气流量作为操作变量，和氨空比一起对氧化炉温度进行控制，其中将空气流量和氧化炉温度的模型设定为：正增益，增益为0.00060-0.00070，将进入氧化炉的空气流量设定为110000Nm3/h-150000Nm3/h，
其中所述步骤一包括将氧化炉的各个温度测点所测量的温度取平均值作为氧化炉温度，或者将氧化炉的各个温度测点所测量的温度中的最高值作为氧化炉温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤二中，将氨空比和氧化炉温度的模型设定为正增益，增益为70。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤二中，将空压机出口的空气温度和氧化炉温度的模型设定为正增益，增益为0.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤四中，将空气流量和氧化炉温度的模型设定为正增益，增益为0.00065。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310291409.9A CN103407977B (zh) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | 化工装置中氧化炉温度的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310291409.9A CN103407977B (zh) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | 化工装置中氧化炉温度的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103407977A CN103407977A (zh) | 2013-11-27 |
| CN103407977B true CN103407977B (zh) | 2015-07-01 |
Family
ID=49601039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310291409.9A Expired - Fee Related CN103407977B (zh) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | 化工装置中氧化炉温度的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103407977B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105786055A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-20 | 重庆大学 | 硝酸生产氧化炉中氨空比自动设定值控制系统及控制方法 |
| CN106766973B (zh) * | 2016-12-20 | 2019-04-26 | 四川金象赛瑞化工股份有限公司 | 一种氧化炉工艺联锁控制方法 |
| CN112578078B (zh) * | 2020-11-18 | 2022-11-25 | 北京星枫先控科技有限公司 | 一种用于气化装置的水质离子在线监测方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5985230A (en) * | 1996-10-03 | 1999-11-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Nitric acid production |
-
2013
- 2013-07-12 CN CN201310291409.9A patent/CN103407977B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5985230A (en) * | 1996-10-03 | 1999-11-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Nitric acid production |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 开俊.比值控制系统的类型、构成及特点.《工业电器与自动化》.化学工业出版社,2006,130-131. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103407977A (zh) | 2013-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107168055B (zh) | 一种基于多变量预测控制的氨法脱硫优化控制方法 | |
| CN105797576B (zh) | 一种燃煤机组脱硝喷氨控制方法 | |
| CN104089270B (zh) | 一种发电机组锅炉负荷控制优化调整试验方法 | |
| CN202032549U (zh) | 热电厂锅炉母管压力协调控制系统 | |
| CN105700570B (zh) | 一种火电厂scr脱硝控制方法 | |
| CN103407977B (zh) | 化工装置中氧化炉温度的控制方法 | |
| CN108227500A (zh) | 一种火电机组快速调峰的协调控制方法及系统 | |
| CN105045089A (zh) | 一种基于出口NOx含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统 | |
| CN102629131A (zh) | 一种脉冲方式调整凝结水流量参与调频的协调控制方法 | |
| CN111045321B (zh) | 一种深度调峰下的协调控制带嵌入式内模控制器的方法 | |
| CN104176705B (zh) | 一种生产合成气的耐硫变换工艺 | |
| CN202823158U (zh) | 石灰石湿法脱硫吸收塔浆液pH脱硫率的自动控制结构 | |
| CN102553424B (zh) | 一种吸收塔pH值调节方法 | |
| CN110595153A (zh) | 一种空分装置自动变负荷过程中空气进料量的控制方法 | |
| CN206696629U (zh) | 一种压水堆堆芯功率控制装置 | |
| CN201507945U (zh) | 燃油燃气锅炉控制调整和远程监控系统 | |
| CN212901461U (zh) | 一种汽包水位三冲量控制系统 | |
| CN102032588B (zh) | 燃油燃气锅炉控制调整和远程监控系统 | |
| KR20190011756A (ko) | 오프 가스 소각로 제어 | |
| US20210171348A1 (en) | Method for the catalytic oxidation of ammonia gas | |
| CN107302229B (zh) | 一种agc控制装置及综合发电系统 | |
| CN114838351A (zh) | 一种循环流化床锅炉炉内脱硫自动控制方法 | |
| CN202694173U (zh) | 一种带有温度pid模糊控制系统的水泥分解炉 | |
| CN211316135U (zh) | 一种循环流化床机组自动发电控制系统 | |
| CN117366583A (zh) | 一种硫比值控制方法、装置、计算机设备和存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Star-Maple (Beijing) Technology Ltd. Document name: Notification of Patent Invention Entering into Substantive Examination Stage |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150701 Termination date: 20160712 |