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　　前言

　　我國大部分氮肥廠都以煤為原料，采用固定床間歇轉(zhuǎn)化制取水煤氣。從80 年代末開始，造氣爐基本上都采用PLC作為控制器，由于PLC 簡單易用且穩(wěn)定可靠，因此受到廠家的普遍青睞，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，造氣爐的控制及造氣工段的管理由粗放型逐步變?yōu)橄到y(tǒng)型、專家型。因此PLC的局限性就暴露出來，由PLC的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使其處理數(shù)字量的能力非常強(qiáng)，但處理模擬量的能力很弱，計(jì)算能力很差。當(dāng)需要對造氣爐進(jìn)行優(yōu)化控制、整個工段甚至整個工廠實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化管理時(shí)，就有必要改變目前這種控制模式。

　　針對造氣爐控制的深層次要求：造氣工序是合成氨生產(chǎn)工藝的龍頭，制氣的數(shù)量和質(zhì)量直接和氮肥產(chǎn)量相關(guān)，而其消耗也占各工序中的大頭，因此造氣爐的節(jié)能降耗意義重大。如果說保證造氣爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)是其對控制的基本要求的話，那么如何提高產(chǎn)氣量、降低兩煤耗并使半水煤氣成份符合合成氨的需要就成了造氣爐控制的深層次要求。

　　為了達(dá)到這一要求，首先應(yīng)對造氣爐實(shí)施全面監(jiān)控，除制氣程控外，有關(guān)工藝參數(shù)如蒸氣總管壓力、入爐蒸氣流量、上、下行煤氣溫度夾套水位、氣柜高度、爐條機(jī)轉(zhuǎn)速、氫氮比乃至鼓風(fēng)機(jī)、廢鍋等，均應(yīng)納入監(jiān)控范圍，使操作人員在控制室內(nèi)即可對整個生產(chǎn)情況一目了然解，心中有數(shù)。為此，我們采用美國Honeywell公司的HC900混合控制系統(tǒng)，在穩(wěn)定工藝、 安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗等方面取得了顯著的效果。

　　系統(tǒng)簡介：

　　Experion Vista/HC900混合控制系統(tǒng)是Honeywell公司最新推出的面向混合過程應(yīng)用和設(shè)備集成控制的開放型控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備簡單方便的組態(tài)及控制軟件，豐富多彩的畫面顯示，高度的系統(tǒng)可靠性，方便實(shí)用的操作特點(diǎn)，使其推廣的速度非常快由精煉設(shè)計(jì)的先進(jìn)控制器HC900和采用獨(dú)立的或與開放的以太網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的高性能工作站，組成一套完整的、并能真正滿足工業(yè)行業(yè)從簡單到復(fù)雜的各種控制應(yīng)用要求的集散控制系統(tǒng)（DCS）。

　　其特性充分體現(xiàn)了高度分散的控制理念，是基于過程數(shù)據(jù)采集、混合控制（其特殊的設(shè)計(jì)可同時(shí)處理模擬量和邏輯量等混合數(shù)據(jù)）、批量控制、順序控制于一體的新一代控制系統(tǒng)，采用積木式結(jié)構(gòu)，面向向?qū)ο蟮膱D形化工具和完整的運(yùn)算控制功能庫，集成了廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場的過程調(diào)節(jié)控制、對本地預(yù)言的支持和面向用戶的接口，極大地方便了用戶應(yīng)用，縮短了產(chǎn)品的二次開發(fā)周期。

　　其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖為：

 
　　在造氣爐上的應(yīng)用：造氣爐控制的完整解決方案

　　山東某化工廠共有造氣爐臺數(shù)12臺（二期），采用一套DCS，以利于綜合實(shí)施較理想的控制方案。 

　　造氣爐控制是一個以制氣循環(huán)程控為核心的大系統(tǒng): 一臺Honeywell公司的 HC900混合控制器控制4臺造氣爐，三臺HC900混合控制器控制12臺造氣爐，風(fēng)險(xiǎn)分散，杜絕因故障全部停爐的麻煩。以27ms的快速邏輯掃描刷新，時(shí)間分辨率極高，煤層厚度控制，加熱、氣化（分為上吹、下吹、二次上吹）、吹凈三個階段的時(shí)間控制極為精確，而且時(shí)間增減快捷方便，維持了造氣爐吹風(fēng)階段燃煤層蓄熱量與制氣階段吸熱量相平衡的滾動優(yōu)化控制，從而提高了熱效率和產(chǎn)氣量。

　　操作界面：

 　　細(xì)目流程圖：

 　　上、下行煤氣溫度自動調(diào)節(jié)

　　目前爐內(nèi)溫度尚無很好的檢測手段進(jìn)行檢測，上、下行煤氣溫度在一定程度上代表著爐況。此系統(tǒng)能將上、下行煤氣溫度控制在一定范圍內(nèi)，這樣改變?nèi)霠t蒸汽流量或調(diào)整制氣循環(huán)時(shí)間分配才有意義。上、下行煤氣溫度如下圖： 

　　造氣爐的制氣循環(huán)程控是生產(chǎn)控制的核心，但絕非全部。Honeywell的Experion Vista/HC900混合控制系統(tǒng)的模擬量自動調(diào)節(jié)能力對造氣爐的下列功能控制性能尤為突出。

　　1、蒸汽總管壓力自動調(diào)節(jié)回路

　　對于蒸汽總管供應(yīng)爐數(shù)較多的情況，蒸汽總管壓力基本穩(wěn)定，不會受一兩臺爐子的影響。但如果供應(yīng)爐數(shù)較少，則在不同時(shí)刻需要蒸汽的造氣爐臺數(shù)不同會產(chǎn)生很大干擾，為此我們作了一個回路調(diào)節(jié)，直接改變調(diào)節(jié)閥開度，控制蒸汽總管壓力在一個很小的范圍內(nèi)波動，將干擾的影響大幅度減小。

　　2、入爐蒸汽流量自動調(diào)節(jié)回路

　　此系統(tǒng)我們用閉環(huán)回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，充分發(fā)揮HC900的模擬量自動調(diào)節(jié)功能，真正確定入爐蒸汽的量。無論上吹或下吹，都能使入爐蒸汽流量穩(wěn)定在謀一數(shù)值范圍內(nèi)。（數(shù)值） 3、造氣爐制氣循環(huán)程控排序控制

 
 
　　為避免造氣爐之間爭風(fēng)搶汽發(fā)生，必須將各爐吹風(fēng)開始時(shí)刻均勻分配，這里涉及開、停爐的處理、投運(yùn)的爐數(shù)改變及長吹風(fēng)等問題，本系統(tǒng)有一套完善的順序控制（SEQUENCE）程序予以解決。

　　4、氫氮比自動調(diào)節(jié)

　　氫氮比是合成氨的一項(xiàng)重要參數(shù)，也是一個著名的控制難題，本文不擬對此展開討論。當(dāng)造氣工序有了DCS，氫氮比自動調(diào)節(jié)應(yīng)在這套DCS上完成。此系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)類似，主環(huán)是合成塔進(jìn)口處的氫閥，起調(diào)節(jié)作用的是造氣爐回收時(shí)氮比，副環(huán)是變換出口處的氫氮比（或氫含量）。此系統(tǒng)不設(shè)調(diào)節(jié)間和加氮時(shí)間的調(diào)整。

　　由于氣柜高度對容量滯后影響很大，而半水煤氣流量則直接與純滯后時(shí)間有關(guān)，因此須將氣柜高度和半水煤氣流量引進(jìn)系統(tǒng)，作為自適應(yīng)控制的依據(jù)。

　　氫氮比除定值控制外，當(dāng)其給定值改變后系統(tǒng)最好能較好地跟蹤（隨動）。這是因?yàn)槿绻铣砂睂?shí)施全流程優(yōu)化控制，則須調(diào)整氫氮比等重要參數(shù)的給定值。

　　其他常規(guī)PID控制諸如穩(wěn)定夾套水位、廢鍋液位、鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等在此不作贅述。
結(jié)束語

　　該廠二期工程投產(chǎn)以來，在工藝的穩(wěn)定程度的方面：生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)量穩(wěn)定，達(dá)到并超過原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益；在安全生產(chǎn)方面：生產(chǎn)穩(wěn)定，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。