合成装置仿真培训系统软件说明书

--合氨工艺成段仿真件操作手册四川大学化工学院工程实验中心2009年1月----目录章原理┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2一、氨成反应的特点┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2二、氨成反应的化学平衡┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2三、氨成动力学┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3四、影合成塔操作的各种因素┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4五、氨成主要设备┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11第二章装置概┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15第一节工艺流程简┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈第二节艺仿真范围┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17第三节控制路揽表┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17第三章装置冷态开工过程┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19一、合成系统开车┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19二、冷冻系统开车┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20第四章作规┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈第五章装置正常停工过程┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈24第六章事故表┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25第七章自动保护系统┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈27第八章下位机画面设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈28--2p3222p322--第九章操作评分信息┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈第一章原理氨的氨厂最工序，在适度、压催化剂的件下将经精制氢氮和气接合氨后生气从成为氨的混和气体中离出来产品液氨，分离氨氮气体用一

氨合成反应的特点氨合成的化学反应：31H2

NNH23这一化学反应具有如下几个特点（）是可逆反应。即在氢气气（）热反应。在生成氨的同时放出热，反应热与温、压力有关（）是体缩小反。（）反需要有催化才能较快进行。二氨合成反应的化学平1、平常合反应的平数p()K=1(H)•0N)2

K

p

示：中p(NH)、p)、p(N)-----平衡态氨、、氮分。由按成应可、放热、体积缩小反应，根据平衡移定律可知，低，提高压力，平衡向生成氨的方移因此平衡常数增。2、平衡含

反应达到平衡时在混和气体的百含量，称为平衡氨含量，氨的平。平衡是给条件下反应能最大限度。计衡常数目为了求衡氨含量。氨含量压平衡常、--23相中气相中的23相中气相中的气相中的--性气体含量、氢氮例的关系如：

Y()31NH)]3i

•Pp

r.51r)

2式中

(NH3

平时氨体积百分Yi

惰体积百数p-----压K

p

平常r------氢氮例式可，温降低压力高时等式增因衡量加。所以在际产中氨合反应在压进行。三

氨合成动力学（）反应机氮与氢自气相面接近，其绝向催化剂毛细的内表面扩散，并在进行活。吸附氮与吸附氢氢进行应一次生成NH、NH、NH。后者至表面附进气空间。可将整个程示如下：N气相)附2附)2NH(附(气相)23上反过，气速当，剂度够，扩光内散因对反影响小，在铁化剂附速数很于氨的速氮的活步骤进慢，反应速键。这按得合反度由氮的吸度控制的（）反应速反速度是以单时内反应物质浓度的减或成物质浓度的加量来表生产中得高氨含时反速，以在位时间的氢和氮合成氨。氮催化吸附是氨合成、氮在催化剂面成等度表很均等和得的速度方程式如下：----(N)1

5()2()3

2

(NH)315()2W-----应的瞬时总度，为正反和逆反应速之差k、正逆度数12(H)(、(

为、、氨体的压。（）散影响当催的粒直径为扩散速度是反应百倍以上，故内扩散可忽略但当半径大时，扩散速度已经比反应，其影能忽视化剂的直径毛细孔（颗粒愈内的响愈。实生中在合成结和化层阻允的况下，当用度较小的催，以减小被扩散的影响，提高内面率，加快氨的生速。四

影响合成塔操作的各种因素1、响成应条：催的合成反可用式表示N3H2

3在的操作条件下，合成塔出口气中含约13.9%（分子没有应气体环回成，后变产。（一：温度对合成的影方面，影响平度及反。因为的反应的，高使氨浓度降时又使反，这表离平衡下，高时合就比较一面对衡的，温升高成就低不时，率总是温变合成是后的气际的氨的百分数条下上可能的的百数之。(二)压力：氨合成时体小分子数减，以平衡百分数力提高而加，同速度压的升高而加速，因提高压力反应(三

速在较高的气(速)下反应的时比较，以合----()MIC-22MIC-22()

3.01.03.0中一定3.01.0已发现内2.5~3.01.0了入混达到好H稍1.0同入端吹放控制烷及惰含则们将回中使升及生独把流生并述影．长；．媒；惰含；ⅣH操作决进工造工前----、成应操作制合系是从成气体压机的口管线开的，体(氮比为3的混合气的消量取于作件媒活以合成路的产，移的或应的体由缩来气不断进的，如气过量增至的极限新鲜气一段压缩前104-F吸罐空如果量，缩机减，回压降直的产量降低到与进来的气量成平为。为了成回路，可以个或件，且的控制如下：新气循气

合成塔的入口温氢氮高压出气量新气的纯度触媒的温度注意这里没有为一个控制条力的改变常其条件化的果，提高力为一目不其果化少合系统常是样操的，把压控制限下处吹量到小程，同把合塔维在足低的以触命新量空气常及合成温度适的件下，较低力通常是操下合回个条件的因，要的有常变化如果这了操够操作条件的变化进，这样能够改变一个或几进行要。成塔压力能或合合路增的要有：新气合成塔的温度下降合成路的气体成了适的氢氮比2.5~3.0循环气氨量增----循环气中隋性气体量增加：循气少；由于合成气不纯引触媒中毒触媒衰老。反过来明，与上述这些作用相反就会使压力降低。触的，单独地或地触媒温度的要因素有：(一)新鲜量；循气少；氢氮比比较接近于值2.5-3.0：1；循气含降低；合系压升高；进合的气近路冷)量；循环气中惰气的含量降低；由合不引起触媒中之后，接媒性又恢复。返过来说，与上述用相反触媒的温度下降。稳定的最适就是使最高低温度度还是够高以保证压力波动的稳定温会使触媒衰老并的活性降氢比单地或综使环气的：比变的要素：从转化净化系来的合成气的组成有变化；新气化：循环气中氨的含量；循环气中惰性气的含量有变化。在2.5-3.0：1.0左右氢氮变快会使度急变化。环气氨含：能独地综合使合进浓化素：(一高压氨分器106-F前的器冷却度化；----二)系压力成出口浓约为3.9，循气鲜混合后氨浓变为5，氨及06-F把氨冷和下以后，进塔混合气中的氨浓度约为％。循气的环性气量循气中惰气的要成份氩甲，这些气会逐地积起来使系的压升高而了气效，出的就单程合成下降控制统中气度法引部体经与吹气离罐后，合入中惰(烷)设计度为％分子)，是经证明惰气的度保得一，可以减少吹出气带走，氮的还可以增加。从上的合成操作讨论中以看：合成效率是受一节(2)”开头分列的各控制件的响的所有条是联，条生化对他条都会影响所以的操是操验对系作的各种因素的认识很好结，如其有一个生了的化，经验会作为了个变化，从而使系统的操作，可是变化都要地进以引起的。3合成的性化：合成是的的化制成的，和的作与，是化塔的进氨的以，加以化，把化还成上是的素。是这的条件下进的化的上以气逐高力及度，气与化的化合生，气体循以要可地这些，化程中量进个好的还的生的很少还的进，量增加为进还要相高的控一的压出量会一个高，后逐步减少还结。----脱活即：中的水度过高(2)热，但是度低，触媒还原进行得太慢，如果温度降得过分低，还原就会停止。在媒还期，力(或压力变化的影响是一个关键，当还原向下移动时，如果触媒的活不均匀的提高压力能产生“在触媒的部方还较底触媒促氢生氮反反放的热会使局部媒的度变太高难以制。还间维样力使原能均匀进行且在媒床同一平的差太提力时，生氨的反加速，降低压力时，生成的应会减。媒还可当的速行但速高还时愈，且在高的空速可以除沟流。媒原间成是环合塔当应经进时非重要的是循环气要尽可能地加以冷却设中不结危)，气体中的份冷凝除去后再新进合成，否水度气进经触媒，水汽会已经原过触媒降或，合的开始行的会冰下降就在低的温度气中的分。媒活化，原均行，这于触的。成触的还是在的始开时进，的部分。触媒：是的合气，不地保持活。，的体时，温度于触媒影，温度过度热的触媒，在时活下降，而在时不，但是重出不在这样的温，于度触媒影度一，但压力与变时会触媒的活较的降。在较压与或空速操作时下----CO状它初此引严及水汽(H)及子其重H（）及雾沉积真由被堵它引起及其10.0ppm----可能会带入杂质，一个容当进行检查。三合中水液的离在成中成的氨很地到不利反的序，所必连地从进塔合成环气把它去，是用列的器冷冷环从每净氨时的为-21.3℃在-11.7MPa的压，合成回路体里的氨冷凝并过冷-23℃以．后循中氨至2.42冷凝下来的液氨收集在器，用液位调节器(LC-13)调节后就送去进行产品的最后精制。五、氨合成主要备1．合成塔1.1构点氨合成塔是合成氨生产的关键设备，作用是氢氮混气在塔内催化剂层中合成为氨。由于反应是高压下因此要求合成塔不较高的度，且应高温抗蠕和松的能。同高高，氮钢显的腐蚀用，使成塔的工作条件更为复杂。氢对碳钢的腐作用包括氢脆和氢腐蚀。所氢氢于中使在变时生脆。氢是内，化分并生成FeC+2H23Fe+CH4+Q应的于有内压力过,应力中,,在钢中集而成,从使的结到,械下。下,氮中的它很合生成而脆的氮化使钢的机械能。为应氨合反应条件，合在氨合成塔由内件和分件于内进塔的温较过的环内设有温层以因主高----作压力与大气压差不承受高温，可普通低合金或优碳钢制。内件在℃右高下操，但承受气内流差般有兆帕，只承受承受高而降件材料的要求件一般合制塔小件纯作件化、换电热器个主部分成，型氨成塔件不加，塔热炉热。1.2分类构于合反应适温随氨量增逐降，随反得进要在催化层取温措。降方法同氨成塔分以下类冷式。在催化剂设置冷却管，反应前度较的原料气在冷管仲流动，应热，应温度将原热到反。根据构不同，为双套套管、不同冷管式结构复般用于小型合成氨塔。冷式。将化剂为多层气体经过每热应温度高后，通冷料气之合，温降低进下一化冷结单加反应得冷料气，低氨合成，一般多用于大型氨合成塔。换式。将催剂为层，在层设置换器一反的高温气体换热器降温，进下一进反应。2.合压型的合成采以动式组要由主、动、系、系和置组成。2.1压作式压的和类，气体从中在高的的用作径出在动的动，得的过流过的，气作。气一方受到力的增气力一又----得到的动能离开叶这部能在通后的扩、回流弯道的过程转变为压力能，一使气体的压提高。心式缩机，气经过个叶压缩力高限因要压较高下，通许多级个接连续地缩，直末一级出口达到所要压缩机的叶轮的总压头也愈体经过温度升要求压高时将气体一定的后，从缸内在外设冷却降后再一级继。这样却次数的多少，将缩机分成几段，个段可以是一级多级。2.2离心式压缩机的喘振现象及防止措施心压机的振是作不，进气体过生种常。口体流不适地减到一值时气体叶流低体沿流动，背面形的涡流至充叶道而塞住，能在流区转而不出。这系统的气压出流压，时进口量的。然压机常作，压体当压出进然，流出一种在时而出气出道低、的流速级叶轮是缩产生振这现为振喘机是的，振动分产生部，时过甚至成轮。当喘生设大口。是防振，将压机口一部气经回流压的口或出，低出口力。2.3离心缩的心式缩机转定大部成、轮部成所转部外部定。在以转叶式压缩要，有个片，以压缩气体。----体经片压后压升高因而个叶侧到压一产方指向压端轴向力，使转向低窜严可子子摩擦和为了消推力，端外平衡盘轴承。盘一边高压体相，另边与压气相通两压所的平向力。心式缩机定子气缸扩压、弯回、、、等组。气也称壳，为水剖分垂直两式平就机成下分盖打这多低垂分筒构圆筒形端盖组用于高缸内隔板，隔开，成扩压器和道回器。为防级窜或外气都有间和密。离心式压缩机的辅助设备有中间冷却器、气液分器和系统。2.4汽轮机的工原理轮机称为汽透，是蒸汽功的式机入的、蒸，由嘴喷，经压后，成的气一向动汽转的动叶片，动转子一定旋转，而蒸汽的转成机。于转方式不，汽机分动动两在动式蒸在喷叶片受气动在汽轮中，不喷嘴中而在叶中，动片气动力，时蒸汽在叶片中时产生的作力。汽机中轮级不可分两。力不，汽可为压式、气式气气式压轮蒸功一温和力汽轮机工使用气式蒸汽轮气在做后，部入冷器结水气气式汽的在做，分在中间作为用部在气缸功，后冷器。装----第一节工艺流程简述一、成系统从甲化的鲜℃2.6MpaH2/N2=31先经缩分离(104-F)机(103-J)低，压机压将鲜压到成要的最压力二分之左，出低压段新鲜气先用甲烷化进料气却至93.3，经水器(116-C)至38,后氨冷器(至℃与氢回收的氢气混进入间分离105-F)，从间罐来的氢氮气进成气压缩机高压段合成路的环气经压压缩的氮混合压机循段环段出来的合成气进合成系统水冷器(合成自最终冷却124-C来后，分两路继续冷却路串联通和循环气氨冷器117-C和118-C的管，却质都冷用氨，一通就地的流后，在成塔进和气热器120-C壳侧冷却，两新鲜气和循环氨冷器119-C中三级氨槽112-F来冻用液氨进行冷却，冷却至℃。气体经过管进入高器106-F前个冷器冷凝下的循环气中的氨在中分，分离出的液氨送往冷冻中间闪蒸槽(107-F)。从氨离器出后循就入成塔进气--新和循环换热器120-C管侧，从的艺气体中热，然后又合塔进气--出换器121-C)的侧再由HCV-11控入成塔105-D)，在121-C管出处分气体成分是一门的双向爆板装，是用来护的热器防换热器的侧压致差大引破。合气由成塔105-D的塔底入下上入成塔由MIC-13接到一层的口，控处一路冷管，两个间换热器控二、第三层口要分用、15和16进节气体过最一，下地气体导管侧，热量进来的气由105-D的出口引出------121-C103-J()108-FMIC-18108-F125-C108-F107-F(102-B)FI-62FAL-85FI-62MIC-17102-B二、闪蒸槽蒸不凝性通过PICA-8作107-F面LI-12减位LICA-12三蒸闪闪作冻冻闪蒸操力别:0.4MPa(G)0.16MPa(G)三闪第、二、三相们按虹吸理冻操作闪对吸蒸闪别(105-J)别槽(109-F)级减闪蒸蒸第(117-C)作(103-J)(129-C)闪蒸(126-C)(129-C)(126-C)蒸二级闪蒸110-F111-F111-F第二作冻三级闪蒸112-F119-C(109-J)----氨贮槽贮存。由三闪蒸来的气氨进入氨压缩机(105-J)一段，一段出口与111-F来气氨合进入二压缩，二段口气氨先压缩机中间冷却冷却，与110-F的氨汇合进入三段缩，三段出口的氨经氨冷凝(127-CA、CB)，冷的氨入收(109-F)。109-F中的蒸气去闪蒸氨冷，冷分来液氨回不凝作燃料气一段燃烧109-F中液氨一部分减压后送至一罐氨产品经热氨产品泵送尿素装置。第二节围A合成氨系统反器：D炉：—换热：124—C、120—C、—117—C管118—C（管119—（管侧—、125C（侧）分罐：—F106、—压机：—（工艺管线）冷冻统换器：、147—、—C壳—（侧118—（侧119C（侧125—C（壳）分离罐：107—、109—、110—、—、112F泵1—3p—1、109压缩机：105—（工艺管线部分）第三节揽宁夏化工厂合成氨装置合成工段仿真训系共涉及到仪表控制路如下，这些回路的详细内容见下，表给出了仪回路的公位号、回路描述、工程位、常定正输。些容操参。仪表回路览表合成系统----回名称

回描述

单元值出PIC182104-F压制PR速控制PIC194107-F压制

MPA2.650MPA2.650MPA抽出流量控制11700抽出流量控制12000

压缩总出控制50LICA14罐位元控制50冷冻系统回名称

回描述

单元值出109-F压力控制107-F力控制PR112-F压力控制

5050KPA2.850抽氨气流控制24000抽出气流控制19000FIC11110-F抽氨体量控制0液氨产量制LICA15109-F罐位元控制LICA16110-F罐位制LICA18罐液控制LICA19112-F罐位制LICA12107-F罐位元控制

KG/H%50%50%50%50%50第三章装置态开工过程----一、成系开车

投用LSH109(104-F液位锁（105-F液位高联锁制画面）打开（成工段场,工气引入104-F,PIC-182（合段设在投自动显示合成塔压力的表换为低合成工段现场合成塔）投用图合工段现场阀进却)图1合现场阀锅炉预成塔合成现阀VX0014)，打阀VV077，VV078投用图1成段场成塔右进处)。按103-J复（助盘面动（成段场动钮开117-J注液氨在冷冻系统现场画面）开MIC23,HCV11,把艺气引入合成塔105-D,）逐渐关小防喘振FIC7,FIC8,FIC14开付线VX0036均压（段间开SP1,开（场图画面上）SP72前旋塞阀合成塔现场图）当合成塔压力达1.4Mpa时换高量程场图成旁）关SP1付阀VX0036，关SP72及旋阀VX0035关HCV-11开PIC-194设在，自（108-F出口调阀）开入旋阀VV048，开。开旋阀VX0034,使工艺循起。打开顶MIC18阀为（合成图）用锁（控盘画）打开（合成统料气点火（合成现场图,合塔开始温开MIC14调成中层度开阀MIC15,MIC16,制成下层度合成塔现场图）停117-J,止合成注氨----设在自动。冷冻工段图LICA14设定在投自，设在自动。(成工段图当合成入口温度到反温度时,关MIC17,102-B熄火时打开门HCV11预热原气。关入旋阀，场打开氢充阀VV060。开冷起调合上温度106-F液位LICA-13达时开阀LCV13,把氨引入二、冻系开

投LSH116(110-F液锁液位联,LSH120(112-F液位高联),PSH840,841联锁辅控盘投127-C(冻现阀进却水；打开充阀门VV066，立80%液位（LICA15至）后充液；4.PIC7设定值为1.4MPa投自；

开三个制冷阀(在场开阀，，VX0007)；按105-J复位按钮,然后启动现场图开启动按钮开口总阀VV084开阀；开阀LCV15（开）立110-F液位开129-C的止阀（在现场图开阀（开建立111-F液，阀）建立112-F位用125-C（开门）当开，111-F送氨开开）112-F氨关冷阀(在场图关阀VX0005，，VX0007)当达,启动向输送冷氨当达,启动向输送热氨----第章作程合岗位主要指标A、温度设值序号号

说明

计（位）TI1_32

出103-J段工艺气温度入103-J段工艺气温度工气后温度工艺气后温度工气后温度工气后温度入103-J段工艺气温度工气后温度工气温度工气温度工气温度工气温度

120403810-9-23.338166-23.314023.2107-F罐温度109-F罐温度15TI1_37110-F罐内温度16TI1_38111-F罐内温度17TI1_39112-F罐内温度

-23.3404-13-33

合成一入温度合成一出温度合成二中温度合成三入温度合成三中温度加炉102-B膛度合成二中温度合成二入温度--

401480.8430380400800430419.9--TRA1_120TR5_(13-24)B、重压力设计

合成二出温度合成二出温度合成三出温度合成三出温度工气经后进温度合成一入温度合成一出温度合成塔二段中度合成三入温度合成三中温度合塔度气度合塔105-D塔壁温度

465.5465.5434.5434.5380401480430380400301144140.0序号

位号

说明

设计值（单位MPA1PI59108-F顶力2PI65103-J段入口流量3PI80103-J段出口流量4PI58109-J/JA后压5PR621_3P-1/2后压6PDIA62103-J二段压C、重流量设值

10.56.012.52.500序号

位号

说明

设计值（单位KG/H）1FR19104-F的出

110002FI62

经开工加热炉的工气流量--

60000--FI63FI35

氢量抽量

7500200005FI36107-F到111-F的流量

3600第五章装置常停工过程----、合系统关阀MIC18弛气(图108-F)停泵1-3P-1/2图3现场）工由MIC-25放（1）,103-J降转此无需作）4依次开FCV14,FCV8,FCV7,注防振逐关MIC14，MIC15，MIC16，合成降106-F液位LICA-13至5%时,关LCV-13108-F位LICA-14至5%时,关LCV-14关SP1,SP70停125-C,129-C（图3现场阀VV085，VV086）10、

停103-J二、

冷冻系统停车渐阀FV11，105-J降转速（此无需操作）关MIC-24液位LICA-12降至关LCV-12图3现场三个制冷阀VX0005，VX0006，VX0007,提高度蒸发剩液氨5、待112-F液LICA-19降5%时泵109-JA/B6、停105-J第六章事故列表----跳车原：105-J跳车；FIC-9，FIC-10，FIC-11全。LICA-15，LICA-16，LICA-18，LICA-19逐渐下降。方：

停，出口。全开FCV14，7，8开MIC25放，103-J降转速（处无需操作按SP-1A，SP-70A关，MIC-24回去105-F截止。5.LCV13，14，12手关掉。

关MIC13，14，15，16，MIC23停109-J关口阀。8.LCV15，LCV16A/B，LCV18A/B，LCV19置动。（2）跳车原：1-3P-1车现：109-F液上方：打开LCV15，调整109-F液。启备。109-J跳车----原：109-J跳车现：112-F液位LICA19上。处：关小LCV18A/B，LCV12。启动备用泵103-J车原：103-J跳车：，SP-70全。FIC-7，FIC-8开。PCV-182开。方：打开MIC25，调系压力。关闭MIC18，MIC24，回收去105-F截止阀。3、105-J降转，冷调位。停1-3P，关口阀。LCV13，14，12关。关MIC13，14，15，16，HCV1，MIC23。切除129-C，125-C。停109-J，出阀。第七章自动保护系统----在装紧急事法维持产时制事故，避免蔓延发生性，保装置安并在事故排及恢复生产，1.正常生产自保切换位置表示自投。2.开车中,自保切开关”BP（Bypass）”置,表保。自名

自值第八章下机画设计----一、计1DCS画颜色显操方法与实DCS保一致，一般调节阀的流通能力按正常开度为50%设计二、现场操作画面设计．场操作面设计明：现操面在DCS画面的改进而，大多数现场操作都有与之对应的DCS流图画。均Ｃ字束。现画光变为形可作点。现画的拟手操阀如开阀和泵操方法与DCS画面上的操作方法同。画上红、及工示些设关”状，绿色表示设