【文章內容簡介】 小型裝置硬件水平低，設備與儀表缺乏維護與保養(yǎng)，可靠性差，生產不穩(wěn)定，增加了自動化控制軟件的投運難度。 連續(xù)冷管換熱式氨合成塔由于全塔只有一個熱點，不存在段間耦合，控制復雜度較小，因此有部分此類氨合成塔溫度實現了自動控制，其控制方案主要有：串級PD控制、前饋反饋控制、分程控制和增益調度控制等。但這些控制方案難以推廣到多段冷激式氨合成塔上，主要原因在于：①氨合成塔溫度控制回路是一個大慣性、大純滯后系統，PD控制器在這類系統中應用效果不佳。②沒有考慮多段冷激式氨合成塔內部各段溫度之間的耦合作用。③對氨合成塔床層溫度的影響因素考慮不夠全面。 根據多段冷激式氨合成塔 工藝特點，設計全塔溫度先進控制方案：[9] ①階梯式廣義預測控制器對于大慣性、大純滯后、強干擾工業(yè)過程對象應用效果好。使用它代替PD控制器，在氨合成塔床層溫度控制上會取得良好的控制效果。②充分考慮四段床層溫度之間的耦合作用，將每段熱點溫度作為下一段熱點溫度控制回路的前饋。③一段床層溫度是全塔溫度控制的關鍵，采用選擇控制方案，對冷副熱氣閥、冷副冷氣閥、循環(huán)近路閥分別設計GPC（generalized predictive control）控制器，選擇按控制順序的要求判斷并選擇當前控制器和控制閥。④充分考慮影響合成塔床層溫度的外部因素，分析他們對各段溫度影響的強弱，對一段溫度引入操作壓力、入塔氣體溫度、循環(huán)氫、氨冷溫度前饋，消除這些因素對床層溫度的影響，穩(wěn)定一段溫度，在一段溫度穩(wěn)定的前提下，二、三、四段只需引入操作壓力和循環(huán)前饋，保證床層溫度能夠應對負荷大幅度加量或減量即可。四段冷激式氨合成塔溫度先進控制方案如圖3所示：圖3 四段冷激式氨合成塔溫度先進控制方案對于一個反應前后系數不相等的化學反應來說，壓力在整個反應過程中起著非常重要的作用。合成氨反應是一個氣體體積縮小的反應，在反應過程中，依據化學平衡的基本規(guī)律，增加反應物的量能使氣體向氣體體積縮小的方向移動，使生成物的量加大。由于壓縮機型式、操作壓力、氨分離析冷凝級數、熱能回收形式以及各部分相對位置差異，氨合成工藝流程也不相同。操作壓力在6001000 MPa稱高壓法，在2040MPa稱中壓法。1020 MPa稱為低壓法。中壓法氨合成的工藝流程，在技術和經濟上都比較優(yōu)越，因此目前國內外普遍采用中壓法，在一定空速下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值（合成塔出入口氨含量之差）越高，合成塔的生產能力也就越大。氨合成系統的能量消耗主要包括原料氣壓縮，循環(huán)氣壓縮功和氨分離的冷凍功。實踐證明，操作壓力在32 MPa左右總能量消耗比較低。[10] 可以可以作氨合成催化劑的物質很多，如鐵、鉑、錳、鎢和鈾等。但由于以鐵為主體的催化劑具有原料來原廣，價格低廉，在低溫下有較好的活性抗毒能力強，使用壽命長等優(yōu)點 、廣泛采用。鐵催化劑在還原之前，以鐵的氧化物狀態(tài)存在。其主要成分是三氧化二鐵(Fe2O3）和氧化亞鐵(FeO)。此外，催化劑中還加入各種促進劑。促進劑又稱助催化劑，它本身沒有催化活性，但加入催化劑 中，可改善催化劑的物理結構，從而提高催化劑的活性。合成氨鐵催化劑中，普遍采用的促進劑有三氧化二鋁(A12O3)、氧化鉀(K2O)和氧化鈣(CaO)等。 為了使合成氨系統在短時間內投入生產，將鐵催化劑在合成塔外預先進行還原，即所謂催化劑的預還原。 催化劑中氧化鐵不能加速氨合成反應速度，必需將其還原成活潑的鐵，才具有催化活性，常用還原方法是將制成的催化劑裝在合成塔內通入氫氮混合氣，使催化劑中的氧化鐵被氫氣還原成金屬鐵。FeO+H2+Fe+H2OQFe2O3+3H2=2Fe+2H2OQ催化劑的還原程度用還原前催化劑中鐵的氧化物被還原的百分率表示稱還原度。還原后的活性鐵遇到空氣會發(fā)生強烈的氧化反應，放出的熱量能使催化劑燒結失去活性。 ~1MPa，溫度降到50~80度，~%. 　催化劑的催化能力一般稱為催化活性。有人認為：由于催化劑在反應前后的化學性質和質量不變，一旦制成一批催化劑之后，便可以永遠使用下去。實際上許多催化劑在使用過程中，其活性從小到大，逐漸達到正常水平，這就是催化劑的成熟期。接著，催化劑活性在一段時間里保持穩(wěn)定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用?；钚员３址€(wěn)定的時間即為催化劑的壽命，其長短因催化劑的制備方法和使用條件而異。催化劑在穩(wěn)定活性期間，往往因接觸少量的雜質而使活性明顯下降甚至被破壞，這種現象稱為催化劑的中毒。一般認為是由于催化劑表面的活性中心被雜質占據而引起中毒。中毒分為暫時性中毒和永久性中毒兩種。對于合成氨反應中的鐵催化劑，進入合成塔的新鮮混合氣，含有微量的有毒氣體，OCO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時，催化劑的活性又能恢復，因此這種中毒是暫時性中毒。相反，含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒后，往往完全失去活性，這時即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理，活性也很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。工業(yè)上為了防止催化劑中毒，要把反應物原料加以凈化，以除去毒物，這樣就要增加設備，提高成本。因此，在合成氨的工藝分析過程中，要嚴格控制催化劑的使用。[14]6．合成氨的危險分析安全防護的首要任務是做好危險識別，分析在合成氨的過程當中存在哪些危險因素，哪些突發(fā)事故，從而做出防范與應急措施。[12]環(huán)境風險識別一般可分為三個部分：（1）化學品風險識別；（2）生產工藝和設施風險識別；（3）重大危險源識別。對于合成氨過程中涉及的化學品（含化工原輔料、中間產品、最終產品及“三廢”），需進行物質危險性判定。物質危險性包括物質的毒性和火災、爆炸危險性。氨《劇毒化學品目錄》（2002年版）對化學品進行急性毒性分級，名錄中無規(guī)定的按《化學品安全標簽編寫規(guī)定》（GB152581999）判定。按化學品的閃點、爆炸極限、火災危險性等物化特性，對照《危險化學品名錄》（2002版），對化學品進行化學燃爆特性的分類。由此確定一氧化碳、甲烷、甲醇為本項目主要的易燃品，液氨為本項目的主要毒害化學品?；どa過程大都在高溫高壓條件下進行，加上介質的特殊化學特性，大都具有易燃、易爆、毒性等危險，事故的多發(fā)性和嚴重性是化學工業(yè)獨有的特點，因此對于化工生產過程設施風險識別顯得非常重要。在實施評價時，可按《固有危險度評價取值表》中規(guī)定的物質、容量、溫度、壓力操作、管道長度和閥門數量等參數進行賦值和計算，求出危險單元的固有危險度，確定危險等級：高度危險（Ⅰ級）、中度危險（Ⅱ級）、低度危險（Ⅲ級）。從固有危險度Ⅰ級的單元中進一步分析判斷，篩選出重大危險源。重大危險源的識別是根據《建設項目環(huán)境風險評價技術導則》（HJ／T1692004）附錄A《重大危險源辨識》中有關危險物質的定義和危險物質在生產場所和儲存場所臨界量來進行篩選。 近年來，氨設施發(fā)生事故及造成的危害列于榜首【10】，統計資料表明同行業(yè)氨氣發(fā)生事故的概率一般在110﹣5次／a。因此，企業(yè)加強生產過程、生產設備、生產人員的管理，提高業(yè)務素質和風險防范意識，以減少事故發(fā)生概率。措施之一是提高事故處理反應能力，減少事故排放時間；其二是進一步完善液氨儲罐區(qū)的噴淋系統，事故發(fā)生后污染物的擴散量可減少70％左右，減小下風向半致死濃度影響范圍，降低事故風險值。廠區(qū)應設有事故池，一旦甲醇、液氨等發(fā)生火災或泄漏，吸收或消防產生廢水直接排放會造成二次污染事故，必須首先匯入應急反應池，待處理達標后方可排放。應急反應池容量不得小于消防用水量，否則化學品隨消防用水泄入水體，將造成重大污染事故。企業(yè)必須在平時擬定應急預案，以應對可能發(fā)生的有毒化學品事故，一旦發(fā)生事故，即可以在有充分準備的情況下，對事故進行緊急處理?；瘜W工業(yè)風險事故的應急計劃包括應急狀態(tài)分類，應急計劃區(qū)和事故等級水平、應急防護、應急醫(yī)學處理等。7．合成氨工藝中的設備改進方案[11]增設布氣、集氣設施。這對變換爐第二、三層尤為重要，因為變換爐的通氣截面較大，容易產生急流和緩流，甚至產生死角，使觸媒不能充分發(fā)揮作用，所以有的化肥廠變換觸媒的利用率不高。為此，設法合理改變布氣、集氣方式，使氣體上下垂直均勻地通過觸媒層，加強對CO的轉化，提高觸媒利用率，并可增加處理氣量。在變換爐各段底部增設減阻器，減少觸媒層阻力。因為鋪設在底部在變換爐各段底部增設減阻器的鐵絲網孔跟本身就較小，觸媒又堵住一部分；加上生產過程觸媒粉化，氣體沖震粉粒下沉也會堵塞孔眼，使觸媒層阻力集中于此。故增設減阻器可減少阻力，使觸媒層壓差大大減小。增設觸媒筐底部減阻器，合成觸媒層的阻力也同樣集中在觸媒底部鐵絲網（花板）處。很多廠合成塔壓差大，通過對比試驗證明阻力主要來自觸媒筐底部孔板處（鐵網）。為此，增設減阻器或用從高壓機更換下來的廢舊小彈簧代替，能使合成塔的壓力差減少，而且簡便易行。增設氣液再分布器。近幾年很多廠家改上甲醇、脫碳、低變流程，使原料氣中的CO、ＣO2含量有不同程度的降低，減輕了精練負荷，減少銅液循環(huán)量。加上銅塔規(guī)格大小不一、填料種類多等因素及使用廠因擔心銅塔帶液，不同程度的有意少裝填料，造成銅塔壁流嚴重。致使部分銅液不能與原料氣充分接觸，洗滌能力不能很好的發(fā)揮。部分廠微量（CO+CO2含量）長期偏高，原料氣成分稍有波動或碳化調塔時，很容易造成微量跑高事故。故此增設氣、液再分布器，讓氣液充分接觸，提高銅液吸收能力，減少銅液循環(huán)量，降低了銅泵電耗。銅塔噴頭與填料層之間的距離，可由下法判別：在導液管口放一燈泡，使射出的光圈和銅塔相同處為宜。增設上排污口。再生器銅液出口在其中下部，由于銅液再生器內的溫度較高，若銅液內有異物及油污雜質，溫度高時容易上浮，而積存在液面上層，長期積存如此。即使趁檢修之際，將銅液全部放出也不容易帶出。因為銅液從再生器底部先排放，剩余的上浮異物便粘掛在器壁和管壁上。當開車補銅液時，又使壁上粘附的異物浮到再生器的液面上，覆蓋解吸表面，影響再生效果。因此，增設上排污口，在正常生產中可隨時排放上浮的異物，確保再生完全。改原人空孔為快開式插板，直接從此處加銅，并可去掉原話銅桶。取消原蒸汽盤管（或蒸汽夾套）或改為逆流降溫管，可將下加熱器溫度提高，再生器溫度降低。即減少氨揮發(fā)，又降低了水冷和氨冷的負荷，同時可降低銅比，省加空氣。增設氣水再分布器，防止冷卻水沿壁下流和氣體沿塔壁偏流，可提高洗滌效率，并節(jié)水。改進氣柜水封。將氣柜入口前水平管