先控系統(tǒng)在尿素裝置中的應(yīng)用

楊 鵬,高 俊

(湖北三寧化工股份有限公司, 湖北枝江 443200)

湖北三寧化工股份有限公司尿素裝置采用荷蘭斯塔米卡邦CO2汽提法工藝，于2008年11月投產(chǎn)，日產(chǎn)1 400 t。2014年6月，改造合成塔并增加了中壓系統(tǒng)后，日產(chǎn)可達(dá)1 710 t。

1 存在的問題

該尿素裝置中共有調(diào)節(jié)閥80臺(tái)，其中原有手動(dòng)調(diào)節(jié)23臺(tái)、自動(dòng)調(diào)節(jié)57臺(tái)，自動(dòng)調(diào)節(jié)有效投用率約為93%。仍有較多重要指標(biāo)需要人為干預(yù)調(diào)節(jié)，對(duì)操作人員業(yè)務(wù)技能要求較高，且勞動(dòng)強(qiáng)度較大。整個(gè)尿素生產(chǎn)系統(tǒng)工藝復(fù)雜，溫度、液位調(diào)節(jié)點(diǎn)多，且影響工藝穩(wěn)定因素較多。在正常生產(chǎn)時(shí)，各班生產(chǎn)狀況相差較大且消耗波動(dòng)大，因此需要優(yōu)化控制系統(tǒng)，減少因人為干預(yù)導(dǎo)致的工藝波動(dòng)，確保生產(chǎn)穩(wěn)定。

2 改造方案

質(zhì)量控制小組分析工藝波動(dòng)原因，對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行全流程智能控制改造，增設(shè)先控系統(tǒng)。

2.1 回路自調(diào)

改造前，操作人員日常操作如下：

(1) 中甲冷液位槽差壓液位(LI5103A)與1#、4#、5#甲銨泵變頻組成回路。

(2) 合成塔液位(LR2201)與合成塔進(jìn)中壓分解塔閥(HIC5101)組成回路。

(3) 汽提塔液位(LI24080806)與汽提塔進(jìn)中壓分解塔閥(HIC5102)組成回路。

(4) 液氨泵出口總管壓力(PI2123)自調(diào)。

針對(duì)日常操作中的各關(guān)聯(lián)點(diǎn)實(shí)施智能建模，設(shè)計(jì)出智能控制器參數(shù)[1-2]，實(shí)現(xiàn)回路自調(diào)。

2.2 高甲冷出液管溫度自調(diào)及氨碳比控制

高甲冷出液管溫度(TR2216)與液氨泵變頻設(shè)計(jì)為閉環(huán)控制回路，并對(duì)TR2216與液氨泵變頻等參數(shù)實(shí)施智能建模，設(shè)計(jì)出智能控制器參數(shù)。調(diào)試并實(shí)施新增的控制回路，實(shí)現(xiàn)TR2216自動(dòng)調(diào)節(jié)。液氨泵一共有4臺(tái)，將3#液氨泵變頻(BPC244105)或4#液氨泵變頻(BPC244106)與溫度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，1#、2#液氨泵變頻固定。

另外，生產(chǎn)工況為提降CO2負(fù)荷時(shí)，為實(shí)現(xiàn)氨碳比自動(dòng)調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)了提降負(fù)荷與正常負(fù)荷的切換控制方案。同時(shí)，設(shè)計(jì)了CO2負(fù)荷與液氨流量的比值控制方案，液氨流量利用3#、4#液氨泵變頻，可按預(yù)先設(shè)定的氨碳比，通過開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。當(dāng)生產(chǎn)工況為CO2負(fù)荷時(shí)，開關(guān)切換到TR2216控制，溫度控制器直接控制3#、4#液氨泵變頻。

2.3 循環(huán)液位及閃蒸尿液槽液位串級(jí)控制

循環(huán)液位槽差壓液位(LI2302A)與中壓甲銨泵出口流量(LIC5301)串級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)LI2302A自動(dòng)調(diào)節(jié)。閃蒸尿液槽液位(LI2302)與進(jìn)一段蒸發(fā)器尿液流量(FPIC2401)串級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)LI2302自動(dòng)調(diào)節(jié)。

在系統(tǒng)操作中增加了串級(jí)投切按鈕，操作人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行切換。選擇“液位”時(shí)，即可投用液位流量串級(jí)控制；選擇“流量”時(shí)，即可切換到流量單回路控制，串級(jí)回路切除。

2.4 二段蒸發(fā)器出液管溫度控制

根據(jù)操作人員的日常操作形成專家經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)二段蒸發(fā)器出液管溫度(TIC2402)設(shè)計(jì)，新增溫度控制器，與原壓力控制器切換，并由電腦調(diào)節(jié)副線閥的操作[3]。操作人員只需輸入溫度安全限值，當(dāng)溫度低于限值時(shí)，副線閥門快速打開，快速提升溫度；當(dāng)溫度高于限值時(shí)，副線閥門快速關(guān)閉。另外對(duì)溫度對(duì)象實(shí)施智能建模，設(shè)計(jì)出智能控制器參數(shù)，對(duì)新增控制回路進(jìn)行調(diào)試并實(shí)施，在多種工況下實(shí)現(xiàn)TIC2402自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.5 一段蒸發(fā)器進(jìn)口尿液流量與噴頭變頻多區(qū)域折線函數(shù)控制

根據(jù)操作人員日常操作形成專家經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)FIC2401變化，設(shè)計(jì)噴頭變頻(AI24020605)的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方案。依據(jù)FIC2401變化對(duì)應(yīng)AI24020605參數(shù)的關(guān)系(見表1)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，可按蒸發(fā)量自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸發(fā)噴頭轉(zhuǎn)速。

表1 FIC2401與AI24020605關(guān)系表

2.6 CO2負(fù)荷變化多參數(shù)多區(qū)域折線函數(shù)控制方案

根據(jù)操作人員日常操作形成專家經(jīng)驗(yàn)[4]，針對(duì)CO2負(fù)荷變化時(shí)，設(shè)計(jì)多參數(shù)智能控制系統(tǒng)。CO2負(fù)荷變化對(duì)應(yīng)高壓氣包壓力(PPIC_2904)、低壓蒸汽壓力(PPIC_2902)、合成塔出液閥開度(HPIC_2201)、汽提塔出液閥開度(LPIC_2202)。各參數(shù)的關(guān)系見表2。

表2 CO2負(fù)荷與各參數(shù)的關(guān)系表

在操作系統(tǒng)中增加了投用多區(qū)域折線函數(shù)控制方案的切換按鈕。在彈出操作面板中選擇“線性”，即可投用該參數(shù)對(duì)應(yīng)的多區(qū)域折線函數(shù)控制。對(duì)于PPIC_2904和PPIC_2902操作面板，投用線性后，輸出值為壓力控制器的設(shè)定值；對(duì)于HPIC_2201和LPIC_2202操作面板，輸出值為閥門開度。

對(duì)于PPIC_2904和PPIC_2902操作面板，選擇“壓力”，即可切換到原壓力單回路控制；對(duì)于HPIC_2201和LPIC_2202操作面板，選擇“手動(dòng)”，可切換到原手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。

點(diǎn)擊操作面板的“線性參數(shù)”，彈出線性參數(shù)設(shè)定表(見圖1)，可設(shè)定各參數(shù)對(duì)應(yīng)的區(qū)域折線函數(shù)關(guān)系。該表更改需管理員權(quán)限，一般不用修改。

圖1 線性參數(shù)設(shè)定表

3 改造效果

通過投入線性控制，尿素加減負(fù)荷已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。尿素蒸發(fā)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人操作。

優(yōu)化先控系統(tǒng)后，觀察運(yùn)行180 d，重點(diǎn)考核項(xiàng)目見表3。

表3 尿素車間先控量化目標(biāo)情況

由表3可見：先控系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果，系統(tǒng)波動(dòng)明顯減少，操作頻率下降90%。

4 結(jié)語

經(jīng)改造后，現(xiàn)有尿素裝置共計(jì)80臺(tái)調(diào)節(jié)閥，其中自動(dòng)調(diào)節(jié)閥投用79臺(tái)，有效投用率為98.8%，比改造前提升5.8%。尿素先控系統(tǒng)投用近1 a后，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，系統(tǒng)運(yùn)行也更加穩(wěn)定。