摘要：本文介紹了比值控制系統在攀鋼煤化工廠氨分解生產過程中的應用，從特殊的生產工藝及設備安全角度充分考慮開發、應用了相應的比值控制方案，滿足工藝生產的需要，應用較為成功。
關鍵詞：比值控制系統   氨分解   應用

0 引言
      在化工生產中，經常需要兩種或兩種以上的物料按一定比例混合或進行化學反應，一旦比例失調，輕則造成產品質量不合格，重則會造成生產事故或發生人身傷害，給企業帶來較大的損失。例如氨分解工藝中的氨分解爐，入爐煤氣和空氣應保持一定的比例，否則將使燃燒反應不能正常進行，而煤氣和空氣比例超過一定的極限將會引起爆炸。比值控制的目的就是為了實現幾種物料符合一定比例關系，以使安全生產正常進行。

1 比值控制系統原理簡介
      比值控制系統是一種物料量隨另一種物料量而變化的自動調節系統，根據實際生產過程的不同要求，常用的比值控制系統有定比值控制系統和變比值控制系統。
      定比值控制系統有開環比值控制、單閉環比值控制系統及雙閉環比值控制系統三種形式。其共同特點都是以保持主流量Q1和副流量Q2比值一定為目的，比值計數器的參數經計算設置好后不再變動，工藝要求的實際流量比值r也就固定不變。由于此類控制系統只考慮如何來實現兩物料流量之間的比值關系，未考慮兩種物料混合后最終質量是否符合工藝要求，因此從最終質量看這種定比值方案，系統是開環的。
       變比值控制系統中引入了第三個參數——以反映質量指標的主參數y，和以兩個流量比r為副參數所組成的串級控制系統。實際工業生產過程中存在著除流量干擾以外的其他干擾，如溫度、壓力、成分等隨機干擾，當這些干擾引起主參y變化時，通過主反饋回路使主控制器輸出變化，以保持主參數穩定。 對于進入系統的主流量Q1受干擾變化，比值控制回路快速隨動跟蹤，使副流量按Q2=r Q1關系變化，以保持主參數y穩定，它起到了靜態前饋作用。對于副流量本身的干擾，同樣可以通過自身的控制回路克服，它相當于串級控制系統的副回路。其系統方框圖如圖1所示。
 

圖1： 變比值控制系統方框圖

2 氨分解工藝及控制系統設計
2.1 工藝簡介
       由脫酸蒸氨工序來的氨汽經分縮器冷卻到86℃左右，進入氨分解爐, 在高溫和催化劑的作用下，將NH3和HCN等氮化物進行還原分解，生成N2、H2和CO,氨分解爐中的主要反應如下：
NH3→1.5H2+0.5N2           △H=+2922KJ/Kg•NH3   （吸熱反應）
HCN+H2O→1.5H2+0.5N2+CO    △H=+62KJ/Kg•HCN   （吸熱反應）
      以上反應均為吸熱反應，為維持爐內的高溫必須不斷的向爐內通入煤氣和空氣。工藝流程圖見圖2。分解所需溫度是通過調節煤氣量而達到的。煤氣由煤氣風機K-6102A/B加壓至0.03～0.04Mpa，進入氨分解爐頂部；空氣由空氣風機供給，并經空氣預熱器預熱至130℃左右后入爐。氨汽與熱的燃燒氣體一起從上至下通過分解爐的催化床，經反應分解后產生1050～1150℃左右的熱過程氣體，送廢熱鍋爐裝置。
 

圖2：氨分解工藝流程圖

2.2控制方案選擇與比值計算
      通過分析氨分解工藝可以看出，氨分解爐催化層溫度是反應過程的主要指標，而影響溫度的主要因素是煤氣和空氣的比值，保證了混合器的煤氣與空氣的比值，基本上也就控制了氨分解爐的溫度。當溫度受其它干擾（如觸媒老化等）而發生變化時，則可通過主控制器（此處為溫度控制器）改變煤氣與空氣的比值來補償，以滿足工藝的要求。在控制方案選擇時，引入了雙閉環變比值控制系統，見圖3。 

 圖3：控制系統方框圖
      控制好氨分解爐催化層溫度，主要是控制好氨分解爐中煤氣和空氣的配比燃燒。選煤氣作為主流量Q1，空氣作為副流量Q2，構成比值控制回路，主參數為催化層溫度y，與Q2/ Q1構成串級控制回路。主調節器選擇PID控制規律，副調節器選擇PI控制規律，調節作用為正作用。
煤氣和空氣流量測量均采用環室噴嘴差壓變送器，流量與差壓的關系為

3 比值控制系統的實現
3.1攀鋼煤化工廠煤氣回收系統采用的是FOXBORO公司的I/A  Series開放型DCS工業控制系統，氨分解工藝控制系統采用氨分解爐比值調節系統中間過程計算及其控制是計算機功能模塊來實現的。
3.2 I/A  Series系統硬件安裝到位，所做的工作就是把控制方案組態到機器上，需要的控制方案已經確立，在計算機里進行控制組態（選擇一些控制需要用的組合模塊，這些模塊的功能將代替儀表中的調節器、開方器、比值控制器等）、流程圖的建立與組態（在計算機上建立工藝流程及其數據的連接便于生產操作）、報警顯示和報警組態等。

4 需要解決的問題
4.1在實際控制過程中對系統的干擾除溫度、流量干擾以外還存在如壓力、成分等隨機干擾，這些干擾使分解爐煤氣和空氣比值要隨時調整，而這調整是靠人工取氨分解尾氣中氮氧化物含量高底來定的，這人工取樣化驗過程緩慢，不能及時消除干擾。
4.2可以在氨分解尾氣管道上安裝一個分析儀，直接將分析結果信號傳入I/A  Series系統做一MATH 數學運算模塊，運算結果連接到比值控制塊。

5 結束語
       比值控制系統在氨分解的生產過程中較為成功的應用，取得了較好的控制效果及經濟效益，值得在化工企業廣泛應用。

參考文獻
林德杰  機械工業出版社  《過程控制儀表及控制系統》  2004.6
上海•福克斯波羅有限公司 《I/A  Series系統及應用》 二00一年 第四版