【正文】 能力為1000萬t/a，只占我國合成氨總能力的1/4左右，因此可以說我國氮肥工業(yè)主要是依靠自力更生建設起來的。由于受反應平衡的影響,混合氣不可能全部轉化為氨。由于受反應平衡的影響,混合氣不可能全部轉化為氨。對我國合成氨現(xiàn)有生產技術有了大概了解。生產過程要求合成效率高，系統(tǒng)穩(wěn)定，能源和原料利用率高，觸媒壽命要長。下面介紹三種基本的反饋控制模式：比例控制（P）、比例積分控制(PI) 、比例積分微分控制（PID）。 （22）理想比例控制器的輸出特性對于控制器的輸出沒有物理限制，而實際的控制器是具有物理限制的，當輸出達到上限或者下限，控制器就飽和了。純比例控制器有一個缺點就是當設定值改變后總是存在一定的余差。2. 比例積分控制作用 積分作用的輸出是誤差相當于時間的積分，如式（23）所示。偏差不為零時，偏差積分后使控制器的輸出向上或向下變化。增加了比例作用后，控制器對偏差變化的響應迅速很多。同時積分作用會引起的相角滯后，從而使系統(tǒng)的動態(tài)性能惡化。理想的微分控制作用如式（26）所示。一個理想的PID控制器可用式(27)所示。微分作用通過提供超前作用使得被控過程趨于穩(wěn)定，因此它常用來抵消積分作用帶來的不穩(wěn)定趨勢，同時微分作用也能減小過渡過程時間，從而改善被控變量的動態(tài)響應。另外對于純滯后過程，由于在純滯后階段，微分作用為零，所以附加微分作用對純滯后是不起作用的。在PID調節(jié)作用下，對誤差信號分別進行了比例、積分、微分運算，三個作用分量之和作為控制信號輸出給被控對象。 （210）式中：為比例增益，為積分增益，為微分增益。設采樣周期為T，按模擬PID控制算法的算式，以一系列的采樣時刻點kT代替連續(xù)時間t，以和式代替積分，以增量代替微分，采樣周期T必須足夠短，上述離散過程才能保證有足夠的精度。由于控制器的輸出直接去控制執(zhí)行機構(如閥門)，的值和執(zhí)行機構的位置(如閥門開度)是一一對應的，所以通常式(211)或(212)稱為位置式PID控制算法。 (213)用式(212)減去(213)得式（214）。對應閥門實際位置的控制量，可通過式（215）計算出來[7]。(3)算式中不需要累加，控制增量的確定僅與最近三次的采樣值有關，所以較容易通過加權處理而獲得較好的控制效果[8]?！安蛔冃浴笔侵缚刂葡到y(tǒng)的被控變量不受擾動變量變化的影響。不變性的定義如式（216）所示。誤差不變性 誤差不變性又稱不變性，是指在擾動的作用下，被控變量的波動小于一個很小的值，如式（217）所示。這種誤差不變性系統(tǒng)由于滿足工程領域的實際要求，獲得了迅速的發(fā)展和廣泛的應用?；诓蛔冃栽斫M成的自動控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)，它實際上是根據不變性原理對干擾進行補償?shù)囊环N開環(huán)控制系統(tǒng)。前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng) 反饋控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，而前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。前饋控制采用的是由對象特性確定的“專用”控制器 一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用的PID控制器，而前饋控制器是專用控制器，對于不同的對象特性，前饋控制器的形式將是不同的。因而一般僅選擇幾個主要干擾加前饋控制。尤其當綜合得到的前饋控制算式中包含有純超前環(huán)節(jié)或純微分環(huán)節(jié)時，在物理上是不能實現(xiàn)的。(1)系統(tǒng)中存在幅度大，頻率高且可測的干擾，該干擾對被控參數(shù)影響顯著，反饋控制難以克服，而工藝上對被控參數(shù)又要求十分嚴格，這時可引入前饋控制來改善系統(tǒng)的質量。這時只有當對控制質量要求較高時，才有必要引入前饋控制。為了解決前饋控制的這一局限性，在工程上往往將前饋與反饋結合起來應用，構成前饋反饋控制系統(tǒng)。(2)從反饋控制角度，由于前饋控制的存在，對干擾作了及時的粗調作用，大大減小了反饋控制的負擔。第二個測量點應該比被控變量更快感知到干擾的影響，這樣才能在干擾對被控變量產生很大的影響之前通過第二個反饋回路迅速克服干擾的影響。副變量：被控制過程中引入的中間變量。副控制器:接受的是副變量的偏差，其輸出去操縱閥門。兩個控制器都具有各自的測量輸入，但只有主控制器具有自己獨立的設定值，只有副控制器的輸出信號送給執(zhí)行器，這樣組成的系統(tǒng)稱為串級控制系統(tǒng)。(1) 副回路具有快速調節(jié)作用，能有效克服發(fā)生與副回路的干擾影響(2) 串級系統(tǒng)對副對象和控制閥特性的變化具有較好的魯棒性副回路具有較高的增益時，副回路前向通道（這里主要是指控制閥和副對象）特性的變化不大會影響副回路等效環(huán)節(jié)的特性。 主回路對副回路反饋通道特性的變化沒有魯棒性。反應后，氫氮混合氣不能全部轉化成氨，必須將其中的氨進行分離，剩下的氫氮混合氣由循環(huán)壓縮機（以下簡稱循環(huán)機）補充壓力后（在用活塞式循環(huán)機時，仍然應除油），與壓縮機送來的新鮮氣混合，再次進行合成，如此連續(xù)循環(huán)操作。對于氨合成生產流程綜合考慮（諸如壓縮氮氫混合氣和循環(huán)氣的功率消耗，壓縮機的軸馬力、效率和轉速，以及氨合成反應速度、轉化率、產品分離和熱量利用等各方面的因素），普遍的趨向具有以下特點：。此外，要使生產向大型化發(fā)展，必須進一步注意到流程的合理性，諸如對惰性氣的放空、循環(huán)氣中的氨含量等等，都要采取相應措施。因此，在新的氨合成流程中，都設有反應熱的回收裝置。下面介紹比較典型的兩次分離液氨產品的流程，氨在兩個部位—水冷器和氨冷器中回收。屬于這類兩次分離產品方案的流程，單系列容量最高的已達到1500噸/每天，在采用離心式循環(huán)壓縮機的大型合成氨廠中，由于離心式循環(huán)壓縮機不用油潤滑，沒有油污污染合成氣的危險。這種流程的優(yōu)點是：只需要對全部氨被分離以后的氣體進行壓縮，因而可以節(jié)省循環(huán)機用功。而后氣體進冷凝塔的上部熱交換器與分離液氨后的低溫循環(huán)氣換熱降溫，經氨冷器冷卻到0～8℃，使氣體中絕大部分氨冷凝下來，在氨冷凝塔的下部將氣液分開。氨合成塔包括包括兩個主要部分：高壓外筒和內件。(2)操作上便于調劑控制。為了保證上述工藝條件的實現(xiàn)，當然在機械結構上必須做到堅固，可靠，便于運輸，拆卸和檢修等等。根據催化劑床層和換熱管內氣流方向間相對關系的不同，此種結構通常又可分為逆流式及并流式兩種：逆流式的以逆流單管型為代表；并流式的原來都是以雙套管型為典型，但是從溫度發(fā)布及傳熱結構來看，實際上雙套管型是屬于此兩種結構的混合，而后來發(fā)展的三套管及并流單管型才純屬于并流式。2. 間斷換熱式內件結構這種形式的內件結構通常都將催化劑床層分成約3—6層，借催化劑各層間的換熱調節(jié)催化劑床層的溫度。(1)多層冷激式 多層冷激式合成塔的結構如圖32所示?？刂品磻獨怏w溫度用的冷激氣由頂部球形封頭上的接管進入，經直管到環(huán)形管，再從環(huán)形管的孔眼中噴出。中心孔底下有分布板，其作用是使通過中心孔的氣體沿整個催化劑床層截面重新分布。生產時可控制第一層催化劑床的進口溫度。下面分別介紹各工藝條件的選擇。對反應速度及反應平衡來說，最好的氫氮比幾乎都與3:1有些微偏離。當使用新的高效催化劑，而其生產能力又較為富裕時，往往會出現(xiàn)一些問題。循環(huán)氣中的惰性氣含量和很多因素有關，最主要的是新鮮氫氮混合氣中的惰性氣含量、排放量，以及合成系統(tǒng)的工作壓力等。另外，也可以利用改變惰性氣含量以改變催化劑床層的溫度分布。為了減少排放時對有效氣體的損失，應該將排放位置選擇在惰性氣體高、而氨含量最小的地方。4）循環(huán)氣中的氨含量循環(huán)氣中氨含量的水平，取決于分離系統(tǒng)的效率。2. 催化劑的負荷及耐熱性氨合成催化劑即使在很純的氫氮混合氣體下工作，隨著使用時間的延長，其活性也會逐漸衰退，這主要是鐵的微晶逐漸再結晶長大的結果，再結晶的速度與溫度和催化劑的品種有關。因此，必須人為地規(guī)定允許的催化劑工作溫度上限；而且，對于新催化劑，則應盡量規(guī)定得低一些，以后隨著使用時間的延續(xù)可逐漸提高，以利于延長催化劑的活性壽命。因此，能耐熱的催化劑也是能抗含氧物中毒的，因此耐熱試驗的結果，也能指導耐含氧毒物的品種選擇。這種輕易提高溫度的做法，對催化劑壽命是有害的。分層的對象，可以包括不同品種，粒度和還原條件（預還原或未還原）的催化劑。對給定的合成塔內件結構，選擇合適的催化劑粒度十分重要。從以上各點出發(fā)，似乎可以得出結論：采用較小的粒度是合適的；但是，在另一方面，用較大的粒度填充，床層的壓降可以較小。在同一合成塔中進行分層裝填時，應該考慮到內擴散影響是隨著氨含量的增高和溫度的降低而減弱的這一特性，即在床層下半部可以照顧阻力而裝填較大的顆粒；在前面反應速度快、溫度迅速升高的部位，內擴散抑制是主要矛盾，則應盡量采用較小的粒度[但在進口端一則毒物含量較高，低溫時（425～450℃）小粒度催化劑對毒物的敏感性較大，同時因進口端得溫度低，所以雖然氨含量很低，但擴散抑制作用還是較小，故建議在進口處一小段不要采用過小的粒度]。還原時的升溫，一般可分為幾個階段：第一階段，將熱點溫度升至催化劑的起始還原溫度（各種不同的催化劑具有不同的起始還原溫度）。而熱點與進口端的溫差，是由壓力和空速控制的，一般還原時熱點的溫度不希望超過正常操作時的最高限度。此時操作壓力應較正常生產時略低，溫度也不應拉得過高，維持足夠時間，對發(fā)揮催化劑活性有很大好處，否則操之過急，很快加負荷，容易使催化劑活性衰退?？账僮銐虼髸r，壓力和氣體組分對于催化劑的還原影響是不大的，但是還必須照顧到氣體線速度的影響，要保證一定的線速度，使催化劑同一平面上得到相同的還原程度，而且及時將水蒸氣帶出，因此一般還原時壓力不宜過高。其氧化程度小于10%，因而要再用時，可以方便地再活化。在生產中如合成塔內件發(fā)生故障時，而催化劑尚具有良好的活性，則可以將催化劑先進行鈍化，然后從催化劑筐取出，修復內件后再裝填使用。在大多數(shù)合成塔內件結構比較復雜，不能利用人孔直接卸出催化劑的場合，也可以利用真空提取裝置通過頂蓋卸出催化劑，但必須有充足的氮氣來加以保護，防止空氣進入而造成過熱。同時，由于反應是放熱的，因此可以利用反應熱本身來加熱反應氣體至入口溫度水平。中型合成氨廠廣為采用的“三套管”式合成塔，其上部是催化劑床層，床內用三重套管作冷管，來移去反應熱：下部是分成兩段的換熱器。在催化劑床層中，先經過絕熱層，氣體溫度單值地升高；再是冷管冷卻層，使反應熱不斷地移去，床層溫度經過一最高點即“熱點”以后，逐漸下降，并盡可能接近于最適宜溫度分布，最后出催化劑床層。第三章分析了氨合成系統(tǒng)的工藝流程和對象特性，下面分析影響床層溫度的主要干擾因素。有關資料介紹,經動態(tài)測試此溫度每變化3時,塔內催化劑層溫度出現(xiàn)最大偏差,熱點可達15。2. 負荷影響一般中小型合成氨廠的開停機,加減量機會多,干擾影響比較大,干擾的階躍特征明顯。3. 循環(huán)量變化循環(huán)量實際是一種調節(jié)手段,而不是一種干擾；但是因其他原因改變循環(huán)量,也會對系統(tǒng)造成干擾。手動操作中,手動近路閥是動作十分頻繁的操作手段。本文以三套管式氨合成塔為對象進行分析研究。由控制系統(tǒng)原理圖可知，當干擾如負荷出現(xiàn)擾動，使得原來的穩(wěn)態(tài)遭到破壞，熱點溫度偏離穩(wěn)態(tài)值。PID調節(jié)原理簡單、易于整定、使用方便；PID調節(jié)可用于補償系統(tǒng)使之達到大多數(shù)品質指標的要求。因此，即使在已用得到數(shù)學模型的情況下，仍希望通過實驗測定法加以驗證。從控制角度看檢測點的選擇應為變化靈敏，對控制能提供正確的信息?？紤]實際控制的需要，有必要探求簡單而又切實可行的控制模型，從已獲得的動態(tài)響應曲線出發(fā)，對一次副線流量通道，對建議的檢測點位置可采用的結構形式作為其簡化控制模型[12]。 (41)對傳遞函數(shù)進行整理，得到二階傳遞函數(shù)如(42)所示。編程時應分別在OB100和OB35 中調用FB41。在FB100的變量生命表中生成輸入變量、輸出變量、靜態(tài)變量以及臨時變量。Newwork：SET SAVE = L A COM_RST JCN M001 L INV //plete restart routine T OUTV //write output data T sRueck1 //write static data T sRueck2 T sRueck3 JU M002M001: L CYCLE //cycle mode routine DTR //transform data type T rCycle L TM_LAG1 DTR T rTmLag1 L TM_LAG2 DTR T rTmLag2 L TM_LAG3 DTR T rTmLag3 L rCycle //limit TM_LAG1 L *R L rTmLag1 TAK R JCN M003 L rCycle //limit TM_LAG2 L *R T rTmLag1M003: L rCycle L *R L 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