摘  要   本文給出了合成氨生產中氫氮比的一種就技術方面的控制技術的交流。幾乎所有的合成氨裝置對氫氮比的控制都存在一定的問題。氫氮比系統是一個超大時滯系統，大時滯系統的控制問題是過程控制中的難題,超大時滯系統的控制更為困難。

關鍵詞  氫比； 大時滯系統；自動調節

前言
       合成氨工藝是氮肥生產的主要手段之一，國內合成氨技術要是煤化工制氨 ，由于技術的原因大多都是間歇式煤氣爐，因此合成氨的重要技術還是煤氣造氣技術。如何能更好的多造煤氣而少燒煤是各個合成氨廠都需要解決技術問題 ，其中氫比控制是其重點改造技術之一。

一 氫比演變規律

      氫比調節的主要測量信號普遍采用入熱導式氫比表信號。正確認識從造氣到合成整個流程中氫比演變規律是搞好調節的基礎。規律主要為二點：從造氣到合成塔入口基本為純滯后，各點氫比測量曲線呈簡單相似現象，并含有一定的容量滯后。合成塔前塔后氫比信號呈微積分關系。
      好的調節系統必須要有清晰的各測量點氫比偏差記錄曲線，據此可發現演變規律，監視分析調節效果，計算開表數據。事實證明，以物料平衡來計算的偏差傳遞幅度比例與記錄曲線上的比例對照相去甚遠。

二  測量點分布與給定值重給

        氫比自調的首要困難是大純滯后，多點均布氫表測量點是縮短滯后效果的最好辦法。第一測點仍以脫硫為好，雖然其給定值波動較大。第二點以脫碳為好。第四測點是循環氫，為主控對象由于新鮮氣氫比信號完全可由循環氫比信號經一定運算而替代求出。所以第三測點定為脫碳后計算替代，測點間滯后時間分布約均勻越好，由此調節靈敏而不易振蕩。
      合成塔前各測點氫氮比為3：1時氫比給定值重給問題，以及造氣爐收氮平均時間給定問題是氫比自調中最重要而困難的問題，往往又最被忽視。事實證明普遍選用的單純積分方式串級調節修正給定值方案在氫比自調中是錯誤的，我們選用的為預期曲線與實效曲線對比的方案，收到良好使用效果。

三  合成塔控制點的問題

      由于色譜測量Ar不連續，價格高，維護難，大部分廠目前采取的還是以甲烷定合成氫比控制點的控制點的恒氫調節方法。由于目前大多廠甲烷值穩定在15%左右。波動不大，加上不同觸媒活性點不一致觸媒老化時活性點氫比變高，再加上甲烷，氫氣表測量誤差大，氫比表校表樣氣與在線實測氣組分不一致而實測氫有誤差。因此在實際運行中很難弄最佳氫比比值調節。
       事實上各廠對合成塔處于那個氫比值反應好心中是有數的，其主要標志為同樣的打氣量，同樣的合成爐溫，氨冷溫度等其他操作條件下合成塔壓力最低。基于上述原因，我們認為恒氫調節好實現，又實用考核也方便，目前仍是最優控制方式。

四   控制方案的比較

       在測量點均布，給定值有較好的修正方法前提下有目的地選擇比例，積分，微分組成多點并級PID調節系統不失為較穩妥方案。

氫比自動調節控制方案原理圖

      因為他是連續調節，調節靈敏 ，波動小，對后續工段操作影響小，應該是氫比調節中的主要選擇方案，實際效果也不錯。脈沖式加氮、扣氮調節傳遞信號快，能阻斷自激振蕩，但目的性不強，對后續工段操作工藝影響大，只能作為輔助調節手段。

五  影響氫比調節效果的主要問題
  
       設備不同效果不一樣，首先是從造氣到合成的滯后時間，開滿量時一般化肥廠為30分鐘聯醇味45分鐘，開尿素為50分鐘開尿素又聯醇為60分鐘。流程為一頭一尾的明顯好調，一頭兩尾最難調。

        運行主要故障是氫比表斷氣，取樣信號滯后。就減少干擾來源是調節效果最重要決定因素，即使是最好的調節系統，也要看干擾是否頻繁。典型干擾有：各爐產氣量不平衡；加煤歇爐不均衡；交班減吹風動上下吹時間以爐溫曲線好看，此項最不好；爐溫波動引起的CO 含量波動影響脫硫氫給定值; 變換率變化影響脫碳氫給定值；聯醇產量變化引起各給定值波動，此項影響較大；加減量頻繁的廠調節系統再好也調不好氫比。

氫比控制曲線圖

      操作工能根據造氣爐收氮量修正曲線判斷造氣爐造氣量不穩原因，首先把爐況調整到最佳狀態，同時要兼顧第一第二氫比測量給定值修正曲線波動，分析工藝原因加以改進。沒有這三條修正曲線的調節系統將無法分析氫比自調失敗原因，調節效果自然就差。
      作為調節執行手段，控制上吹加氮對爐溫有正反饋影響，實踐證明對第一測量點給定值有影響，而控制回收對爐溫影響為負反饋。所以調節應以調回收時間為主，上吹加氮適量輔助。應千方百計增大回收時間，吹風后期CO 含量約10%，但流量大，1秒回收的CO 標準體積產量與上吹制氣中H2、CO 標準體積產量相當，吹風氣回收的煤氣產量是不用煤耗的，上下吹制氣則要耗煤。必要時可減吹凈或上吹中的加氮時間來換回更多的回收時間。回收平均時間在4秒，以上調節氫比效果較佳。聯醇時做到有足夠的回收將極為困難，應爭取平均回收不少于2.5秒。

六     氫比自調的效益與造氣爐工藝優化
     根據合成氨的化學方程式
    N2+3H2→←2NH3+熱量
       在打氣量不變的情況下，氫比自調好表現為合成塔壓力低壓力低反應馬上逆轉，方程式平衡右移，最終是液氨產量與打氣量在新的較低壓力條件下取得新的動態平衡，也就是不能輕易增產?？刂坪每赡軙p少防空量，當很有限，壓縮機電耗與合成塔壓力的對數成正比。所以最大效益應該是合成塔壓力低空出肚量，如打氣量增加了可增產，不能搞無米之炊，一定要造氣爐多產氣才能增產，由此而得的增產效果十分顯著。
      在造氣程序設計中，有了較好的造氣爐收氮量平衡點重給方案，并畫出了平均收氮量（回收時間上加氮時間中值）曲線。由此指明了造氣爐發氣量變化，據此可作為造氣爐工藝參數優化的依據，由此可定各程序時間分配及蒸汽用量加氮閥開度等的最佳位置。優化工作真正有效的。實測發氣量變化相當于回收時間3秒左右的變化，即10%的氣量變化，可見增產潛力很大，這就是氫比自調工作最大經濟效益所在。

結論

      氫比自動調節能更好的解決合成氨的系統穩定性問題，更能解決高產穩產的目的。由此降低煤耗和生產成本，大大提高了生產效益。