CN113401921A - 一种尿素水解制氨系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素水解制氨系统，包括尿素溶解系统和尿素水解系统，尿素溶解系统包括溶解罐和储罐，尿素水解系统包括水解器，溶解罐的进料口连通与卸料罐车；溶解罐的进水口通过阀门连接疏水泵，疏水泵连接在水箱上；溶解罐上连接有再循环阀，再循环阀连通储罐进液口；溶解罐的排液口连接有溶解泵，溶解泵通过阀门连接储罐；溶解罐上还设有冲洗机构；储罐通过控制阀门组连通在水解器，水解器还通过阀门连通水箱；水解器上设有回流口和排污口；水解器顶部通过调节阀连接氨气脱硝机构；水解器通过阀门组连通蒸汽供给机构。本系统可实现智能化参数设定，可对制氨系统进行自动化精准控制，降低人工成本，避免误操作的风险。

Description

一种尿素水解制氨系统及其控制方法

技术领域

本发明舒适与尿素制氨领域，具体涉及一种尿素水解制氨系统及其控制方法。

背景技术

现有的尿素制氨系统从尿素溶解储存，再到尿素水解运行人员频繁到就地操作设备、人工调控阀门动作及其开闭程度，误操作风险大。

尿素溶液制备区就地手动阀门较多，尿素溶液水解部分虽安装远控阀门但到每个工序需要人为判断，大部分操作都要到现场进行操作，带了误操作风险，同时加大运行操作人员的人工投入。并且氨气为有毒气体，工人长期滞留操作车间，会对身体健康产生极大影响，职业病风险系数增加，人工成本投入较大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种尿素水解制氨系统，本系统可实现智能化参数设定，可对制氨系统进行自动化精准控制，降低人工成本，避免误操作的风险。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种尿素水解制氨系统，包括尿素溶解系统和尿素水解系统，所述尿素溶解系统包括溶解尿素颗粒的溶解罐和储存尿素溶液的储罐，尿素水解系统包括水解尿素溶液的水解器，所述溶解罐内设有搅拌器和第一液位计，顶部的排气孔设有排风扇；溶解罐的进料口通过尿素颗粒进口阀与卸料罐车相连通；溶解罐的进水口通过溶解罐进水阀连接疏水泵，疏水泵连接在储存有除盐水的水箱上；溶解罐上还通过密度计连通再循环阀，再循环阀连通储罐进液口处设置的储罐入口阀；溶解罐的排液口连接有溶解泵，溶解泵通过溶解泵出口阀连接储罐入口阀；所述溶解罐上还设有冲洗机构；

所述储罐的排液口通过尿素溶液控制阀门组连通在所述水解器的进液口，水解器的进液口还通过除盐水进口阀连通在所述水箱上；水解器的回流口通过液相回流阀连通储罐，排污口连通外部的排污管线；水解器顶部的排氨出口通过氨蒸汽出口调节阀连接氨气脱硝机构；所述水解器内设有温度传感器、压力传感器和第二液位计，蒸汽进口处通过蒸汽调节阀门组连通蒸汽供给机构。

优选地，所述冲洗机构包括冲洗阀，与疏水泵相连的冲洗阀连接在溶解泵和溶解泵出口阀之间。

优选地，所述尿素溶液控制阀门组包括入口关断阀和进口调节阀，储罐的排液口依次通过入口关断阀、进口调节阀连通水解器的进液口。

优选地，所述蒸汽调节阀门组包括蒸汽进口调节阀和蒸汽进口阀，水解器蒸汽进口处依次通过蒸汽进口调节阀、蒸汽进口阀连通蒸汽供给机构。

相应的，本发明还提出了尿素水解制氨系统的控制方法，包括尿素溶解控制和尿素水解控制。

其中，所述尿素溶解控制具体包括启动作业、补水作业、配液作业、输送作业、冲洗作业；

所述启动作业：关闭水解器除盐水进口阀、溶解罐进水阀、溶解泵出口阀、冲洗阀、回流阀；

所述补水作业：当溶解罐内第一液位计检测出液位小于低液位阈值时，打开溶解罐进水阀，并启动疏水泵进行补水，直到液位大于低液位阈值时，停止疏水泵运行并关闭溶解罐进水阀；补水完成即系统监测到疏水泵停止和溶解罐进水阀关闭信号后，启动搅拌器，打开再循环阀，进行搅拌溶解操作；

所述配液作业：系统控制溶解罐上的排气扇动作，开启尿素颗粒进口阀，打开卸料罐车的卸料阀；尿素溶液通过溶解泵，再依次经过再循环阀、密度计打入溶解罐，溶解持续该循环过程，至到溶解罐内液位大于高液位阈值，且溶液密度大于目标密度后，尿素溶液循环一定时间，卸料完成，关闭对应阀门；

所述输送作业：搅拌溶解操作完成后，打开储罐入口阀、溶解泵出口阀，关闭溶解罐的再循环阀，通过溶解泵动作往储罐内输送尿素溶液；当溶解罐液位小于低液位阈值，或者储罐液位大于高液位阈值时，关闭溶解泵，输送完毕；

所述冲洗作业：启动疏水泵，打开冲洗阀、溶解泵出口阀、储罐入口阀，关闭再循环阀，冲洗溶解罐到储罐的输送管道，冲洗后的溶解液直接打入储罐中；之后打开再循环阀，关闭储罐入口阀，冲洗溶解罐再循环管道，冲洗后的溶解液直接打入溶解罐，做为下次溶解时所需水；冲洗完毕后停止输水泵，关闭溶解罐的所有阀门。

所述尿素水解控制包括填料、预热、准备喷氨、喷氨过程，实现步骤具体包括：

1）关闭入口关断阀、液相回流阀、蒸汽进口阀，同时将蒸汽进口调节阀、进口调节阀、氨蒸汽出口调节阀都调置零位；

2）当第二液位计检测到水解器内液位大于设定阈值，系统将自动跳步到填充尿素溶液的填料过程；如果水解器内液位小于设定阈值，打开除盐水进口阀，水解器进行补充除盐水作业；直至水解器内液位大于设定阈值，系统将自动关闭除盐水进口阀；随后打开入口关断阀，同时将进口调节阀置位100%；当水解器液位大于上限值后关闭入口关断阀，同时将进口调节阀置位0%；

3）入口关断阀闭合后，如果水解器压力小于最低压力值,系统控制自动打开蒸汽进口阀，同时水解器选择温控模式，将蒸汽进口调节阀置为自动模式；阀位信号到位后，设定水解器温度值为40度，蒸汽进口调节阀自动开启进行加热调节，持续加热一段时间后，水解器不断升高设定温度并持续一段时间，持续此加热模式至到温度升至115度，维持一段时间后系统将自动进入压控模式；

4）进入压控模式后水解器持续生压，至到压力大于最大设定值后，水解器所有调节阀均置为自动模式，系统进入准备喷氨模式；

5）进入喷氨模式，系统将自动打开氨蒸汽出口调节阀、蒸汽进口调节阀、入口关断阀、进口调节阀，系统将压力设定值、液位设定值、氨蒸汽出口压力设定值调节为喷氨模式设定值，系统将根据设定值自动调整各个阀门开合程度。

本发明具有的有益效果为：

本发明的尿素水解制氨系统，通过系统精准调控各个阀门，实现尿素水解制氨智能化控制的操作，确保了尿素溶解以及尿素溶液水解系统的安全稳定运行。

本发明尿素水解制氨系统的智能化控制，确保了尿素溶解以及尿素溶液水解系统的安全稳定运行，进而实现从尿素输送、溶解，到尿素溶液储存，再到尿素溶液水解两个过程实现一键启停功能，通过智能化控制的参数设定，实现了精确控制，防止误操作的风险。节省了大量人力投入成本，减少了人员频繁操作引起的误操作风险，避免了人员就地操作时氨气中毒风险。

附图说明

图1为本发明的尿素溶解系统的示意图；

图2为本发明的尿素水解系统的示意图；

图3为本发明的尿素溶解控制系统的模型图；

图4为本发明的尿素水解控制系统的模型图。

具体实施方式

本发明提出了一种尿素水解制氨系统，包括尿素溶解系统和尿素水解系统，尿素溶解系统包括溶解尿素颗粒的溶解罐3和储存尿素溶液的储罐5，尿素水解系统包括水解尿素溶液的水解器6。

如图1所示，其中溶解罐3内设有搅拌器32和第一液位计34，顶部的排气孔设有排风扇33；溶解罐3的进料口通过尿素颗粒进口阀21与卸料罐车2相连通；溶解罐3的进水口通过溶解罐进水阀31连接疏水泵11，疏水泵11连接在储存有除盐水的水箱1上。水箱1的除盐水管道分为两路，一路进水解器6、一路到溶解罐3，每个支路都有相应的阀门，通过控制自动打开该支路阀门，对应管道输送除盐水。溶解罐3上还通过密度计35连通再循环阀36，再循环阀36连通储罐5进液口处设置的储罐入口阀51。溶解罐3的排液口连接有溶解泵4，溶解泵4分别通过溶解泵出口阀41连接储罐入口阀51和通过冲洗机构的冲洗阀42连接在疏水泵11上。

如图2所示，储罐5的排液口依次通过入口关断阀64、进口调节阀66连通在水解器6的进液口，水解器6的进液口还通过除盐水进口阀67连通在水箱1上。水解器6的回流口通过液相回流阀65连通储罐5，在水解器6内压力过高时进行泄压。其中水解器6压力大于1.05Mpa时自动打开液相回流阀65，回流口通过液相回流阀65连通储罐5进行水解器6泄压。排污口连通外部的排污管线。水解器6顶部的排氨出口通过氨蒸汽出口调节阀61连接氨气脱硝机构。水解器6内设有温度传感器、压力传感器和第二液位计，蒸汽进口处通过依次蒸汽进口调节阀62、蒸汽进口阀63连通蒸汽供给机构。

本发明的尿素水解制氨系统，通过系统精准调控各个阀门，实现尿素水解制氨智能化控制的操作，确保了尿素溶解以及尿素溶液水解系统的安全稳定运行。

相应的，如图3-4所示，本发明还提出了基于上述尿素水解制氨系统的控制方法，其包括尿素溶解控制和尿素水解控制。

尿素溶解控制包括手动模式、半自动模式和全自动模式，不同模式均包括启动作业、补水作业、配液作业、输送作业、冲洗作业等操作。其中尿素溶解系统可设置两套包括溶解罐3，泵体和储罐5的溶解装置，两套装置为独立配料系统，由一套系统控制步序。在系统运行前需选择对应溶解装置的溶解罐3，泵体和储罐5。

半自动模式作业时其中配液、输送、冲洗相互独立，可单独执行。

全自动模式时，从停止至输送步序，只需人为触发启动按钮，选择需要的溶解罐3、选择向需要的储罐5输送尿素溶液，溶液输送完毕自动清洗。进而实现从尿素输送、溶解，到尿素溶液储存，再到尿素溶液水解两个过程实现一键启停功能，通过智能化控制的参数设定，实现了精确控制，防止误操作的风险。节省了大量人力投入成本，减少了人员频繁操作引起的误操作风险，避免了人员就地操作时氨气中毒风险。

其中启动作业：关闭水解器6上的除盐水进口阀67、溶解罐进水阀31、溶解泵出口阀41、冲洗阀42、回流阀65；

补水作业：系统判断出所有阀位信号正常后，当溶解罐3内第一液位计34检测出液位小于低液位阈值1400mm时，打开溶解罐进水阀31，并启动疏水泵11进行补水；直到液位大于低液位阈值1400mm时，停止疏水泵11运行并关闭溶解罐进水阀31；补水完成即系统监测到疏水泵11停止和溶解罐进水阀31关闭信号后，启动搅拌器32，打开再循环阀36，进行搅拌溶解操作。监测到搅拌器32运行信号和再循环阀36开启信号，一段时间后系统启动该溶解泵4并打开溶解泵出口阀41，系统提示可卸尿素。

配液作业：系统控制溶解罐3上的排气扇动作，此时具备配液条件，开启尿素颗粒进口阀21，打开卸料罐车2的卸料阀。卸料罐车2物料导入溶解罐3中，此输料过程需要持续40分钟。物料进入溶解罐3后，尿素溶液通过溶解泵4，再依次经过再循环阀36、密度计35打入溶解罐3，溶解操作持续该循环过程，至到溶解罐内液位大于高液位阈值，且溶液密度大于目标密度1140kg/m³后，尿素溶液循环120秒，即卸料完成。

输送作业：搅拌溶解操作完成后，打开储罐入口阀51、溶解泵出口阀41，关闭溶解罐3的再循环阀36，通过溶解泵4动作往储罐5内输送尿素溶液；当溶解罐3液位小于低液位阈值，或者储罐5液位大于高液位阈值时，关闭溶解泵4，显示输送完毕，此过程如遇到紧急情况可以手动停止溶解泵4。

冲洗作业：输送完毕后自动启动疏水泵11，打开冲洗阀42、溶解泵出口阀41、储罐入口阀51，关闭再循环阀36，，此过程持续5分钟，可有效冲洗溶解罐3到储罐5的输送管道。冲洗后的溶解液直接打入储罐5，因为储罐5储量较大，不影响溶解后的尿素溶液.5分钟过后打开再循环阀36，关闭储罐5入口阀51，此过程持续10分钟，可对溶解罐3再循环管道进行冲洗。冲洗后的溶解液直接打入溶解罐3，做为下次溶解时所需水。冲洗完毕后停止输水泵，关闭溶解罐3的所有阀门。

至此尿素溶解输送已全部完成，也可以在半自动、手动模式下进行，只需操作人员点击相应按钮即可完成各步序。

本发明中尿素水解控制所对应的尿素水解系统由3个水解器组成，对水解器控制逻辑进行优化，实现冷态、热态启动，以及过程控制的智能操作运行。

尿素水解控制在自动控制操作模式下，只需操作员按下启动按钮，控制系统在没有操作员介入的状况下使水解系统自动填料、预热、准备喷氨、喷氨过程。操作步骤具体包括：

1）关闭输送尿素溶液的入口关断阀64、液相回流阀65、蒸汽进口阀63，同时将蒸汽进口调节阀62、尿素溶液进口调节阀66、氨蒸汽出口调节阀61都调置零位，且打手动模式。

2）阀门信号到位后，当第二液位计检测到水解器6内液位大于0.51m，系统将自动跳步到填充尿素溶液的填料过程。

如果水解器6内液位小于0.51m，自动打开除盐水进口阀67，水解器6进行补充除盐水作业；直至水解器6内液位大于0.51m，系统将自动关闭除盐水进口阀67。随后打开入口关断阀64，同时将尿素进口调节阀66置位100%；当水解器6液位大于0.85m后，关闭尿素溶液入口关断阀64，同时将尿素溶液进口调节阀66置位0%。

3）尿素溶液入口关断阀64闭合，调节阀信号到位后，如果水解器6压力小于0.3Mpa,系统控制自动打开蒸汽进口阀63，同时水解器6选择温控模式，将蒸汽进口调节阀62置为自动模式。

阀位信号到位后，设定水解器6温度值为40度，蒸汽进口调节阀62自动开启进行加热调节，5分钟后设定温度自动定置到70度，持续加热5分钟后，至到温度升至115度，维持10分钟后，系统将自动进入压控模式，压力设定值为0.3Mpa，此后系统将进入到准备喷氨模式。

4）进入压控模式后水解器6持续生压，至到压力大于0.55Mpa后，水解器6所有调节阀均置为自动模式，系统进入准备喷氨模式。

5）进入喷氨模式，系统将自动打开氨蒸汽出口调节阀61、蒸汽进口调节阀62、入口关断阀64、进口调节阀66，系统将压力自动设置为0.55Mpa，液位设置为0.85m，氨蒸汽出口压力设置为0.35Mpa。系统将根据设定值自动调整各个阀门开合程度。

同时，系统为防止运行时出现紧急情况，设置有紧急停车和正常停车按钮，一旦出现危机情况，操作人员可以手动触发按钮，对水解器6进行安全保护。

此外尿素水解控制也可以在半自动、手动模式下进行，只需操作人员点击相应按钮即可完成各步序。

本发明尿素水解制氨系统的智能化控制，确保了尿素溶解以及尿素溶液水解系统的安全稳定运行，解决了运行人员频繁操作的安全风险，节省大量的人力，节约了成本。通过智能化模块参数设定，实现了精确控制，防止误操作的风险，防止人员现场中毒的安全风险。

Claims (7)

1.一种尿素水解制氨系统，包括尿素溶解系统和尿素水解系统，所述尿素溶解系统包括溶解尿素颗粒的溶解罐和储存尿素溶液的储罐，尿素水解系统包括水解尿素溶液的水解器，其特征在于：所述溶解罐内设有搅拌器和第一液位计，顶部的排气孔设有排风扇；溶解罐的进料口通过尿素颗粒进口阀与卸料罐车相连通；溶解罐的进水口通过溶解罐进水阀连接疏水泵，疏水泵连接在储存有除盐水的水箱上；溶解罐上还通过密度计连通再循环阀，再循环阀连通储罐进液口处设置的储罐入口阀；溶解罐的排液口连接有溶解泵，溶解泵通过溶解泵出口阀连接储罐入口阀；所述溶解罐上还设有冲洗机构；

所述储罐的排液口通过尿素溶液控制阀门组连通在所述水解器的进液口，水解器的进液口还通过除盐水进口阀连通在所述水箱上；水解器的回流口通过液相回流阀连通储罐，排污口连通外部的排污管线；水解器顶部的排氨出口通过氨蒸汽出口调节阀连接氨气脱硝机构；所述水解器内设有温度传感器、压力传感器和第二液位计，蒸汽进口处通过蒸汽调节阀门组连通蒸汽供给机构。

2.根据权利要求1所述的尿素水解制氨系统，其特征在于：所述冲洗机构包括冲洗阀，与疏水泵相连的冲洗阀连接在溶解泵和溶解泵出口阀之间。

3.根据权利要求2所述的尿素水解制氨系统，其特征在于：所述尿素溶液控制阀门组包括入口关断阀和进口调节阀，储罐的排液口依次通过入口关断阀、进口调节阀连通水解器的进液口。

4.根据权利要求3所述的尿素水解制氨系统，其特征在于：所述蒸汽调节阀门组包括蒸汽进口调节阀和蒸汽进口阀，水解器蒸汽进口处依次通过蒸汽进口调节阀、蒸汽进口阀连通蒸汽供给机构。

5.根据权利要求4所述的尿素水解制氨系统的控制方法，其特征在于：包括尿素溶解控制和尿素水解控制。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述尿素溶解控制具体包括启动作业、补水作业、配液作业、输送作业、冲洗作业；其中，

所述启动作业：关闭水解器除盐水进口阀、溶解罐进水阀、溶解泵出口阀、冲洗阀、回流阀；

所述补水作业：当溶解罐内第一液位计检测出液位小于低液位阈值时，打开溶解罐进水阀，并启动疏水泵进行补水，直到液位大于低液位阈值时，停止疏水泵运行并关闭溶解罐进水阀；补水完成即系统监测到疏水泵停止和溶解罐进水阀关闭信号后，启动搅拌器，打开再循环阀，进行搅拌溶解操作；

所述配液作业：系统控制溶解罐上的排气扇动作，开启尿素颗粒进口阀，打开卸料罐车的卸料阀；尿素溶液通过溶解泵，再依次经过再循环阀、密度计打入溶解罐，溶解持续该循环过程，至到溶解罐内液位大于高液位阈值，且溶液密度大于目标密度后，尿素溶液循环一定时间，卸料完成，关闭对应阀门；

所述输送作业：搅拌溶解操作完成后，打开储罐入口阀、溶解泵出口阀，关闭溶解罐的再循环阀，通过溶解泵动作往储罐内输送尿素溶液；当溶解罐液位小于低液位阈值，或者储罐液位大于高液位阈值时，关闭溶解泵，输送完毕；

所述冲洗作业：启动疏水泵，打开冲洗阀、溶解泵出口阀、储罐入口阀，关闭再循环阀，冲洗溶解罐到储罐的输送管道，冲洗后的溶解液直接打入储罐中；之后打开再循环阀，关闭储罐入口阀，冲洗溶解罐再循环管道，冲洗后的溶解液直接打入溶解罐，做为下次溶解时所需水；冲洗完毕后停止输水泵，关闭溶解罐的所有阀门。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述尿素水解控制包括填料、预热、准备喷氨、喷氨过程，实现步骤具体包括：

关闭入口关断阀、液相回流阀、蒸汽进口阀，同时将蒸汽进口调节阀、进口调节阀、氨蒸汽出口调节阀都调置零位；

当第二液位计检测到水解器内液位大于设定阈值，系统将自动跳步到填充尿素溶液的填料过程；如果水解器内液位小于设定阈值，打开除盐水进口阀，水解器进行补充除盐水作业；直至水解器内液位大于设定阈值，系统将自动关闭除盐水进口阀；随后打开入口关断阀，同时将进口调节阀置位100%；当水解器液位大于上限值后关闭入口关断阀，同时将进口调节阀置位0%；

入口关断阀闭合后，如果水解器压力小于最低压力值,系统控制自动打开蒸汽进口阀，同时水解器选择温控模式，将蒸汽进口调节阀置为自动模式；阀位信号到位后，设定水解器温度值为40度，蒸汽进口调节阀自动开启进行加热调节，持续加热一段时间后，水解器不断升高设定温度并持续一段时间，持续此加热模式至到温度升至115度，维持一段时间后系统将自动进入压控模式；

进入压控模式后水解器持续生压，至到压力大于最大设定值后，水解器所有调节阀均置为自动模式，系统进入准备喷氨模式；

进入喷氨模式，系统将自动打开氨蒸汽出口调节阀、蒸汽进口调节阀、入口关断阀、进口调节阀，系统将压力设定值、液位设定值、氨蒸汽出口压力设定值调节为喷氨模式设定值，系统将根据设定值自动调整各个阀门开合程度。

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