尿素装置液相浓度在线自动检测软件的研究

大氮肥　ＤＡ　ＤＡＮＦＥＩ　第２０卷第ｌ期　尿素装置液相浓度在线自动检测软件的研究　１，ｌ１　　（化工部上海｛　芒ｊ弄奏露　］二博．２０００６２）　沈华民　下　｛　。摘要为了改善屎索装置先进的控制和落后的ＡＩ检测物料浓度之同的矛盾，运用化工热力学原理，　及热力　学模型组合求解法，研制了液相浓度宴时检测软件。ｇ－开发了多种软件以适应各类尿索流程（水溶液全循环法、ＣＯ＝　汽提法、氨汽提法）的需要　关蕾词垦墨墨里挚　。坚塑睦壁竺　氅生伯　，　尿素装置的自动化是尿素生产追求的最终目　用　标。目前先进的尿素装置都在控制技术上采用了集　散控翩系统和高级控制策略，使尿素装置由人工手　动操作走向半自动化迈出了重要的一步　然而，表征　尿素生产运行状态优劣的重要参数——液相浓度的　１原理　尿素物系是一个复杂的多组分混合物体系。从　组分上分析，尿素装置的主要生产工序——尿素合　非在线检测是阻碍尿素自动化进程的主要瓶颈。　现在，尿素工厂制造工序的气液相各组分浓度　成、未反应物的分离（汽提或加热分解）、回收（冷凝　或吸收）是一个三元或四元体系。并且，运行着的尿　检测一直沿用五、六十年代形成的传统分析法：现场　取样后，离线人工化学滴定分析法。检测的滞后性必　素流程的各工序，一般均处于气液平衡状态下。因　而，从相律上分析：对于尿素合成和回收工序，其自　然使操作控制带来困难。因而，检测和操作控制的不　协调性是导致装置不稳定性和不安全性的主要原因　之一。　由度Ｆ一３，液相各组分浓度　，气相各组分浓度　—　ｆ（Ｔ，Ｐ，ｚ）。即为了得到气液各组分浓度参数（　，　）．　除了易于测定的温度　，压力Ｐ参数外，还需另一个　状态参数Ｚ的测定值　参数ｚ可以是；溶液中的液　相密度ｐ，液相折光率　，气相ＮＨａ／ｃｏ　等。上述各　参数测量相应配置的硬件仪表是：密度计、折光仪、　随着过程控制技术的发展，目前尿素装置用仪　表来分析液相浓度的测定方法已取得了一些进展　主要有气相色谱法、密度计法、折光率法等０一　。这些　硬件仪表测定值：液相密度、折光率等，如同电阻温　度计的电阻值和渡登管压力表的弹簧伸长长度一　样，是一次测定值，如没有转换关系，即软件的支持，　气相色谱仪等。　随着对尿素物系化工热力学物性数据研究的深　入，以及各类热力学模型（汽液平衡模型、焙模型、密　这些一次测定值将是毫无意义的　更何况，先进仪表　的一次测定值与液相组分浓度之问的关系并不是简　度模型等）的开发和数据关联技术和关联精度的提　高，在微机已普遍应用的情况下，从多个易于测量的　状态参数之测定值转换成多个浓度参数的软件技术　的开发和应用是可以实现的。　２软件开发　只要输入用硬件仪表测得的状态参变量（ｚ），　以及辅助变量（　，Ｐ），应用本研究开发软件，在３８６　单的函数关系；其与液相浓度之间的复杂函数关系　和关联资料披露甚少，十分匿乏。有的已成为商品型　的专利技术的一个组成部分，如ＭＵＶＡＣ等　３。　本研究在化工热力学模型研究的基础上，求得　了一次测定值与液相组分浓度之间的复杂关系解；　编制了多变量复杂关系高级检测计算软件；并甩本　软件考核了相关的实际工况，结果是令人满意的。在　硬件仪表的支持下，应用本软件于尿素装置液相浓　度的实时检测定能在尿素装置的先进控制、优化操　作、节能降耗，以及实现尿素的自动化进程中发挥作　型微机上进行转换计算，即可得到浓度组分变量　收稿日期：１９９６－－１２—０８。　维普资讯 http://www.cqvip.com

大氮肥　１９９７年第２０卷　现以密度计测溶液浓度的软件开发为例说明如　见表２，供选用。　下：由密度计测得的密度数据（ｐ），以及辅助参数数　衰１低压甲镀液和孵吸气冷凝液液相浓度　据（Ｐ，　），应用气液相平衡计算模型或等压汽液平　压力温度密度溶藏质量组成，　衡相图　和密度计算模型，即可求得溶液中ＮＨ；，　部位ＭＰａ注　Ｃｇ￣ｃｍ－ａ　（ａｂｓ）　ＮＨｓ　ＣＯ２　Ｈ２ｏ　ＣＯ２，Ｈ２Ｏ各组分浓度。　例　计算斯塔米卡邦　氧化碳汽提法尿素流程　的低压甲铵液和解吸气冷凝液的液相浓度　见表１。　为适应各尿素流程的需要，开发了一系列由硬　件测定值转换成液相浓度的多变量高级检测软件，　衰２尿素物系多变量高壤检测软件衰　注…＿Ｔ　台虚底部温度｝ｒ　一台成项部温度。　Ｈ２ｏ／ｃｏ２，即液相ＮＨ３／ｃｏ２和Ｈ２ｏ／ｃｏ２一，（　，Ｐ，气　３说明　相ＮＨ３／ｃｏ２）。　３．１软件功能　３．２硬件问题　ＭＵＶＡＣ的尿素合成之ＮＨ３／ＣＯ　控制系统是较　据了解，我国已有多家大化肥尿素装置，如沧州　为熟悉的ｒ　。作为该控制回路的测量元件是１台气　化肥厂、辽河化肥厂、洞庭氮肥厂等在引进ＤＣＳ控　相色谱仪硬件，用它在线测定出合成塔出ＶＩ气相中　制系统时，已同时配套有硬件设备——密度计、气相　ＮＨａ、ＣＯ　等组分浓度，然后由温度和气液关系计算　色谱仪等仪器设备。这些厂无需另行购置新硬件，只　出对应的液相ＮＨｓ／ｃｏ。。与设定值比较，作为调节氨　要配入本研究软件即能发挥作用。对于缺少上述硬　泵流量之用　这样就达到了在系统正常波动及负荷　件的其他尿素厂，可采用国产的硬件设备——密度　变动情况下合成ＮＨｓ／ｃｏｚ的稳定。合成ＮＨａ／ｃｏｚ的　计，气相色谱仪等，价格并不高，虽然精度低些（密度　检测软件是在一定温度下的气液对应ＮＨａ／ｃｏ：关　计最佳精度为０．５ｍｇ／ｃｍ　），据计算还是能起实时检　系，即液相ＮＨ３／ｃｏｚ一，（　，气相ＮＨ３／ｃＯｚ）。可见，上　测之作用。　述由气相色谱测得的ＮＨｓ／ｃｏｚ仅输出液相ＮＨａ／　参考文献　ＣＯｚ，是单一检测功能。　本研究开发的软件功能有所扩大，同样只需测　１　Ｈ．Ｂｕｒｋｓ．Ｊ．Ｔｈａｕｍｉｓｓｃｎ．ＮＨ￣／ＣＯｚ　Ｍｅｔｅｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎ　Ｒｅａｃｔｏｒ　０ｆｆｌｕ－　ｅｎ　ｃ　Ｓｔｒｅａｍ．１０８７　定合成气相中的ＮＨａ／ｃｏ　，在辅助易测参数Ｔ、Ｐ的　２　１．Ｍａｖｒｏｖｉｃ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｊｎ　ＵＴＩ　ｓ　Ｕｒｅａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｉｔｒｏｇｅｎ’８６　共同配合下，应用开发软件（表２），即能检测出表征　Ｔｈｅ　Ｗｃ￣］ｄ　Ｎｉ￣＇ｏｇｃｎ　Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．１０８６．２０～２３　尿素流程特性的两个重要的浓度参数ＮＨＪＣＯｚ和　３　Ｕｒｅａ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．Ａ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｒｅｐｏｒｔ．ＮＪｈ－ｏｇｅｎ．１９９Ｊ．１８５／１８６　维普资讯 http://www.cqvip.com

７７　一　一３７　第１期　沈华民．尿素装置液相浓度在线自动检测软件的研究　７大莲工学院译．日产１６２０　吨二氧化碳汽提法尿素装置操作手　册．１０７５　ｄ　Ｒｏ￣ｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｎｅｆｆｉｅｌｎｅｔ　Ｕｒｅａ　Ｐｂｎ　．Ｎｉｔｒｏｇｅｎ．１９９１　１９０　５　Ｃｏｎｔｒｏｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｎｉｔｒｅ－　ｇｅｎ　１９８７．１６９　８巾国寰球化学工程公司主编．氟肥工艺设计手册屎索．中国武汉　化工工程公司缩写　北京：化学工业出版社，１９８８　６袁一，王文善，沈华民等编尿素工学．北京：化学工业出版社，　１９９６　ＳＴＵＤＹ　ｏＮ　ＳｏＦＴＷＡＲＥ　ＦＯＲ　ＡＵＴ　ＯＦ　ＬＩＱＵＩＤ　ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮＳ　ＩＮ　ＵＲＥＡ　ＰＬＡＮＴ　Ｓｈｅｎ　Ｈｉｌａｍｉｎ　（　ｇ蛔　船鲫　曲Ｉｎａｔ＃￣ｅ　ｏｙ　哪如　＾蚴，胁９蛔　，２０００６２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｓｏｆｔｗａｒｅｓ　ｆｏｒ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｏｆ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｍｅｄａｌ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｏｒｙ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｅｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｕｒｅａ　ｐｌａｎｔ　ａｎｄ　ｂａｃｋｗａｒｄ　ｍａｎｕａｌ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｅａｍ　ｃ￣ｎｃｅｎｔｒａ—　ｔｉｏｎ．Ｍａｎｙ　ｓｏｆｔｗａｒｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｕｒｅａ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃａｒｂｏｎ　ｉｏｘｉｄｄｅ　ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ，ａｍｍｏｎｉａ　ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｏｌｕｆｉｏｎ　ｒｅｃｙｃｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｒｅａ　ｐｌａｎｔ，ｔｈｅｒｍｅｄｙｎａｍｉｃ　ｍｅｄｅｌ，ｏｆｓｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　（上接第２１页）　２冈毅民主编．中国不锈钢府蚀手册．北京；冶金工业出敝社ｔ１９９２　３化工部．设备维护检修规程（第三部分）　北京：化学工业出版社　】９９３　ＬＩＮＩＮＧ　ＲＥＰＬＡＣＥＭＥＮＴ　ＦＯＲ　ＴＨＥ　ＵＰＰＥＲ　ＣＨＡＮＮＥＬ　ＢＡＲＲＥＬ　ｏＦ　ＴＨＥ　ＨＰ　ＷＡＳＨⅡ、『Ｇ　Ｔ０ＷＥＲ　Ｌｔａ　Ｌｅｍｉｎｇ　（６卿弘　ｉ　打　Ｃ＇ｏｒａ￣ｅｘ　妇ｃ峥州鹏　如　№￡，函瓣　Ｅ，５１０７２６）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｐｒｅｐａｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｐｌａｃｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｎｉｎｇ　ｂｙ　ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｂａｒｒｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｔｏｗｅｌ＂ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｈａｕｌ　ｐｅｒｉｏｄ　ｉｎ　１９９５．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｐｐｅｒ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｂａｒｒｅｌ，ｌｉｎｉｎｇ，ｓｏｌｉｄ—ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｅｌｄｉｎｇ　一一　截至１９９６年ｌ２月９１日８时．大庆石化化肥厂全年生产合成氯３６７５８８ｔ、尿素５７６６９８ｔ，均超过装置年设计生产能力的　２Ｏ　，打破１９９５年全国最高纪录。　该厂嵌靠科技进步，挖掘装置潜力，使生产不断跃上台阶。１９９５年，合成氨产量夺得全年国第一名，尿素生产列同行业之　首　１９９６年以来，该厂把安全长周期生产作为获取高产量、高效益的关键来抓，依照效益目标管理的方针，层层分解目标ｔ优化　生产方案，生产始终保持旺盛势头。　该厂取消年度计划太检修．实行状态检修．保证装置的　安稳长满优　生产，取得了明显的经济效益。