畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-合成氨工業(yè)的主要工藝分析及安防設(shè)計(jì).doc

目 錄摘要：3abstract41概述51.1合成氨的工藝流程71.1.1原料氣制備71.1.2凈化81.1.3氨合成92.氮?dú)浔瓤刂?22.1控制方法122.1.1先進(jìn)控制122.1.2優(yōu)化控制132.2氮?dú)浔瓤刂品桨冈O(shè)計(jì)132.2.1基于先進(jìn)控制算法的氮?dú)浔瓤刂?32.2.2基于先進(jìn)控制軟件包的氮?dú)浔瓤刂?42.2.3基于優(yōu)化常規(guī)過程控制（pid）的氮?dú)浔瓤刂?42.3氫氮比控制方案比較152.4推薦合成氨裝置氫氮比優(yōu)化控制設(shè)計(jì)方案163溫度173.1反應(yīng)速度173.2對(duì)溫度的控制173.3多段冷激式氨合成塔溫度先進(jìn)控制184.壓強(qiáng)205.催化劑215.1催化劑在還原前的化學(xué)組成及其作用215.2催化劑的還原與鈍化215.2.1催化劑的預(yù)還原215.2.2催化劑的還原與鈍化215.3催化劑中毒與衰老226合成氨的危險(xiǎn)分析236.1環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別236.1.1化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別236.1.2生產(chǎn)工藝和設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別236.1.3重大危險(xiǎn)源識(shí)別246.2風(fēng)險(xiǎn)防范措施及應(yīng)急預(yù)案246.2.1降低事故發(fā)生概率246.2.2減小事故污染排放量247合成氨工藝中的設(shè)備改進(jìn)方案267.1改造變換爐267.2改進(jìn)合成塔內(nèi)件267.3改進(jìn)銅塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)267.4改造銅液再生器277.5改造洗氣塔277.6增設(shè)降溫清洗三用塔288合成氨裝置腐蝕與防護(hù)298.1碳鋼-液氨體系298.2奧氏體不銹鋼-氯離子體系308.3氫腐蝕318.二氧化碳腐蝕329、結(jié)論339.1 安全管理339.2 合成氨技術(shù)的未來發(fā)展趨勢34參考文獻(xiàn)37謝辭38綜述39摘要：氨是重要的無機(jī)化工原料，也是化肥工業(yè)和有機(jī)化工的主要原料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。合成氨工業(yè)的工藝復(fù)雜，合成過程中會(huì)產(chǎn)生多種氮?dú)浠?。怎樣控制氮?dú)渲龋股傻陌睔庾畲蠡?，是合成氨的工藝分析的主要任?wù)。其中合理的使用催化劑和控制溫度也是使氨氣最大化的主要措施。另外，在合成過程中會(huì)產(chǎn)生多種有害物質(zhì)，怎樣控制有害物質(zhì)，使有害物質(zhì)盡可能的轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)也是合成氨的主要任務(wù)之一。關(guān)鍵詞:合成氨 ；氮?dú)浔?；優(yōu)化控制 ； 安全防護(hù)abstractammonia is an important inorganic chemical raw materials, chemical industry and organic chemical is the main raw material, plays an important role in the national economy. complex industrial process ammonia synthesis process will produce a variety of nitrogen hydride. how to control the ratio of hydrogen and nitrogen to ammonia generated to maximize the process of synthetic ammonia is the main task. rational use of them and control the temperature of the catalyst is the main measures to maximize ammonia. in addition, in the synthesis process will produce a variety of hazardous substances, how to control hazardous substances, so that harmful substances into harmless substances as possible is one of the main tasks of synthetic ammonia.key wordsammonia；ratio of hydrogen and nitrogen；optimal control；safety合成氨工業(yè)的主要工藝分析及安防設(shè)計(jì)1概述氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，除氨水外，諸如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥都是以氨為原料生產(chǎn)的。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。從氨可加工成硝酸，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中，常將硝酸生產(chǎn)歸屬于合成氨工業(yè)范疇。合成氨工業(yè)在20世紀(jì)初期形成，開始用氨作火炸藥工業(yè)的原料，為戰(zhàn)爭服務(wù);第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,轉(zhuǎn)向?yàn)檗r(nóng)業(yè)、工業(yè)服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)氨的需要量日益增長。50年代后氨的原料構(gòu)成發(fā)生重大變化，近30年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快。 我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況，解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠，解放后合成氨工業(yè)有了迅速發(fā)展。1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.6萬噸，而1982年達(dá)到1021.9萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。近幾年來，我國引進(jìn)了一批年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠設(shè)備。我國自行設(shè)計(jì)和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠。這些化肥廠以天然氣、石油、煉油氣等為原料，生產(chǎn)中能量損耗低、產(chǎn)量高，技術(shù)和設(shè)備都很先進(jìn)。 世界合成氨工業(yè)概況生產(chǎn)能力和產(chǎn)量。合成氨是化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)量很大的化工產(chǎn)品。1982年，世界合成氨的生產(chǎn)能力為125mt氨,但因原料供應(yīng)、市場需求的變化，合成氨的產(chǎn)量遠(yuǎn)比生產(chǎn)能力要低。近年，合成氨產(chǎn)量以蘇聯(lián)、中國、美國、印度等十國最高，占世界總產(chǎn)量的一半以上(表1)。消費(fèi)和用途。合成氨主要消費(fèi)部門為化肥工業(yè)，用于其他領(lǐng)域的（主要是高分子化工、火炸藥工業(yè)等）非化肥用氨，統(tǒng)稱為工業(yè)用氨。目前,合成氨年總消費(fèi)量(以n計(jì))約為78.2mt，其中工業(yè)用氨量約為10mt，約占總氨消費(fèi)量的12。原料。合成氨主要原料有天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤等。1981年，世界以天然氣制氨的比例約占71,蘇聯(lián)為92.2、美國為96、荷蘭為100；中國仍以煤、焦炭為主要原料制氨,天然氣制氨僅占20%。70年代原油漲價(jià)后，一些采用石腦油為原料的合成氨老廠改用天然氣，新建廠絕大部分采用天然氣作原料。生產(chǎn)方法。生產(chǎn)合成氨的方法主要區(qū)別在原料氣的制造，其中最廣泛采用的為蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化法。表1 世界合成氨主要生產(chǎn)國產(chǎn)量（kt）國家1981年1982年國家1981年1982年蘇聯(lián)中國美國印度加拿大法國178901483317300357026502710177601546314060399025002300英國日本荷蘭聯(lián) 邦德 國世 界合 計(jì)21602230220023901100702090201020001900107950據(jù)國際肥料工業(yè)協(xié)會(huì)（ifa）在第77屆年會(huì)上發(fā)布的“全球肥料和原材料供需展望”報(bào)告估計(jì)，全球合成氨產(chǎn)能將由2008年的1.809億t增長至2.178億t。2008年全球合成氨產(chǎn)量為1.528億，比2007年減少了1。中國、澳大利亞、歐洲、俄羅斯和多巴哥、印度、沙特等國均由于市場需求疲軟而減少，伊朗、加拿大、印度尼西亞、墨西哥等需求繼續(xù)增加。2008年全球合成氨產(chǎn)能比 2007年增加500萬t，主要來自中國、非洲、西亞等地區(qū)。2009年到2013年全球?qū)⒂?5套大型合成氨裝置投產(chǎn)，新增裝置將使全球合成氨產(chǎn)能增加2400萬t，其中有1300萬t來自合成氨設(shè)備的升級(jí)改造，其余來自55套新建裝置。原料結(jié)構(gòu)方面，新增的2400萬t合成氨中將有73以天燃?xì)鉃樵希?7以煤炭為原料，剩余為石腦油或者煉油副產(chǎn)品。該調(diào)查數(shù)據(jù)已經(jīng)排除了一些不能投產(chǎn)或受各種因素影響延緩的產(chǎn)能。產(chǎn)能增長主要來自東亞（1350萬t）、西亞（750萬t）、非洲（450萬t）、而歐洲和大洋洲將保持平穩(wěn)。據(jù)悉，全球新建合成氨裝置中有三分之一來自中國，其余來自阿爾及利亞、特立尼亞、委內(nèi)瑞拉、沙特、巴基斯坦印度等國家。所以分析合成氨的工藝過程與安全防護(hù)是一件非常嚴(yán)峻的課題。合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，分子式為nh3，英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。11.1合成氨的工藝流程1.1.1原料氣制備 合成氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的12。硝酸、各種含氮的無機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。液氨常用作制冷劑。將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對(duì)于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對(duì)氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。21.1.2凈化 對(duì)粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。 一氧化碳變換過程在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有co，其體積分?jǐn)?shù)一般為12%40%。合成氨需要的兩種組分是h2和n2，因此需要除去合成氣中的co。變換反應(yīng)如下：co+h2oh2+co2 h =-41.2kj/mol 由于co變換過程是強(qiáng)放熱過程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余co含量。第一步是高溫變換，使大部分co轉(zhuǎn)變?yōu)閏o2和h2；第二步是低溫變換，將co含量降至0.3%左右。因此，co變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。3 脫硫脫碳過程各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法(rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(selexol)等。粗原料氣經(jīng)co變換以后，變換氣中除h2外，還有co2、co和ch4等組分，其中以co2含量最多。co2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中co2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。一般采用溶液吸收法脫除co2。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(selexol)，碳酸丙烯酯法。一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化mdea法，mea法等。 氣體精制過程經(jīng)co變換和co2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的co和co2。為了防止對(duì)氨合成催化劑的毒害，規(guī)定co和co2總含量不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。因此，原料氣在進(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)行原料氣的最終凈化，即精制過程。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(-100)條件下用液氮吸收分離少量co，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量co、co2與h2反應(yīng)生成ch4和h2o的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分?jǐn)?shù))一般應(yīng)小于0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(co+co2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分h2，并且增加了惰性氣體ch4的含量。甲烷化反應(yīng)如下：4co+3h2ch4+h2o h =-206.2kj/mol co2+4h2ch4+2h2o h =-165.1kj/mol 1.1.3氨合成6將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%20%，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。氨合成反應(yīng)式如下：n2+3h22nh3(g) h =-92.4kj/mol 隨著合成氨工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)合成氨工藝的要求也越來越高。但目前世界合成氨工業(yè)有許多方面還不成熟，氣體利用效率也不是太高，在生產(chǎn)過程中除了會(huì)產(chǎn)生多種有毒氣體外，合成氨的轉(zhuǎn)化率也不是太高，還能使催化劑中毒，設(shè)配老化。同時(shí)在世界各國呼吁保護(hù)環(huán)境，保護(hù)地球，保護(hù)我們共同家園的前提下，使環(huán)境不受污染也是一項(xiàng)研究必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。鑒于以上原因，研究出一套合理合成氨工業(yè)方案迫在眉睫。在這里我們從幾個(gè)方面來研究：首先，我們從氨的轉(zhuǎn)化率來看，要使氮?dú)湎虬睔夥较蜣D(zhuǎn)化，就要增加氣體的量，由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，還要升高溫度，但又不能太高，如果溫度太高，一方面會(huì)使催化劑失去活性，另一方面會(huì)使設(shè)配性能發(fā)生變化。同時(shí)增大壓力也會(huì)使氣體轉(zhuǎn)化率提高。合成氨的基本理論：一、 合成氨的基本特點(diǎn)3h2+n2=2nh3+q（1） 是可逆反應(yīng)。即在氫氣與氮?dú)夂铣缮砂睔獾耐瑫r(shí)，氨也分解生成氫氣和氮?dú)?。?） 是放熱反應(yīng)。在生成氨的同時(shí)放出熱量，反應(yīng)熱與溫度、壓力有關(guān)。（3） 是體積縮小的反應(yīng)。（4） 反應(yīng)需要有催化劑才能較快的進(jìn)行。二、 氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡（1） 平衡常數(shù)：降溫、加壓平衡常數(shù)增大。（2） 平衡氨含量反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氨在混合氣體中的百分含量，稱為平衡氨含量，或氨的平衡產(chǎn)率。氫氮混合氣體所含的甲烷和氬等不參加氨合成反應(yīng)的氣體成分，稱為惰性氣體。提高平衡氨含量的措施為降低溫度，提高壓力，保持氫氮比等于3，并減少惰性氣體含量。三、 氨合成動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理在催化劑的作用下，氫與氮生成的反應(yīng)是一種多相氣體催化反應(yīng)。由以下幾個(gè)步驟所組成：（1） 氣體反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑外表面；（2） 反應(yīng)物自催化劑外表面擴(kuò)散到毛細(xì)孔內(nèi)表面；（3） 氣體被催化劑表面（主要是內(nèi)表面）活性吸附（與普通吸附的區(qū)別在于有化學(xué)力參與在內(nèi)，并放出熱量）；（4） 吸附狀態(tài)的氣體在催化劑表面上起化學(xué)反應(yīng)，生成產(chǎn)物；（5） 產(chǎn)物自催化劑表面解吸；（6） 解吸后的產(chǎn)物從催化劑毛細(xì)孔向外表面擴(kuò)散；（7） 產(chǎn)物由催化劑外表面擴(kuò)散至氣相主流。以上七個(gè)步驟中，（1）、（7）為外擴(kuò)散過程；（2）、（6）為內(nèi)擴(kuò)散過程；（3）、（4）和（5）總稱為化學(xué)動(dòng)力學(xué)的過程。n2（氣相）n2（吸附）2nh（吸附）2nh2(吸附）2nh3（吸附）2nh3(氣相)氣相中的h2氣相中的h2氣相中的h2脫 吸氨氣的轉(zhuǎn)化率實(shí)際上就是氮?dú)浔鹊目刂茊栴}，目前，國內(nèi)以天然氣為原料的大型裝置采用的是kellogg傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化合成氨工藝的大約占50；在此工藝中氮?dú)浔日{(diào)節(jié)大都由dcs實(shí)現(xiàn)，由于該控制回路的基本單元未能脫離常規(guī)pid控制算法，同時(shí)常規(guī)pid控制算法也不能實(shí)現(xiàn)參數(shù)自整定；故不能及時(shí)將工況控制在最佳狀態(tài)，有時(shí)反而造成系統(tǒng)波動(dòng)，不得不將回路切到手動(dòng)，導(dǎo)致目前氫氮比自控投用率極低；進(jìn)而影響合成氨裝置的穩(wěn)定和產(chǎn)量。2.氮?dú)浔瓤刂?氮?dú)浔仁莐ellogg工藝合成氨裝置最為關(guān)鍵的參數(shù)之一，保持其始終處于最佳狀態(tài)是提高合成氨產(chǎn)量的有效措施。 氨合成反應(yīng)式為n2+3h22nh3+q，其特點(diǎn)是反應(yīng)放熱，體積縮小，反應(yīng)可逆。 從氨合成催化劑的活性角度分析進(jìn)塔氣最適宜的氮?dú)浔仍?.5左右；而從平衡角度則以3為最高，所以氮?dú)浔仍?.53范圍內(nèi)最有利于氨的合成，正常的最佳氮?dú)浔葹?.72.8。低于2.5或大于3.5會(huì)使合成塔床層溫度下降，若持續(xù)時(shí)間較長，可能導(dǎo)致床層溫度失控。 目前，國內(nèi)多數(shù)kellogg傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化工藝合成氨裝置氮?dú)浔瓤刂朴蒬cs常規(guī)pid控制算法實(shí)現(xiàn)，在波動(dòng)較大、干擾較強(qiáng)、大時(shí)滯的情況下，pid參數(shù)不適應(yīng)此狀況。同時(shí)常規(guī)pid控制算法也不能實(shí)現(xiàn)參數(shù)自整定，故不能及時(shí)將工況控制在最佳狀態(tài)，有時(shí)反而造成系統(tǒng)波動(dòng)，不得不將回路切到手動(dòng)，導(dǎo)致目前氮?dú)浔茸钥赝队寐蕵O低。而操作工手動(dòng)調(diào)節(jié)氮?dú)浔纫淮我?040min才能反映出調(diào)節(jié)效果，幾個(gè)周期下來，就會(huì)使系統(tǒng)長時(shí)間處于非優(yōu)化控制狀態(tài)，從而影響合成氨的穩(wěn)定和產(chǎn)量。52.1控制方法2.1.1先進(jìn)控制先進(jìn)控制是對(duì)那些不同于常規(guī)控制，并具有比常規(guī)pid控制更好的控制效果策略的統(tǒng)稱，而非專指某種計(jì)算機(jī)控制算法。通過實(shí)施先進(jìn)控制，可以改善過程動(dòng)態(tài)控制的性能、減少過程變量的波動(dòng)幅度；使之更能接近其優(yōu)化目標(biāo)值，從而使生產(chǎn)裝置在接近其約束邊界的條件下運(yùn)行，最終達(dá)到增強(qiáng)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性、提高目標(biāo)產(chǎn)品收率、增加裝置處理量、降低運(yùn)行成本、減少環(huán)境污染。2.1.2優(yōu)化控制優(yōu)化控制技術(shù)是一門針對(duì)過程控制的實(shí)用技術(shù)，優(yōu)化控制技術(shù)只有投入到實(shí)際應(yīng)用中并顯示出較好的控制效果才能真正體現(xiàn)出優(yōu)化控制技術(shù)的意義。優(yōu)化控制與先進(jìn)控制完成的目標(biāo)是一致的，先進(jìn)控制較優(yōu)化控制層次高。優(yōu)化控制是在dcs的單回路控制基礎(chǔ)之上，利用dcs內(nèi)部現(xiàn)有的功能塊構(gòu)建出一個(gè)優(yōu)化控制回路，協(xié)調(diào)控制多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)；適應(yīng)負(fù)荷大范圍的波動(dòng)。優(yōu)化控制實(shí)施成本較低，可以為實(shí)施先進(jìn)控制打下基礎(chǔ)。2.2氮?dú)浔瓤刂品桨冈O(shè)計(jì) 2.2.1基于先進(jìn)控制算法的氮?dú)浔瓤刂?y(k+1)-y(k)= （k）tu(k)-u(k-1) (1)公式（1）是黑龍江大學(xué)韓志剛教授提出的無模型先進(jìn)控制算法所依賴的“泛模型”公式?！胺耗Ｐ汀钡暮x是希望其能描述所有或絕大多數(shù)控制對(duì)象的行為和特性。式中y、u是向量，y是系統(tǒng)輸出，u是系統(tǒng)輸入，是時(shí)變增益參數(shù)。公式（2）是根據(jù)“泛模型”公式（1）推導(dǎo)出來適用于氫氮比控制的無模型先進(jìn)控制算法公式。式中y、u是向量，y（k）是系統(tǒng)輸出，u（k）是系統(tǒng)輸入，（k）是時(shí)變增益參數(shù)，是正參數(shù)，k是人為可調(diào)整的參數(shù)， （k）是（k）的估計(jì)值。 氮?dú)浔葻o模型先進(jìn)控制算法是由基于公式（1）泛模型對(duì)特征參量（k）的辨識(shí)算法和公式（2）基本控制算法在線交互進(jìn)行二組成的。當(dāng)經(jīng)過辨識(shí)到（k）值之后，即可以應(yīng)用公式（2）基本控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行反饋控制，控制的結(jié)果將得到一組新的觀測數(shù)據(jù)，在已有數(shù)據(jù)中添加這一組新的數(shù)據(jù)，再對(duì)（k+1）進(jìn)行辨識(shí)如此繼續(xù)下去就可實(shí)現(xiàn)辨識(shí)與控制的一體化。2.2.2基于先進(jìn)控制軟件包的氮?dú)浔瓤刂瓢殡S著預(yù)測啟發(fā)式控制、模型算法控制、動(dòng)態(tài)矩陣控制在工業(yè)過程控制中的大量實(shí)際運(yùn)用，出現(xiàn)了許多非參數(shù)模型預(yù)估控制的工程化軟件包。經(jīng)過模型辨識(shí)、優(yōu)化算法、控制結(jié)構(gòu)分析、參數(shù)整定和有關(guān)穩(wěn)定性和魯棒性等一系列研究，基于非參數(shù)模型預(yù)估控制的工程化軟件包成為目前過程中應(yīng)用最成功，也最具有前途的先進(jìn)控制策略。13國外許多著名的軟件公司推出了基于非參數(shù)模型預(yù)估控制的多變量約束協(xié)調(diào)控制軟件包，如stpoin inc的smac及其核心軟件idcom-m。上述控制軟件包均可實(shí)現(xiàn)氫氮比控制，但購買控制軟件包費(fèi)用昂貴，對(duì)使用方技術(shù)人員素質(zhì)要求高，同時(shí)對(duì)使用方技術(shù)人員而言實(shí)施控制過程為“黑箱”，伴隨工藝變化需要軟件公司技術(shù)支持，服用費(fèi)用較高。2.2.3基于優(yōu)化常規(guī)過程控制（pid）的氮?dú)浔瓤刂苹趦?yōu)化常規(guī)過程控制（pid）的氮?dú)浔瓤刂频脑O(shè)計(jì)思路，是利用dcs內(nèi)部現(xiàn)有的工程的功能塊構(gòu)建出優(yōu)化控制回路。c回路的基于優(yōu)化常規(guī)過程控制（pid）的氮?dú)浔葍?nèi)部復(fù)雜控制是一套具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力、抗干擾能力和客服大時(shí)滯現(xiàn)象的“前饋-比值-三串級(jí)”調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以水碳控制系統(tǒng)的總碳流量fx0204 作為該系統(tǒng)的前饋信號(hào)，由合成氣調(diào)節(jié)器aic411、新鮮氣的調(diào)節(jié)器aic410與工藝空氣流量調(diào)節(jié)器組成三串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入二段爐（）的工藝空氣流量進(jìn)行控制；以此來調(diào)節(jié)新鮮氣和合成氣。2.3氫氮比控制方案比較上述三種氫氮比控制方案設(shè)計(jì)思路不同，控制目標(biāo)相同，不同之處如下：表2 三種氫氮比控制比較設(shè)計(jì)方案基于先進(jìn)控制算法的氫氮比控制基于先進(jìn)控制軟件的氫氮比控制基于優(yōu)化常規(guī)過程控制（pid）的氮?dú)浔瓤刂?a公司b公司公司設(shè)計(jì)成本（萬元）外設(shè)成本（萬元）無優(yōu)點(diǎn)基于過程數(shù)學(xué)控制；適用于大滯后多變量；適用于常規(guī)控制無法滿足要求的復(fù)雜控制和基于工藝原理的模型頂估；可以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)基于非參數(shù)模型預(yù)估控制的工程化軟件包是目前過程控制中應(yīng)用最成功的先進(jìn)策略；經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)實(shí)力雄厚；可以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)簡單無模型單回路技術(shù)人員較容易理解，實(shí)施有把握；投資少可充分利用c公司技術(shù)人員可自行維護(hù)控制缺點(diǎn)數(shù)學(xué)方法過于復(fù)雜，核心算法掌握在開發(fā)商手里，公司員工無人掌握該核心內(nèi)容；系統(tǒng)的維護(hù)和調(diào)整十分被動(dòng)，在工況發(fā)生變化的情況下只能靠源源不斷的投資進(jìn)行調(diào)整；投資較大?？刂七^程對(duì)公司技術(shù)人員基本是“黑箱”；維護(hù)基本需要軟件開發(fā)公司支持；適用于大型煉油化工裝置系統(tǒng)優(yōu)化；投資大。各控制之間的參數(shù)計(jì)算和系統(tǒng)各串級(jí)回路的參數(shù)計(jì)算復(fù)雜。2.4推薦合成氨裝置氫氮比優(yōu)化控制設(shè)計(jì)方案優(yōu)化控制與先進(jìn)控制完成的目標(biāo)是一致的，但先進(jìn)控制較優(yōu)化控制層次高，他是借助計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，通過計(jì)算機(jī)高速的計(jì)算能力，利用現(xiàn)代控制理論，用數(shù)學(xué)模型模擬出裝置的特點(diǎn)，預(yù)測出整個(gè)裝置各個(gè)參數(shù)的關(guān)聯(lián)變化，統(tǒng)一協(xié)調(diào)優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。但的單回路控制水平較高，單回路調(diào)節(jié)要求靈敏準(zhǔn)確，都投在自動(dòng)狀態(tài)，裝置在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，通過傳統(tǒng)的控制手段已無法提高生產(chǎn)能力、節(jié)能降耗，所以必須借助于先進(jìn)控制。8比較而言，優(yōu)化控制更適合目前裝置的運(yùn)行水平，適合負(fù)荷大范圍波動(dòng)，能夠協(xié)調(diào)控制幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)；實(shí)施成本較低，并且為最終實(shí)施先進(jìn)控制打下基礎(chǔ)。3溫度3.1反應(yīng)速度 反應(yīng)速度隨溫度升高顯著加快，將某種催化劑在一定成產(chǎn)條件下具有最高生產(chǎn)率的溫度稱為最適宜溫度，最適宜溫度與空間速度、壓力等有關(guān)。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐得出氨合成操作溫度控制在470520度較為適宜。1480604020 3.2對(duì)溫度的控制 對(duì)合成氨溫度的控制實(shí)際上是對(duì)氨合成塔溫度的控制。在我國，中小型合成氨裝置占絕大多數(shù)，但裝置自動(dòng)化程度非常低。主要原因是：過去愛先進(jìn)控制軟件售價(jià)昂貴，國內(nèi)中小型企業(yè)承擔(dān)不起，中小型裝置硬件水平低，設(shè)備與儀表缺乏維護(hù)與保養(yǎng)，可靠性差，生產(chǎn)不穩(wěn)定，增加了自動(dòng)化控制軟件的投運(yùn)難度。 連續(xù)冷管換熱式氨合成塔由于全塔只有一個(gè)熱點(diǎn)，不存在段間耦合，控制復(fù)雜度較小，因此有部分此類氨合成塔溫度實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，其控制方案主要有：串級(jí)pd控制、前饋反饋控制、分程控制和增益調(diào)度控制等。但這些控制方案難以推廣到多段冷激式氨合成塔上，主要原因在于：氨合成塔溫度控制回路是一個(gè)大慣性、大純滯后系統(tǒng)，pd控制器在這類系統(tǒng)中應(yīng)用效果不佳。沒有考慮多段冷激式氨合成塔內(nèi)部各段溫度之間的耦合作用。對(duì)氨合成塔床層溫度的影響因素考慮不夠全面。3.3多段冷激式氨合成塔溫度先進(jìn)控制 根據(jù)多段冷激式氨合成塔 工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)全塔溫度先進(jìn)控制方案：9 階梯式廣義預(yù)測控制器對(duì)于大慣性、大純滯后、強(qiáng)干擾工業(yè)過程對(duì)象應(yīng)用效果好。使用它代替pd控制器，在氨合成塔床層溫度控制上會(huì)取得良好的控制效果。充分考慮四段床層溫度之間的耦合作用，將每段熱點(diǎn)溫度作為下一段熱點(diǎn)溫度控制回路的前饋。一段床層溫度是全塔溫度控制的關(guān)鍵，采用選擇控制方案，對(duì)冷副熱氣閥、冷副冷氣閥、循環(huán)近路閥分別設(shè)計(jì)gpc（generalized predictive control）控制器，選擇按控制順序的要求判斷并選擇當(dāng)前控制器和控制閥。充分考慮影響合成塔床層溫度的外部因素，分析他們對(duì)各段溫度影響的強(qiáng)弱，對(duì)一段溫度引入操作壓力、入塔氣體溫度、循環(huán)氫、氨冷溫度前饋，消除這些因素對(duì)床層溫度的影響，穩(wěn)定一段溫度，在一段溫度穩(wěn)定的前提下，二、三、四段只需引入操作壓力和循環(huán)前饋，保證床層溫度能夠應(yīng)對(duì)負(fù)荷大幅度加量或減量即可。四段冷激式氨合成塔溫度先進(jìn)控制方案如圖3所示：圖3 四段冷激式氨合成塔溫度先進(jìn)控制方案4.壓強(qiáng)對(duì)于一個(gè)反應(yīng)前后系數(shù)不相等的化學(xué)反應(yīng)來說，壓力在整個(gè)反應(yīng)過程中起著非常重要的作用。合成氨反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，依據(jù)化學(xué)平衡的基本規(guī)律，增加反應(yīng)物的量能使氣體向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，使生成物的量加大。由于壓縮機(jī)型式、操作壓力、氨分離析冷凝級(jí)數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對(duì)位置差異，氨合成工藝流程也不相同。操作壓力在600-1000 mpa稱高壓法，在20-40mpa稱中壓法。10-20 mpa稱為低壓法。中壓法氨合成的工藝流程，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都比較優(yōu)越，因此目前國內(nèi)外普遍采用中壓法，在一定空速下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值（合成塔出入口氨含量之差）越高，合成塔的生產(chǎn)能力也就越大。氨合成系統(tǒng)的能量消耗主要包括原料氣壓縮，循環(huán)氣壓縮功和氨分離的冷凍功。實(shí)踐證明，操作壓力在32 mpa左右總能量消耗比較低。105.催化劑 可以可以作氨合成催化劑的物質(zhì)很多，如鐵、鉑、錳、鎢和鈾等。但由于以鐵為主體的催化劑具有原料來原廣，價(jià)格低廉，在低溫下有較好的活性抗毒能力強(qiáng)，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn) 、廣泛采用。5.1催化劑在還原前的化學(xué)組成及其作用鐵催化劑在還原之前，以鐵的氧化物狀態(tài)存在。其主要成分是三氧化二鐵(fe2o3）和氧化亞鐵(feo)。此外，催化劑中還加入各種促進(jìn)劑。促進(jìn)劑又稱助催化劑，它本身沒有催化活性，但加入催化劑 中，可改善催化劑的物理結(jié)構(gòu)，從而提高催化劑的活性。合成氨鐵催化劑中，普遍采用的促進(jìn)劑有三氧化二鋁(a12o3)、氧化鉀(k2o)和氧化鈣(cao)等。 5.2催化劑的還原與鈍化5.2.1催化劑的預(yù)還原 為了使合成氨系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)投入生產(chǎn)，將鐵催化劑在合成塔外預(yù)先進(jìn)行還原，即所謂催化劑的預(yù)還原。5.2.2催化劑的還原與鈍化 催化劑中氧化鐵不能加速氨合成反應(yīng)速度，必需將其還原成活潑的鐵，才具有催化活性，常用還原方法是將制成的催化劑裝在合成塔內(nèi)通入氫氮混合氣，使催化劑中的氧化鐵被氫氣還原成金屬鐵。feo+h2+fe+h2o-qfe2o3+3h2=2fe+2h2o-q催化劑的還原程度用還原前催化劑中鐵的氧化物被還原的百分率表示稱還原度。還原后的活性鐵遇到空氣會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，放出的熱量能使催化劑燒結(jié)失去活性。 鈍化方法是將壓力降到0.51mpa，溫度降到5080度，用氮?dú)庵脫Q系統(tǒng)后逐漸導(dǎo)入空氣使氮?dú)庵醒鹾吭?.20.5%. 5.3催化劑中毒與衰老催化劑的催化能力一般稱為催化活性。有人認(rèn)為：由于催化劑在反應(yīng)前后的化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量不變，一旦制成一批催化劑之后，便可以永遠(yuǎn)使用下去。實(shí)際上許多催化劑在使用過程中，其活性從小到大，逐漸達(dá)到正常水平，這就是催化劑的成熟期。接著，催化劑活性在一段時(shí)間里保持穩(wěn)定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用?；钚员３址€(wěn)定的時(shí)間即為催化劑的壽命，其長短因催化劑的制備方法和使用條件而異。催化劑在穩(wěn)定活性期間，往往因接觸少量的雜質(zhì)而使活性明顯下降甚至被破壞，這種現(xiàn)象稱為催化劑的中毒。一般認(rèn)為是由于催化劑表面的活性中心被雜質(zhì)占據(jù)而引起中毒。中毒分為暫時(shí)性中毒和永久性中毒兩種。對(duì)于合成氨反應(yīng)中的鐵催化劑，進(jìn)入合成塔的新鮮混合氣，含有微量的有毒氣體，o2、co、co2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時(shí)，催化劑的活性又能恢復(fù)，因此這種中毒是暫時(shí)性中毒。相反，含p、s、as的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒后，往往完全失去活性，這時(shí)即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理，活性也很難恢復(fù)。催化劑中毒會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。工業(yè)上為了防止催化劑中毒，要把反應(yīng)物原料加以凈化，以除去毒物，這樣就要增加設(shè)備，提高成本。因此，在合成氨的工藝分析過程中，要嚴(yán)格控制催化劑的使用。146合成氨的危險(xiǎn)分析安全防護(hù)的首要任務(wù)是做好危險(xiǎn)識(shí)別，分析在合成氨的過程當(dāng)中存在哪些危險(xiǎn)因素，哪些突發(fā)事故，從而做出防范與應(yīng)急措施。126.1環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別一般可分為三個(gè)部分：（1）化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；（2）生產(chǎn)工藝和設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；（3）重大危險(xiǎn)源識(shí)別。6.1.1化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別對(duì)于合成氨過程中涉及的化學(xué)品（含化工原輔料、中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品及“三廢”），需進(jìn)行物質(zhì)危險(xiǎn)性判定。物質(zhì)危險(xiǎn)性包括物質(zhì)的毒性和火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性。氨劇毒化學(xué)品目錄（2002年版）對(duì)化學(xué)品進(jìn)行急性毒性分級(jí)，名錄中無規(guī)定的按化學(xué)品安全標(biāo)簽編寫規(guī)定（gb15258-1999）判定。按化學(xué)品的閃點(diǎn)、爆炸極限、火災(zāi)危險(xiǎn)性等物化特性，對(duì)照危險(xiǎn)化學(xué)品名錄（2002版），對(duì)化學(xué)品進(jìn)行化學(xué)燃爆特性的分類。由此確定一氧化碳、甲烷、甲醇為本項(xiàng)目主要的易燃品，液氨為本項(xiàng)目的主要毒害化學(xué)品。6.1.2生產(chǎn)工藝和設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別化工生產(chǎn)過程大都在高溫高壓條件下進(jìn)行，加上介質(zhì)的特殊化學(xué)特性，大都具有易燃、易爆、毒性等危險(xiǎn)，事故的多發(fā)性和嚴(yán)重性是化學(xué)工業(yè)獨(dú)有的特點(diǎn)，因此對(duì)于化工生產(chǎn)過程設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別顯得非常重要。在實(shí)施評(píng)價(jià)時(shí)，可按固有危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)取值表中規(guī)定的物質(zhì)、容量、溫度、壓力操作、管道長度和閥門數(shù)量等參數(shù)進(jìn)行賦值和計(jì)算，求出危險(xiǎn)單元的固有危險(xiǎn)度，確定危險(xiǎn)等級(jí)：高度危險(xiǎn)（級(jí)）、中度危險(xiǎn)（級(jí)）、低度危險(xiǎn)（級(jí)）。6.1.3重大危險(xiǎn)源識(shí)別從固有危險(xiǎn)度級(jí)的單元中進(jìn)一步分析判斷，篩選出重大危險(xiǎn)源。重大危險(xiǎn)源的識(shí)別是根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則（hjt169-2004）附錄a重大危險(xiǎn)源辨識(shí)中有關(guān)危險(xiǎn)物質(zhì)的定義和危險(xiǎn)物質(zhì)在生產(chǎn)場所和儲(chǔ)存場所臨界量來進(jìn)行篩選。6.2風(fēng)險(xiǎn)防范措施及應(yīng)急預(yù)案6.2.1降低事故發(fā)生概率 近年來，氨設(shè)施發(fā)生事故及造成的危害列于榜首【10】，統(tǒng)計(jì)資料表明同行業(yè)氨氣發(fā)生事故的概率一般在1105次a。因此，企業(yè)加強(qiáng)生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)人員的管理，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)和風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)，以減少事故發(fā)生概率。6.2.2減小事故污染排放量措施之一是提高事故處理反應(yīng)能力，減少事故排放時(shí)間；其二是進(jìn)一步完善液氨儲(chǔ)罐區(qū)的噴淋系統(tǒng)，事故發(fā)生后污染物的擴(kuò)散量可減少70左右，減小下風(fēng)向半致死濃度影響范圍，降低事故風(fēng)險(xiǎn)值。廠區(qū)應(yīng)設(shè)有事故池，一旦甲醇、液氨等發(fā)生火災(zāi)或泄漏，吸收或消防產(chǎn)生廢水直接排放會(huì)造成二次污染事故，必須首先匯入應(yīng)急反應(yīng)池，待處理達(dá)標(biāo)后方可排放。應(yīng)急反應(yīng)池容量不得小于消防用水量，否則化學(xué)品隨消防用水泄入水體，將造成重大污染事故。企業(yè)必須在平時(shí)擬定應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的有毒化學(xué)品事故，一旦發(fā)生事故，即可以在有充分準(zhǔn)備的情況下，對(duì)事故進(jìn)行緊急處理?；瘜W(xué)工業(yè)風(fēng)險(xiǎn)事故的應(yīng)急計(jì)劃包括應(yīng)急狀態(tài)分類，應(yīng)急計(jì)劃區(qū)和事故等級(jí)水平、應(yīng)急防護(hù)、應(yīng)急醫(yī)學(xué)處理等。7合成氨工藝中的設(shè)備改進(jìn)方案117.1改造變換爐增設(shè)布?xì)?、集氣設(shè)施。這對(duì)變換爐第二、三層尤為重要，因?yàn)樽儞Q爐的通氣截面較大，容易產(chǎn)生急流和緩流，甚至產(chǎn)生死角，使觸媒不能充分發(fā)揮作用，所以有的化肥廠變換觸媒的利用率不高。為此，設(shè)法合理改變布?xì)?、集氣方式，使氣體上下垂直均勻地通過觸媒層，加強(qiáng)對(duì)co的轉(zhuǎn)化，提高觸媒利用率，并可增加處理氣量。在變換爐各段底部增設(shè)減阻器，減少觸媒層阻力。因?yàn)殇佋O(shè)在底部在變換爐各段底部增設(shè)減阻器的鐵絲網(wǎng)孔跟本身就較小，觸媒又堵住一部分；加上生產(chǎn)過程觸媒粉化，氣體沖震粉粒下沉也會(huì)堵塞孔眼，使觸媒層阻力集中于此。故增設(shè)減阻器可減少阻力，使觸媒層壓差大大減小。7.2改進(jìn)合成塔內(nèi)件增設(shè)觸媒筐底部減阻器，合成觸媒層的阻力也同樣集中在觸媒底部鐵絲網(wǎng)（花板）處。很多廠合成塔壓差大，通過對(duì)比試驗(yàn)證明阻力主要來自觸媒筐底部孔板處（鐵網(wǎng)）。為此，增設(shè)減阻器或用從高壓機(jī)更換下來的廢舊小彈簧代替，能使合成塔的壓力差減少，而且簡便易行。7.3改進(jìn)銅塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)增設(shè)氣液再分布器。近幾年很多廠家改上甲醇、脫碳、低變流程，使原料氣中的co、o2含量有不同程度的降低，減輕了精練負(fù)荷，減少銅液循環(huán)量。加上銅塔規(guī)格大小不一、填料種類多等因素及使用廠因擔(dān)心銅塔帶液，不同程度的有意少裝填料，造成銅塔壁流嚴(yán)重。致使部分銅液不能與原料氣充分接觸，洗滌能力不能很好的發(fā)揮。部分廠微量（co+co2含量）長期偏高，原料氣成分稍有波動(dòng)或碳化調(diào)塔時(shí)，很容易造成微量跑高事故。故此增設(shè)氣、液再分布器，讓氣液充分接觸，提高銅液吸收能力，減少銅液循環(huán)量，降低了銅泵電耗。銅塔噴頭與填料層之間的距離，可由下法判別：在導(dǎo)液管口放一燈泡，使射出的光圈和銅塔相同處為宜。7.4改造銅液再生器增設(shè)上排污口。再生器銅液出口在其中下部，由于銅液再生器內(nèi)的溫度較高，若銅液內(nèi)有異物及油污雜質(zhì)，溫度高時(shí)容易上浮，而積存在液面上層，長期積存如此。即使趁檢修之際，將銅液全部放出也不容易帶出。因?yàn)殂~液從再生器底部先排放，剩余的上浮異物便粘掛在器壁和管壁上。當(dāng)開車補(bǔ)銅液時(shí)，又使壁上粘附的異物浮到再生器的液面上，覆蓋解吸表面，影響再生效果。因此，增設(shè)上排污口，在正常生產(chǎn)中可隨時(shí)排放上浮的異物，確保再生完全。改原人空孔為快開式插板，直接從此處加銅，并可去掉原話銅桶。取消原蒸汽盤管（或蒸汽夾套）或改為逆流降溫管，可將下加熱器溫度提高，再生器溫度降低。即減少氨揮發(fā)，又降低了水冷和氨冷的負(fù)荷，同時(shí)可降低銅比，省加空氣。7.5改造洗氣塔增設(shè)氣水再分布器，防止冷卻水沿壁下流和氣體沿塔壁偏流，可提高洗滌效率，并節(jié)水。改進(jìn)氣柜水封。將氣柜入口前水平管部分改為擴(kuò)大的偏平管，煤氣總管在入氣柜前其下端插到偏平管內(nèi)，然后增設(shè)擋板。在擋板后最低處加溢流管，插入回水池或地溝內(nèi)。在不連續(xù)送煤氣或停車檢修時(shí)，氣柜內(nèi)的氣體將水壓進(jìn)垂直管內(nèi)形成了自動(dòng)水封。停車不需工人動(dòng)手封氣柜，開車時(shí)不用排放水封，開停方便。正常生產(chǎn)送氣時(shí)阻力小，不送氣時(shí)便自動(dòng)封住，不使煤氣倒流，可以代替洗氣箱和洗氣塔水封。7.6增設(shè)降溫清洗三用塔該塔可設(shè)在羅茨風(fēng)機(jī)和脫硫塔之間，羅茨風(fēng)機(jī)出口氣進(jìn)入其上段；其下段出口氣再進(jìn)羅茨風(fēng)機(jī)；中間連通為安全水封近路，此水封截面積應(yīng)大于羅茨風(fēng)機(jī)近路管與上水管截面之和。其作用：降低羅茨風(fēng)機(jī)出口氣體溫度，提高脫硫效率；降低羅茨風(fēng)機(jī)入口氣體溫度，并清除灰塵和焦油；確保羅茨風(fēng)機(jī)安全，避免羅茨風(fēng)機(jī)和高壓機(jī)在異常情況下吸空氣進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)高壓機(jī)跳閘時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)出口沖破水封，進(jìn)羅茨風(fēng)機(jī)入口打循環(huán)，并為高壓機(jī)停車卸壓不放空創(chuàng)造安全條件，不會(huì)損壞設(shè)備和管道。當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，高壓機(jī)可從安全水封近路抽煤氣，通過脫硫塔維持短期生產(chǎn)。氣柜到高壓機(jī)之間不會(huì)形成負(fù)壓，更不會(huì)造成各塔排液或水封負(fù)壓吸空氣進(jìn)系統(tǒng)，避免系統(tǒng)的爆炸事故。8合成氨裝置腐蝕與防護(hù) 合成氨裝置中主要存在腐蝕環(huán)境為液氨、氯離子、氫氣和二氧化碳等。幾中常見的腐蝕為碳鋼液氨腐蝕體系，奧氏體不銹鋼氯離子腐蝕體系，以及氫腐蝕和二氧化碳腐蝕體系等。針對(duì)不同的腐蝕類型，提出了消除設(shè)備殘余應(yīng)力、控制降低有害介質(zhì)含量、合理選材以及涂層防護(hù)等措施。158.1碳鋼-液氨體系這種腐蝕多發(fā)生在輸送液氨的管線中。如果同時(shí)符合下列各條件，即為液氨的應(yīng)力腐蝕環(huán)境：（1）介質(zhì)為液態(tài)氨，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高（0.2），且有可能受空氣（或）污染的場合；（）介質(zhì)溫度高于。液氨受空氣污染后，由于存在或，會(huì)促使液氨引起的應(yīng)力腐蝕破裂，這類破裂是陽極溶解型的應(yīng)力腐蝕破裂，反應(yīng)方程式如下：陽極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：整個(gè)反應(yīng)：當(dāng)有co2存在時(shí)： 可見，在co2存在時(shí)，銨離子加速了碳鋼應(yīng)力腐蝕破裂。 在液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境中使用碳鋼應(yīng)防止空氣污染，同時(shí)可采取下列措施：（1）焊接后做消除應(yīng)力熱處理；（2）控制焊接接頭的硬值hb小于、等于200；（3）使液態(tài)氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.2（0.21），水起到緩蝕劑的作用，可使遭受膜破壞的金屬重新鈍化。液氨的儲(chǔ)存和運(yùn)輸大部分用碳鋼或低合金鋼制；壓力容器。近年來國內(nèi)外多次發(fā)生液氨儲(chǔ)罐破裂爆炸事故，事故分析表明，很多是由于應(yīng)力腐蝕造成的。另外，對(duì)未發(fā)生事故的液氨球罐進(jìn)行檢查，相繼發(fā)現(xiàn)了不同程度的數(shù)量很多的裂紋，這些裂紋大都分布在長期處于液面下面的南極板與下溫帶組焊的周向焊縫上。 液氨受空氣污染生成的氨基甲酸銨對(duì)碳鋼有強(qiáng)烈的腐蝕作用，使鋼材表面的鈍化膜產(chǎn)生破裂，并在此產(chǎn)生陽極型腐蝕。由于焊縫處殘余應(yīng)力較高，所以應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重。許多資料表明，液氨球罐所用的鋼材強(qiáng)度越高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向越大。此外，容器的工作溫度愈高、液氨中氧含量越高，其應(yīng)力腐蝕也越嚴(yán)重。采取下列措施有利于防止液氨對(duì)儲(chǔ)存容器的應(yīng)力腐蝕：（1）采取措施盡量消除焊接殘余應(yīng)力，冷壓封頭必須經(jīng)過熱處理；（2）盡可能用低溫用鋼的低碳鋼來焊制液氨儲(chǔ)罐；（3）盡量保持較低的工作溫度；（4）減少空氣污染。另外，可在液氨中加入0.1-1的水。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐表明，液氨中含有2的水有緩蝕作用，但對(duì)高強(qiáng)度鋼作用不明顯。8.2奧氏體不銹鋼-氯離子體系近年來，在化工裝置中鉻鎳不銹鋼（奧氏體）的用量越來越多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其用量約占不銹鋼用量的80。但奧氏體不銹鋼在含有對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感離子（如cl，oh等）的溶液中，受應(yīng)力的部分則可能產(chǎn)生危險(xiǎn)應(yīng)力腐蝕破壞。尤其是含cl的溶液，在造成奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕破裂的事故中約占70以上。cl質(zhì)量濃度越大，約容易開裂，但并沒有明確的不發(fā)生開裂的臨界值。有這樣一個(gè)例子，鉻鎳不銹鋼換熱器中，管和管板之間的縫隙中積存了含有cl的冷卻水，結(jié)果9個(gè)月就損壞了。因此，設(shè)計(jì)者選用材料前要認(rèn)真鑒別水質(zhì)，選擇合適材料，避免事故的發(fā)生。在合成氨裝置中，表面冷凝器的作用是將合成四大壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)透平排氣進(jìn)行冷凝。該設(shè)備是固定管板式熱換器，管程走循環(huán)水，殼程走蒸汽冷凝液。 此外，奧氏體不銹鋼管道的隔熱材料，如巖棉及其他礦棉類等，其cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定要低于規(guī)定值。對(duì)奧氏體不銹鋼管道或?qū)B有奧氏體不銹鋼管道或設(shè)備的管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，水中的cl質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超過25gg。奧氏體不銹鋼管道法蘭用的非金屬墊片，其cl含量不得超過50gg。否則將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。8.3氫腐蝕化肥廠合成氨裝置的特點(diǎn)決定了合成氨生產(chǎn)為高溫、高壓以及工藝介質(zhì)中含有各種腐蝕性氣體，入硫化氫、二氧化硫、氫氣、甲烷和氮?dú)獾?。因此，設(shè)備和管道在運(yùn)行中既要承受高溫、高壓，還要面臨這些工藝介質(zhì)的腐蝕問題，其中較為突出、對(duì)安全生產(chǎn)危害較大的問題就是高溫氫腐蝕問題。合成氨廠中的氨合成塔、高溫變換爐、二段轉(zhuǎn)化爐、轉(zhuǎn)化廢熱鍋爐、甲烷轉(zhuǎn)換爐、合成氣過熱器及合成氣廢熱鍋爐等都是典型的容易發(fā)生高溫氫腐蝕的區(qū)域。高溫氫腐蝕是鋼暴露在高溫高壓的含有氫氣的介質(zhì)中時(shí)所發(fā)生的一種氫致?lián)p傷的形式。高溫氫腐蝕一般發(fā)生在工作溫度為250-600、工作壓力為1-73.5mpa是情況下。溫度在500以上時(shí)，氫分壓即便只有0.1mpa，碳鋼也會(huì)發(fā)生氫腐蝕；而在200以下，就是在較高氫分壓的情況下碳鋼也會(huì)發(fā)生氫腐蝕。高溫氫腐蝕的防護(hù)措施主要有以下幾點(diǎn)：（1）從設(shè)備和管道的選材方面考慮，在材料的安全使用界限內(nèi)選擇抗氫蝕的材料。設(shè)備選材時(shí)遇到氫腐蝕環(huán)境的設(shè)備一般按照納爾遜曲線進(jìn)行選材。（2）在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，考慮采用應(yīng)力最小的結(jié)構(gòu)。如在合成廢熱鍋爐設(shè)計(jì)中，對(duì)u型管板的設(shè)計(jì)采用了放射狀的布管方式，以此來減少大厚度管板上的熱應(yīng)力。（3）在設(shè)備和管道的制造和檢修中要把好焊后熱處理關(guān)，制定合適的熱處理工藝，并在實(shí)施中嚴(yán)格按照工藝規(guī)程執(zhí)行。對(duì)于熱處理后的硬度測試值超過的情況，一定要重新進(jìn)行熱處理。（4）對(duì)設(shè)備和管道進(jìn)行定期檢查，通過超聲波側(cè)厚、磁粉檢測等手段發(fā)現(xiàn)高溫氫腐蝕的早期征兆。另外，對(duì)一些高溫設(shè)備和管道的隔熱襯里，要進(jìn)行認(rèn)真的檢查和補(bǔ)修，保證其完好。8.二氧化碳腐蝕一般認(rèn)為腐蝕的原因是二氧化碳溶于水后對(duì)部分金屬材料有很強(qiáng)的腐蝕性，二氧化碳腐蝕類型的特征是呈現(xiàn)局部的點(diǎn)蝕，二氧化碳破壞行為在陰極和陽極表現(xiàn)不同，在陽極處鐵不斷溶解導(dǎo)致了均勻腐蝕和局部腐蝕，在陰極處二氧化碳溶于水形成碳酸，釋放出氫離子。氫離子是強(qiáng)去極化劑，極易奪取電子還原，促進(jìn)陽極鐵溶解而導(dǎo)致腐蝕，同時(shí)氫原子進(jìn)入鋼中，導(dǎo)致金屬構(gòu)件的開裂。為防止二氧化碳腐蝕可采取以下防護(hù)措施：（1）采取防腐蝕的材料，含鉻的不銹鋼表現(xiàn)出優(yōu)良的抗腐蝕性能，隨著鉻含量增大，合金的腐蝕速率降低；（2）管道內(nèi)涂防腐蝕涂層。9、結(jié)論綜上所述，在人們把能源看的越來越重要的今天，氨作為重要的化工原料，在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用。從而合成氨的工藝分析與安防設(shè)計(jì)也顯得越來越重要，除了上面介紹的內(nèi)容外，降低合成氨的能耗也是相當(dāng)重要的。首先，從原材料方面來講，要充分利用自然界中現(xiàn)有的豐富資源去合成氨。其次，要遵循可持續(xù)發(fā)展的思想，由于合成氨是一個(gè)可