煤化工工艺仿真实训教材新

1、前 言随着现代化工生产技术的飞速发展，生产装置大型化、生产过程连续化和自动化程度的不断提高，为保证生产安全稳定、长周期、满负荷、最优化的运行，职业教育和培训显得越来越重要。但由于化工生产行业的特殊性，如工艺过程复杂、工艺条件要求严格和常伴有高温、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等不安全因素，常规的职业教育和培训已不能满足要求，而化工仿真培训技术，能利用计算机模拟真实的操作控制环境，给职业教育提供丰富生动的多媒体教学手段，为受训人员提供安全、经济的离线培训条件，已被人们所重视。我国多家仿真公司在这方面做了大量工作，如北京东方仿真控制技术，已推出有多套化工单元操作和化工生产过程的仿真培训软件，为职业教

2、育和培训提供了方便。本书介绍的是北京东方仿真控制技术的煤化工部分工段培训系统。编写本书的目的是为煤化工及相关专业进行仿真培训的教学服务。本书主要介绍了合成氨合成工段、甲醇合成及精制工段、二甲醚合成工段、水煤浆加压气化工段、尿素合成工段、聚氯乙烯聚合工段、聚丙烯合成工段工艺仿真操作等相关知识，考虑到职业教育的连续性和在职培训的实用性，使学员能巩固已学的煤化工理论知识，并能用相关知识来指导自己的操作，提高其分析分析问题解决问题的能力，在编写各工段工艺仿真单元时，我们安排了工艺流程简介，并配有带控制点的工艺流程图，并详细介绍了该仿真系统的具体操作过程。本书项目一、项目二由李秀清编写；项目三、项目四和

3、项目五由朱海燕编写；项目六、项目七由侯炜编写。全书由侯炜统稿并担任主编。在编写过程中，东方仿真公司提供了宝贵的意见，在此表示衷心感谢。由于煤化工工艺仿真培训涉及面广、实践性强，加之编者水平有限，编写实践仓促，错漏之处在所难免，恳请广大读者批评和指正。编者二一二年十月目录绪论- 1 -二、过程系统仿真技术的工业应用- 1 -1. 辅助培训与教育- 2 -2. 辅助设计- 3 -3. 辅助生产- 3 -4. 辅助研究- 4 -三、化工仿真培训系统简介- 4 -1. 化工仿真培训系统的建立- 4 -2. 化工仿真培训系统的结构- 6 -项目一、合成氨工段工艺仿真实训- 8 -任务一、合成氨转化工段工

4、艺仿真实训- 8 -一、认知工艺流程- 8 -1. 原料气脱硫- 9 -2. 原料气的一段转化- 9 -3. 转化气的二段转化- 10 -4. 变换- 10 -二、仿真系统操作- 10 -1. 工艺仿真控制回路- 10 -2. 系统冷态开车操作- 12 -3. 系统正常停车操作- 20 -4. 事故处理- 22 -任务二、合成氨净化工段工艺仿真实训- 23 -一、认知工艺流程- 23 -1. 脱碳- 23 -2. 甲烷化- 24 -二、仿真系统操作- 24 -1. 工艺仿真控制回路- 24 -2. 系统冷态开车操作- 25 -3. 系统正常停车操作- 31 -4. 事故处理- 31 -任务三、

5、合成氨合成工段工艺仿真实训- 33 -一、认知工艺流程- 33 -1. 氨合成工艺原理- 33 -2. 氨合成主要设备- 34 -3. 工艺流程简述- 36 -4. 工艺仿真设备及控制回路- 40 -二、仿真系统操作- 41 -1. 系统冷态开车操作- 41 -2. 系统正常停车- 44 -3. 事故处理- 45 -【项目测评】- 46 -项目二、甲醇工段工艺仿真实训- 50 -任务一、甲醇合成工段工艺仿真实训- 50 -一、认知工艺流程- 50 -1. 甲醇的特点及作用- 50 -2. 甲醇合成的方法- 50 -3. 合成机理及工艺路线- 52 -4. 设备简介- 54 -二、仿真系统操作-

6、 55 -1. 系统正常操作指标- 55 -2. 系统冷态开车操作- 56 -3. 系统正常停车- 60 -4. 事故处理- 60 -任务二、甲醇精制工段工艺仿真实训- 63 -一、认知工艺流程- 63 -1. 甲醇精制工艺特点- 63 -2. 甲醇精制工艺流程简述- 63 -2. 主要设备- 66 -二、仿真系统操作- 67 -1. 系统正常操作指标- 67 -2. 系统冷态开车操作- 70 -3. 系统正常停车操作- 72 -4. 事故处理- 73 -【项目测评】- 74 -项目三、水煤浆加压气化工段工艺仿真实训- 76 -任务一、认知工艺流程- 76 -1. 水煤浆制备工艺流程- 76

7、-2. 水煤浆加压气化工艺流程- 77 -3. 黑水处理工艺流程- 79 -4. 灰水处理工艺流程- 81 -任务二、仿真系统操作- 82 -1. 系统正常操作指标- 82 -2. 系统冷态开车操作- 83 -3. 系统正常停车操作- 89 -【项目测评】- 93 -项目四、尿素合成工段工艺仿真实训- 94 -任务一、认知工艺流程- 94 -1. 压缩工段工艺流程- 94 -2. 合成循环工段工艺流程- 96 -3. 工艺冷凝液处理- 100 -任务二、仿真系统操作- 100 -1. 设备说明- 100 -2. 系统冷态开车操作- 101 -3. 系统正常停车操作- 107 -3. 事故处理-

8、 109 -【项目测评】- 112 -项目五、10万吨二甲醚合成及精制工段工艺仿真实训- 113 -任务一、认知工艺流程- 113 -1背景- 113 -2合成原理- 113 -3. 工艺流程简介- 114 -任务二、仿真系统操作- 115 -1. 复杂控制方案说明- 115 -2. 系统正常操作指标- 116 -3. 系统冷态开车操作- 117 -4. 系统正常停车操作- 122 -5. 事故处理- 124 -【项目测评】- 124 -项目六、聚氯乙烯生产工艺仿真实训- 127 -任务一、认知工艺流程- 127 -1. PVC聚合原理及方法- 127 -2. PVC聚合工艺流程简介- 128

9、 -3. PVC聚合原料简介- 131 -任务二、仿真系统操作- 132 -1. 设备简介- 132 -2. 系统正常操作指标- 133 -3. 复杂控制系统说明- 135 -4. 仿真系统操作- 136 -【项目测评】- 143 -项目七聚丙烯聚合工段工艺仿真实训- 145 -任务一、认知工艺流程- 145 -1. 聚丙烯聚合原理- 145 -2. 聚丙烯聚合工艺- 146 -3. 工艺流程简介- 147 -任务二、仿真系统操作- 148 -1. 工艺仿真说明- 148 -2. 系统正常操作指标- 149 -3. 系统冷态开车操作- 150 -4. 系统正常停车操作- 151 -5. 事故处

10、理- 151 -【项目测评】- 153 -绪 论仿真（simulation）是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过系统模型进行实验和研究的应用技术科学。按所用模型的类型（物理模型、数学模型、物理一数学模型）分为物理仿真、计算机仿真（数学仿真）、半实物仿真，按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。系统仿真是20世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。最初，仿真技术主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际系统试验难以实现的少数领域，后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到社会系统、经济

11、系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。可以说，现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为任何复杂系统，特别是高技术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。其应用范围不断扩大，应用效益也日益显著。本书所讲的过程系统仿真是指过程系统的数字仿真，它要求描述过程系统动态特性的数字模型，能在仿真机上再现该过程系统的实时特性，以达到在该仿真系统上进行实验研究的目的。过程系统仿真由三个主要部分组成，即过程系统、数学模型和仿真机。工业过程系统是过程系统的重要成员之一，在国民经济中占有极其重要的地位，包括化学、冶金、发电、造纸、食品、制药等行业。各工业过程系统有许多共同点和规律，如

12、化工过程系统，都是由一系列单元操作装置通过管道组合而成的复杂系统。常见的单元操作装置有离心泵、压缩机、换热器、蒸汽透平机、蒸发器、干燥器、吸收塔、精馏塔、工业炉及各种化学反应器等，而这些单元操作装置及其所构成的化工过程系统，又是由各种调节器、调节阀、检测仪、变送器、指示仪、记录仪或较先进的集散型计算机控制系统（DCSDistributed Control System,简称集散控制系统）所监测控制。所以，仿真方法也十分相似。所谓集散控制系统，是指利用计算机实现控制回路分散化、数据管理集中化的控制系统。本书讲的化工仿真，主要是对集散控制系统化工过程操作的仿真。二、过程系统仿真技术的工业应用过程系

13、统仿真技术的工业应用大约始于60年代，并于80年代中期随着计算机技术的快速发展和广泛普及取得很大进展。过程系统仿真技术在工业领域中的应用已涉及辅助培训与教育、辅助设计、辅助生产和辅助研究等方面，其社会经济效益日趋显著。1. 辅助培训与教育采用过程系统仿真技术辅助培训，简而言之就是人用仿真机运行数学模型建造一个与真实系统相似的操作控制系统（如模拟仪表盘、仿DCS操作站等），模拟真实的生产装置，再现真实生产过程（或装置）的实时动态特性，使学员可以得到非常逼真的操作环境，进而取得非常好的操作技能训练结果。过程系统仿真技术在操作技能训练方面的应用近十年来在全世界许多国家得到普及。大量统计结果表明，仿真

14、培训可以使工人在数周之内取得现场25年的经验。这种仿真培训系统能逼真地模拟工厂开车、停车、正常运行和各种事故状态的现象，它没有危险性，能节省培训费用，大大缩短培训时间。许多企业已将仿真培训列为考核操作工人取得上岗资格的必要手段。仿真技术在教学中的应用，尤其是在职业教育中的应用，更加显示出其优势。职业教育的目标是让学生既要学会专业理论知识，又要掌握专业应用技能。职业教育内容包括理论教学、实验教学和实习教学三个部分。（1）理论教学目标是让学生了解掌握专业基础理论和专业实践应用知识，目前国内各职业学校主要采用课堂模式的群体教学方式。如引入仿真技术和计算机辅助教学CAI（Computer Assist

15、ed Instruction）结合，既能弥补课堂教学中的不足，又能改变群体教学中无法适应学生个体差异的教学方式。CAI软件对课堂教学中不易表现、描述、讲解的内容，起到补充的作用，其图文声像并茂的效果还可大大提高课堂教学质量，缩短教学时间；其交互式的使用方式，可以极大地增强学生主动参与的兴趣，并给予学生充分的动 会。CAI软件主要用于课堂辅助教学，可替代部分课堂教学内容或帮助学生理解在课堂教学和书本学习中不易掌握的抽象的或实物的内容，教学中可以让学生集体上机操作，也可以让学生自由上机操作。（2）实验教学目标是让学生通过实验来认证理论和进一步理解理论知识，同时使学生通过亲自动手来锻炼和提高专业操作

16、技能。采用仿真技术开发用于不同专业的实验教学的仿真系统具有明显的优势。可以开发出实际无法实现的某些实验的仿真教学系统，来满足教学需求。如：某些大型复杂仪器或设备系统，某些有危害或条件要求极高的实验（核反应、高电压类试验等）。开发投资费用高的实验仿真教学系统，既能很好地完成实验教学的要求，又能节省教学投资。开发实验消耗很大，而仿真实验教学系统既达到了实验教学效果，又减少了教学消耗。仿真实验教学系统，除替代真实的实验操作外，还具有一些真实实验无法实现的功能和效果。（3）实习教学目标是让学生通过接触客观实际，来了解和认识所学的专业知识，更重要的是让学生了解和掌握专业知识在客观实际中的应用方法和应用技

17、能，将所学专业与实践相结合。仿真实习为学生提供了充分动手的机会，学生可以在仿真机上反复进行开车、停车训练，进行事故判断和排除训练，从而提高学生分析能力和在复杂情况下的决策能力。学生可以根据自己的具体情况有选择地学习，如自行设计、试验不同的开车、停车方案，试验复杂控制方案、优化操作方案等。在仿真实习过程中，学生变成了学习的主体，可以充分发挥学习主动性。另一方面，仿真软件提供快门设定、工况冻结、时钟设定、成绩评定、趋势记录、报警记录、参数设定等特殊功能，便于教师实施各种新的教学与培训方法。仿真实习软件中的自动评价功能还能对学生掌握知识的水平随时进行测评。这些在真实工厂都无法实现。采用仿真实习替代传

18、统的实习教学，可以节省设备运行费、物料能量损耗费、实习人员下厂经费等大量开支，并能突出实习效果。2. 辅助设计仿真技术用于辅助工程设计已不是新概念。不同行业，不同领域，仿真技术用于辅助设计的侧重面不同，在化工过程领域通常有以下几个方面的应用。（1）工艺过程设计方案的试验与优选。（2）工艺参数的实验与优选。（3）设备选型和参数设计的实验与优选。（4）工艺过程设计的开、停车方案的可行性实验与分析。（5）自控系统方案设计的试验、优选及调试。（6）联锁系统和自动开停车系统设计方案的试验和分析。3. 辅助生产在工业生产领域中，仿真技术辅助生产在大型复杂工业过程中逐渐被采用，目前仿真技术辅助生产应用较多的

19、有如下几个方面。（1） 装置开停工方案的论证与优选。（2） 工艺和自控系统改造的实验与方案的论证、分析。（3） 生产优化可行性试验与生产优化操作指导。（4） 事故预定的试验与事故分析和处理方案论证。（5） 紧急救灾方案实验与论证。4. 辅助研究仿真技术用于辅助研究，也是一个老课题。近年来，随着计算机硬件软件技术的发展，越来越受到人们的重视，在以下几个方面仿真技术应用于研究已收到了很好的效果。（1）计算流体力学，尤其在航空、航天领域，进行了很深的应用，也取得了非常好的效果。（2）分子工程研究中的仿真设计与试验。例如：美国分子仿真技术公司开发的用于分子设计与试验的软件。尤其在生物学，分子生物学，药

20、物分子研究等领域的应用较为深入。（3）化工新工艺研究与试验，采用仿真技术完成炼油、化工等过程新工艺的研究和从小试、中试到工业规模的试验方法与试验。三、化工仿真培训系统简介化工仿真培训系统是系统仿真技术应用的一个重要分支，主要用于化工生产装置操作人员开车、停车、事故处理等过程的操作方法和操作技能的培训。仿真培训可以在短时间内使操作人员的操作水平大幅度提高，是一种为绝大多数化工企业和职教部门所认同的、先进的高效率的现代化培训手段。1. 化工仿真培训系统的建立化工仿真培训系统的建立必须以实际生产过程为基础。首先，要通过建立生产装置中各种过程单元的动态特征模型及各种设备的特征模型模拟生产的动态过程特性

21、。其次，要创造一个与真实装置非常相似的操作环境，各种画面的布置、颜色、数值信息动态显示、状悉信息动态指示、操作方式等方面要与真实装置的操作环境相同，便于学生有一种身临其境的真实感。（1）化工实际生产过程如图0-1所示，实际生产过程包括几个主要因素：控制室、生产装置、操作人员、干扰与事故，控制室和生产现场是生产的硬件环境，在生产装置建成后，工艺或设备基本上是不变的。图0-1 实际生产过程示意简图生产信息控制室生产现场操作人员干扰、事故操作信息外操（观察、分析、判断、操作）操作人员分为内操和外操。内操在控制室内通过DCS对装置进行操作和过程控制，是化工生产的主要操作人员。通常，外操在生产现场进行诸

22、如生产准备性操作、非连续性操作、一些泵的就地操作和现场巡检。操作人员是生产的关键因素。其操作技能的高低直接影响产品质量和生产的效率。干扰是指生产环境、公用工程等外界因素的变化对生产过程的影响，如环境温度的变化等。事故是指生产装置的意外故障或因操作人员的误操作所造成的生产工艺指标超标的事件，本书所介绍的事故主要指生产装置（如设备、仪表等）的意外故障。干扰和事故是生产中的不定因素，但对生产有很大的负面影响，操作人员对干扰和事故的应变能力和处理能力是影响生产的重要因索。整个生产过程可以简述为：操作人员根据自己的工艺理论知识和装置的操作规程在控制室和装置现场进行操作，操作信息送到生产现场，在生产装置内

23、完成生产过程中的物理变化图0-2 仿真培训过程示意图和化学变化，同时一些主要的生产工艺指标（生产信息）经测量单元、变送器等反馈到控制室。根据内操观察、分析反馈回来的生产信息，判断装置的生产状况，进行进一步的操作，使控制室和生产现场形成了一个闭合回路，逐渐使装置达到满负荷平稳生产状态。（2）仿真培训过程图0-2是根据实际生产过程设计的仿真培训过程。学生在“仿控制室”（包括图形化现场操作界面）进行操作，操作信息经网络送到工艺仿真软件。生产装置工艺仿真软件完成实际生产过程中的物理变化和化学变化的模拟运算，一些主要的工艺指标（仿生产信息）经网络系统反馈到仿控制室，学生观察、分析反馈回来的仿生产信息判断

24、系统运行状况进行进一步的操作。在仿控制室和工艺仿真软件间形成了一个闭合回路，逐渐操作、调整到满负荷平稳运行状态。仿真培训过程中的干扰和事故由培训教师通过工艺仿真软件上的人/机界面进行设置。（3）实际生产过程与仿真过程的比较仿真培训系统中以工艺仿真软件通过数学模型计算出仿生产信息，即用数学模型来模拟实际生产的动态过程特性。“仿控制室”是一个广义的扩大了的控制室，它不仅包括实际DCS中的操作画面和控制功能，同时还包括现场操作画面。仿真培训系统中无法创造出一个真实的生产装置现场，因此现场就地操作也只能放到仿控制室中。仿真培训系统中的现场操作通常采用图形化流程图画面。由于现场操作一般为生产准备性操作、

25、间歇性操作、动力设备的就地操作等非连续控制过程，通常不是主要培训内容，因此，把现场操作放到仿控制室并不会影响教学效果。干扰和事故在实际生产过程中是由于风吹日晒、摩擦腐蚀等综合作用引起的偶发事件，仿真培训系统中的软件运行不会受这些因素的影响。因此，仿真培训系统中由授课教师通过软件的人机界面设置来实现干扰和事故处理操作的培训。2. 化工仿真培训系统的结构首先，仿真对象不同，装置规模和复杂程度差异很大。如乙烯装置不仅工艺流程长而且工艺过程极其复杂；离心泵等单元仿真培训软件工艺流程短，工艺过程简单。其次，仿真培训系统的使用对象不同。化工企业在岗职工的培训，接受培训人员相对较少，通常需要针对性较强的装置

26、级仿真培训软件，这类软件要求与实际生产装置一致。而大中专学校及职业技术学校等，接受培训人员多而且广，通常需要面较宽通用性较强的单元级和工段级仿真培训软件，这类软件要求与群体和个体教学的实施形式和要求相适应。仿真培训系统应根据仿真对象和应用对象的不同采用不同的结构，设置不同的培训功能。仿真培训系统产品有两种不同的结构形式。一种是PTS结构(Piant Training System)，用于针对装置级仿真培训系统，适合于化工企业在岗职工的培训；另一种为STS结构(School Teaching System)，用于单元级和工段级仿真培训软件，适用于大中专及职业技术学校学生和工厂新职工的基础培训。本

27、书所介绍的化工单元仿真教学系统就是STS结构。图0-3 STS结构示意图如图0-3所示，STS的硬件系统是由一台上位机（教师指令台）和多台下童机（学员操作站）构成的网络系统。教师指令台上运行以下2种软件。教师指令台总体监控软件该软件是整个仿真培训系统的控制中心和教师的操作界面用于培训内容选择、培训功能设置等。学员档案管理软件是学员接受仿真培训的档案管理。学员操作站上运行以下软件。.工艺仿真软件主要进行工艺仿真模型的计算，同时具有培训内容选择、培训功能设置等功能（在教师指令台上授权时）。.OGS (Operation GuidingGrading System)学员工艺操作指导 主要进行操作结果

28、诊断和评定，它与工艺仿真软件之间通过DDE进行信息交换。.DCS仿真软件该软件是学员进行仿真培训的操作界面。它不仅包括实际DCS中的操画面和控制功能，同时还包括现场操作画面，它与工艺仿真软件进行实时数据交换。 STS结构的仿真培训系统具有以下主要特点：系统容量大，可同时进行50人，甚至更多人的培训。工艺仿真软件和仿DCS软件同时在学员操作站上运行，使每台学员操作站可以进行单机培训。采用竞争操作方式，即各个学员操作站之间互不影响，各自操作目己的工艺仿真软件。这与教学要求相一致。项目一、合成氨工段工艺仿真实训知识目标能力目标素质目标1.掌握一氧化碳变换的基本原理、工艺条件及工艺流程分析；2.掌握氨

29、合成反应的基本原理、工艺条件及工艺流程分析；3.理解氨合成塔的操作控制要点。1.能独立解读各个工段工艺流程图；2.能熟练进行工艺仿真操作，实现各个工艺点的自动控制；3.能熟练处理日常出现的故障；1. 具有团队精神和与人合作能力；2.具有自我学习和自我提高能力；具有发现问题、分析问题和解决问题的能力；具有创新能力。任务一、合成氨转化工段工艺仿真实训一、认知工艺流程制取合成氨原料气的方法主要有以下几种：1.固体燃料气法；2.重油气法；3.气态烃法。其中气态烃法又有蒸汽转化法和间歇催化转化法。本仿真软件是针对蒸汽转化法制取合成氨原料气而设计的。制取合成氨原料气所用的气态烃主要是天然气（甲烷、乙烷、丙

30、烷等）。蒸汽转化法制取合成氨原料气分两段进行，首先在装有催化剂的一段炉转化管内，蒸汽与气态烃进行吸热的转化反应，反应所需的热量由管外烧嘴提供。一段转化反应方程式如下：气态烃转化到一定程度后，送入装有催化剂的二段炉，同时加入适量的空气和水蒸汽，与部分可燃性气体燃烧提供进一步转化所需的热量，所生成的氮气作为合成氨的原料。二段转化反应方程式如下：1.催化床层顶部空间的燃烧反应2. 催化床层的转化烧反应二段炉的出口气中含有大量的CO，这些未变换的CO大部分在变换炉中氧化成CO2，从而提高了H2的产量。变换反应方程式如下：转化工段工艺流程图如图1-1所示。图1-1 合成氨转化工段工艺流程图1.原料气脱硫

31、原料天然气中约含有6.0ppm左右的硫化物，这些硫化物可以通过物理的和化学的方法脱除。天然气首先在原料气预热器（141-C）中被低压蒸汽预热，预热后的天然气进入活性碳脱硫槽（101-DA 、102-DA一用一备）进行初脱硫。然后进用蒸汽透瓶驱动的单缸离心式压缩机（102-J），压缩到所要求的操作压力。经压缩后的原料天然气在一段炉（101-B）对流段低温段加热到230（TIA37）左右与103-J段间来氢混合后，进入Co-Mo加氢和氧化锌脱硫槽（108-D），经脱硫后，天然气中的总硫含量可降至0.5ppm以下，原料气直接被送往下一工段。2.原料气的一段转化脱硫后的原料气与压力为3.8MPa的中压

32、蒸汽混和。混合后的蒸汽和天然气以分子比4：1的比例通过一段炉（101-B）对流段高温段预热后，送到101-B辐射段的顶部，气体从一根总管被分配到八根分总管，分总管在炉顶部平行排列，每一根分总管中的气体又经猪尾管自上而下地被分配到装有触媒的转化管中，原料气在一段炉（101-B）辐射段的触媒反应管进行蒸汽转化，管外由顶部的烧嘴提供反应热。经一段转化后，气体中残余甲烷在10左右。3.转化气的二段转化一段转化气进入二段炉（103-D），在二段炉中同时送入工艺空气。工艺空气与少量中压蒸汽在电动阀出口处汇合，然后通过101-B对流段预热。工艺气从101-D的顶部向下通过一个扩散环而进入炉子的燃烧区，转化气

33、中的H2和空气中的氧燃烧产生的热量供给转化气中的甲烷在二段炉触媒床中进一步转化，二段炉出口处的工艺气中甲烷含量在0.3左右，经并联的两台第一废热锅炉（101-CA/B）回收热量，再经第二废热锅炉（102-C）进一步回收余热后，送去变换炉104-D。4.变换变换炉104-D由高变和低变两个反应器，中间用蝶形头分开，上面是高变炉，下面是低变炉。从第二废热锅炉（102-C）来的转化气约含有12-14的CO，进入高变炉，在高变触煤的作用下将部分CO转化成CO2，经高温变换后CO含量降至3左右，然后经第三废热锅炉（103-C）回收部分热能，传给来自101-F的锅炉水，气体从103-C出来，进换热器（10

34、4-C）与甲烷化炉进气换热，从而得到进一步冷却。进入低变炉在低变触煤的作用下将其余CO转化为CO2，出低变炉的工艺气中CO含量约为0.3左右。二、仿真系统操作1.工艺仿真控制回路转化工段仿真培训系统共涉及到仪表控制回路如下各表所示，该表给出了仪表回路的回路描述、工程单位、正常设定及正常输出。表1-1 原料气脱硫控制回路表回路名称回路描述工程单位设定值PRC1原料气入口压力控制MPa1.82PRC102102-J出口压力控制MPa3.86PRC69102-J入口压力控制MPa 1.82FIC12102-J 防喘震流量控制m3/h 0FRCA1102-J出口流量控制m3/h 24556FRCA21

35、01-B进蒸汽量控制m3/h67000FFC2水碳比例控制TIC22L进101/2-DA燃料气温度40-50表1-2 一段炉变换控制回路表回路名称回路描述工程单位设定值PRC1018101-F压力控制MPa10.6AICRA6辅锅氧含量控制%3FIC1003辅锅进风量控制m3/h7611PICAS103101BJA出口压力控制MPa1147PRCA19101B压力控制MPa-50PRC34燃气进料总压力控制MPa0.8FRC1002辅锅燃气进量控制m3/h2128FIC1004过热烧嘴风量控制m3/h15510TRCA1238过热蒸汽温度控制445FIC1237过热烧嘴燃气量控制m3/h320

36、AICRA8101-B氧含量控制%3PICA21辅锅压力控制MPa-60表1-3 二段转换控制回路表回路名称回路描述工程单位设定值FRCA3二段转化进空气流量控制m3/h33757FRCA4101-J出口总流量控制m3/h33757TRCA104进104-DA温度控制371TRCA11进104-DB物料温度控制240表1-4 蒸汽系统控制回路表回路名称回路描述工程单位设定值PIC13MS压力控制MPa3.865LICA22101-U液位控制%50LRCA76101-F液位控制%50LICA102156-F%502.系统冷态开车操作转化工段仿真以主工艺物流的工艺过程和设备为主，对于公用工程和附属

37、系统不进行过程定量模拟。由于本仿真系统主要以仿DCS操作为主，因而，在不影响操作的前提下，对一些不很重要的现场操作进行简化，简化主要内容为：不重要的间歇操作，部分现场手阀，现场盲板拆装，现场分析及现场临时管线拆装等等。另外，根据实际操作需要，对一些重要的现场操作也进行了模拟，并根据DCS画面设计一些现场图，在此操作画面上进行部分重要现场阀的开关和泵的启动停止。对DCS的模拟，以化工厂提供的DCS画面和操作规程为依据，并对重要回路和关键设备在现场图上进行补充。 操作界面如图所示。图1-2 脱硫工段DCS图图1-3 脱硫工段现场图图1-4 一段转化DCS图图1-5 一段转化现场图图1-6 二段转化

38、DCS图图1-7 二段转化现场图图1-8 燃料气系统DCS图图1-9 燃料气系统现场图图1-10 蒸汽系统DCS图图1-11 蒸汽系统现场图转化工段工艺仿真操作包括冷态开车、正常停车及事故处理。冷态开车步骤如下：（1）引DW、除氧器101-U建立液位（蒸汽系统图）开预热器106-C、134-C现场入口总阀LVV08；开入106-C阀LVV09,134-C阀LVV10，106-C、134-C出口总阀LVV13；开LICA23；现场开101-U底排污阀LCV24；当LICA23达50%投自动。（2）开104-J、汽包101-F建立液位（蒸汽系统图）现场开101-U顶部放空阀LVV20；现场开低压蒸

39、汽进101-U阀PCV229；开阀LVV24，加DMKO，以利分析101-U水中氧含量；开104-J出口总阀MIC12，开MIC1024；开SP-7（在辅操台按“SP-7开”按钮）；开阀LVV23加NH3；开104-J/JB，开156-F的入口阀LVV04；将LICA102投自动，设为50%；开DO164，投用换热器106-C、134-C、103-C、123-C。（3）开101-BJ、101-BU点火升温（一段转化图、点火图）开风门MIC30，开MIC31_1MIC31_4，开AICRA8，控制氧含量（4%左右）；开PICA21，控制辅锅炉膛101-BU负压（-60Pa左右）；全开顶部烧嘴风门

40、LVV71、LVV73、LVV75、LVV77、LVV79、LVV81、LVV83、LVV85、LVV87（点火现场）；开DO095，投用一段炉引风机101-BJ；开PRCA19，控制PICA19在-50Pa左右；到辅操台按“启动风吹”按钮，并将101-B工艺总连锁开关打旁路；开燃料气进料截止阀LVV160；全开PCV36（燃料气系统图）。把燃料气进料总压力控制PRC34设在0.8MPa投自动；依次先开点火烧嘴考克阀DO124DO126，按点火启动按钮DO216DO218，再开开主火嘴考克阀DO121DO123（点火现场图）；在燃料气系统图上开FRC1002；全开MIC1284MIC1264；

41、在辅操台上按“XV-1258复位”按钮；在辅操台上按“101-BU主燃料气复位”按钮；101-F升温、升压（蒸汽系统图）。（4）108-D升温、硫化（一段转化图）开101-DA/102-DA（选一即可）；全开102-J大副线现场阀LLV15；在辅助操作台上按下“SP-2开”按钮；稍开102-J出口流量控制阀FRCA1，全开108-D入口阀LLV35，并在现场全开入界区NG大阀LLV201；稍开原料气入口压力控制器PRC1，开108-D出口放空阀LLV48；将FRCA1缓慢提升至30%；开141-C的低压蒸汽TIC22L，将TI1_1加热到40-50。（5）空气升温（二段转化）开二段转化炉103

42、-D的工艺气出口阀HIC8；开TRCA10、TRCA11；启动101-J，控制PR-112在3.16Mpa；开空气升温阀LLV41，充压；当PI63升到时,渐开MIC26，保持PI63<0.3Mpa；开阀LLV39，开SP-3旁路，加热103-D；当温升速度减慢，点火嘴；当TR1-105达200、TR1-109达140后，准备MS升温。（6）MS升温（二段转化）到辅操台按“SP-6开”按钮；渐关空气升温阀LLV41；开阀LLV42，开通MS进101-B的线路；开FRCA2，将进101-B蒸汽量控制在10000-16000m3/h；控制PI-63<0.3MPa；当关空气升温阀LLV4

43、1后，到辅操台按“停101-J”；开MIC19向103-D进中压蒸汽，使FI-51在1000-2000 kg/h左右；当TR1_109达160后，调整FRCA2为20000 M3/H左右；调整MIC19，使FI-51在2500-3000kg/h；当TR1_109达190后，调整PI63为；当TR_80/83达400以前，FRCA2提至60000-70000 M3/H，FI-51在45000kg/h左右；将TR1_105提升至760。当TI_109为200时，开阀LLV31，加氢。当AR_4<0.5PPM 稳定后，准备投料。（7）投料（脱硫图）开102-J；关102-J大副线阀LLV15；

44、渐开108-D入炉阀LLV46；渐关108-D出口放空阀LLV48；FRCA1加负荷至70%；到辅操台上按“停101-J”按钮，使该按钮处于不按下状态，否则无法启动101-J；到辅操台上按“启动101-J复位”按钮；到辅操台上按“SP-3开”按钮；渐关SP-3副线阀LLV39；各床层温度正常后（一段炉TR1_105控制在853左右，二段炉TI1_108控制在1100左右,高变TR1_109控制在400），先开SP-5旁路均压后，再到辅操台(图P7)按SP-5按钮，然后关SP-5旁路，调整PI-63到正常压力2.92MPA,逐渐关小MIC26至关闭。开SP-4副线阀LLV103，充压；全开低变出

45、口大阀LLV153；到辅操台按“SP-4开”按钮；关SP-4副线阀LLV103；到辅操台按“SP-5关”按钮；调整TRCA_11控制TI1_11在225。开一段炉鼓风机101-BJA；101-BJA出口压力控制PICAS-103达1147KPa，投自动；开辅锅进风量调节FIC1003；调整101-B、101-BU氧含量为正常：AICRA6为3% ,AICRA8为 2.98%；当低变合格后，若负荷加至 80%，点过热烧嘴。开过热烧嘴风量控制FIC1004；到辅操台按“过热烧嘴燃料气复位”按钮；开过热烧嘴考克DO073DO092；开燃料气去过热烧嘴流量控制器FIC1237；开阀LLV161；到辅操

46、台按“过热烧嘴复位”按钮。当过热烧嘴点着后，到辅操台按“FAL67-加氢”按钮，加H2；关事故风门MIC30；关事故风门MIC31_1- MIC31_4；负荷从80%加至100%；当负荷加至100%正常后，到辅操台将101-B打连锁。点烟道烧嘴：开进烟道烧嘴燃料气控制MIC10；开烟道烧嘴点火枪DO219；开烟道烧嘴考克阀DO113-DO120。3.系统正常停车操作（1）停车前的准备工作按要求准备好所需的盲板和垫片；将引N2胶带准备好；如触煤需更换，应做好更换前的准备工作；N2纯度99.8（O2含量0.2），压力>0.3MPa，在停车检修中，一直不能中断。（2）停车期间分析项目停工期间，

47、N2纯度每两小时分析一次，O2含量0.2为合格。系统置换期间，根据需要随时取样分析。N2置换标准：转化系统中CH4（%）<0.5；驰放气系统中CH4（%）<0.5。（3）停工期间注意事项停工期间要注意安全，穿戴劳保用品，防止出现各类人身事故。停工期间要做到不超压、不憋压、不串压，安全平稳停车。注意工艺指标不能超过设计值，控制降压速度不得超过0.05MPa/分钟。做好触煤的保护，防止水泡、氧化等，停车期间要一直充N2保护，使压力保持在正压以上。（4）停车步骤接到调度停车命令后，先在辅操台上把工艺连锁开关置为旁路。. 转化工艺气停车总控降低生产负荷至正常的75%；到辅操台上点“停过热烧

48、嘴燃料气”按钮；关各过热烧嘴的考克阀DO073DO092；关MIC10，停烟道烧嘴燃料气；关各烟道烧嘴考克阀DO113-DO120；关烟道烧嘴点火枪DO219。当生产负荷降到75左右时，切低变，开SP-5，SP-5全开后关SP-4；关低变出口大阀LLV153；开MIC26，关SP-5，使工艺气在MIC26处放空；到辅操台上点“停101-J”按钮。逐渐打开FRCA4，使空气在FRCA4放空，逐渐切除进103-D的空气；全开MIC-19；空气完全切除后到辅操台上点“SP-3关”按钮；关闭空气进气阀LLV13；关闭SIC101。切除空气后，系统继续减负荷，根据炉温逐个关烧嘴；在负荷降至5075之间时

49、，逐渐打开事故风门MIC30、MIC31（14）；停101-BJA；关闭PICAS103。开101-BJ，保持PRCA19在-50Pa、PICA21在-250Pa以上，保证101-B能够充分燃烧；在负荷减至25时，FRCA2保持10000M3/H，开102-J大副线阀LLV15；停102-J，关PRC102；开108-D出口阀LLV48，放空。当TI1_105降至600时，将FRCA2降至50000M3/H；TR1-105降至350400时，到辅操台上按“SP-6”关J按钮，切除蒸汽；蒸汽切除后，关死FRCA2；关MIC19。在蒸汽切除的同时，在辅操台上点“停101-B燃料气”按钮；一段炉顶部

50、烧嘴全部熄灭，关烧嘴考克阀DO001DO072，自然降温；关一段炉顶部烧嘴各点火枪DO207DO215。. 辅锅和蒸汽系统停车101-B切除原料气后，根据蒸汽情况减辅锅TR1-54温度；到辅操台上点“停101-BU主燃料气”按钮；关主烧嘴燃料气考克阀DO121-DO123；关点火烧嘴考克阀DO216-DO218。当101-F的压力PI90降至0.4MPa时改由顶部放空阀LVV02放空；关过热蒸汽总阀阀LVV03；关LVV14，停加Na3PO4。关MIC27/28，停104-J/JB；关MIC1024，停止向101-F进液；关LVV24，停加DMKO；关LVV23，停加NH3；关闭LICA23，

51、停止向101-U进液。当101-BU灭火后，TR1-105<80时，关DO094，停101-BJ；关闭PRCA19；关闭PRCA21。. 燃料气系统停车101-B和 101-BU灭火后，关PRC34；关PRC34的截止阀LLV160；关闭FIC1237；关闭FRC1002。. 脱硫系统停车108-D降温至200，关LLV30，切除108-D加氢；关闭PRC1；关原料气入界区NG大阀LLV201；当108-D温度降至40以下时，关原料气进108-D大阀LLV35；关LLV204/LLV05，关进101-DA/102-DA的原料天然气；关TIC22L，切除141-C。4.事故处理根据生产经验

52、，该工段可能出现的主要事故有：压缩机故障、原料气系统故障、水蒸汽系统故障等。现就常出现的事故及事故处理措施介绍如下：（1）101J压缩机故障总控立即关死SP-3，转化岗位现场检查是否关死；开SP-5，待SP-5全开后关SP-4。总控全开MIC19；总控视情况适当降低生产负荷，防止一段炉及对流段盘管超温；如空气盘管出口TR-4仍超温，灭烟道烧嘴；如TRC-1238超温，逐渐灭过热烧嘴。加氢由103-J段间改为一套来H2（103-J如停）。与此同时，总控开PRC-5，关MIC-21、MIC-20、103-J打循环，如工艺空气不能在很短时间内恢复就应停车，以节省蒸汽、净化保证溶液循环，防止溶液稀释。

53、当故障消除后，应立即恢复空气配入103-D，空气重新引入到二段炉的操作步骤同正常开车一样，防止引空气太快造成触煤床温度飞升损坏，TI1-108不应超过1060。开车步骤如下：按正常开车程序加空气，当空气加入量正常，并且高变温度正常，出口CO正常后，联入低变；净化联106-D开MIC-20。开103-J前，如过热火嘴已灭，应逐个点燃；逐渐关MIC-19，保证FI51量为2.72t/h；合成系统正常后，加氢改至103-J段间；点燃烟道烧嘴。转化岗位全面在室外检查一遍设备及工艺状况，发现问题及时处理；总控把生产负荷逐渐提到正常水平。任务二、合成氨净化工段工艺仿真实训一、认知工艺流程 合成氨净化工段工

54、艺流程见图1-12所示。图1-12 合成氨净化工段工艺流程图1.脱碳变换气中的CO2是氨合成触煤（镍的化合物）的一种毒物，因此，在进行氨合成之前必须从气体中脱除干净。工艺气体中大部分CO2是在CO2吸收塔101-E中用活化溶液进行逆流吸收脱除的。从变换炉（104-D）出来的变换气（温度60、压力2.799MPa），用变换气分离器102-F将其中大部分水分除去以后，进入CO2吸收塔101-E下部的分布器。气体在塔101-E内向上流动穿过塔内塔板，使工艺气与塔顶加入的自下流动的贫液（解吸了CO2的溶液，温度为40）充分接触，脱除工艺气中所含CO2，再经塔顶洗涤段洗涤除沫后出CO2吸收塔，从101-

55、E出来的净化气去往分离器121-F，在管路上由喷射器喷入从分离器(102-F)来的工艺冷凝液，进一步洗涤。净化后的气体，温度达44，压力为2.764MPa，送去甲烷化工序（106-D）。从CO2吸收塔101-E出来的富液（吸收了CO2的溶液）先经溶液换热器(109-CB1/2)加热、再经溶液换热器(109-CA1/2)，被CO2汽提塔102-E出来的贫液加热至105，进入CO2汽提塔(102-E)顶部的闪蒸段，闪蒸出一部分CO2，然后向下流经102-E汽提段，与自下而上流动的蒸汽汽提再生。再生后的溶液依次进入变换气煮沸器(105-CA/B)、蒸汽煮沸器(111-C)，经煮沸成汽液混合物后返回102-E下部汽提段，气相部分作为汽提用气，液相部分从102-E底部出塔。2. 甲烷化因为碳的氧化物是氨合成触煤的毒物，因此在进行合成之前必须去除干净，甲烷