合成氨生产过程控制方法的研究

发布时间：2019-08-14 14:09

【摘要】：作为化工产品的主要原料,合成氨具有各类无机化工产品中最高的需求量和产量,在国民经济中占有重要地位。我国合成氨厂通常采用常规PID控制方法来对氨合成工艺进行控制,主要存在两大控制难点:氢氮比环节是一个复杂难控的大时滞环节,而对氢氮比的控制要求严格,常规PID对于大时滞强干扰环节的控制能力很差;合成塔内部各段催化剂床层温度控制上存在强耦合性,而氨的合成反应对塔内温度控制精度要求高,这大大影响了氨的合成效率。本文首先分析了以上难控原因,简单介绍了氨的合成工艺及其难控工段,针对两大问题提出合理的解决方案。针对多干扰性的大滞后环节,提出基于加权模糊规则的混合控制的方法,既发挥了模糊控制的优点,又具有PID控制器的特点,加权模糊规则又能减少扰动,其控制效果满意,实现起来非常简单。鉴于控制技术要求的先进性以及氢氮比要求的严格性,又提出了PSO(粒子群优化算法)优化的RBF神经网络控制方法,该方法弥补了RBF只能局部寻优的缺点,对于复杂系统的控制表现较优越。针对氨合成塔内部各段温度控制的耦合性,设计了基于QDRNN网络的合成塔温度系统多变量解耦控制方法,较好的解决了控制系统双变量之间的耦合问题,同时保证了系统良好的稳态性能。随后,本文详细介绍上述算法流程,并在MATLAB环境中针对两个系统的被控对象模型采用各种方法进行模拟实现,对比验证了其控制效果。最后,对控制算法进行了DCS实现,选用西门子软件下的WINCC制作了组态监控界面。
【图文】：

造气炉,内部构造

废热锅炉液位 1/2~2/3绝缘电阻值＞0.2MΩ装置及其工作原理生产工艺流程的简单介绍可以看出，氨的合成需要气，最后经处理过的合格氢氮气又需要在合成工段主要装置就是造气炉，，合成工段的主要设备就是合。其工作原理料有气、液、固很多种，但我国煤炭储量较多，石，我国氮肥生产以煤为主要原料。气发生炉，就是以煤或焦炭为原料生产煤气，供设备首先间歇的将煤或焦炭送入造气炉内，先鼓入空气，充入含氮空气让其充分反应，最后生成含有大部分是半水煤气[34]。图 2-2 为固定层煤气发生炉的内部焦炭

框图,混合控制,模糊规则,框图

Smith预估器虽然具有鲁棒性强以及动态响应好的优点。但是最后得到的系统稳态存在不小的误差,最后的控制精度也不够高。于是本文提出基于模糊规则来切换模糊控制器和PID的控制器，这样综合了三者的优点,该控制系统结构图如图3-1所示：图3-1 基于加权模糊规则的混合控制框图该控制方案将造气脱硫与变换、脱碳、精炼及合成环节组成一个广义被控对象，被控变量是进入合成塔氢气和氮气的摩尔比例，操纵变量是造气工段充入造气炉的加氮空气量，调节的是加氮阀门的开度，并通过Smith预估控制对滞后进行补偿。氢氮比输出值15
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ113.26

【参考文献】