本文作者唐立平先生，贵州开鳞(集团)息烽重钙都匀氮肥厂计量站站长；刘双刚先生，浙江浙大中控技术有限公司工程三部经理、工程师；章如峰先生，工程分公司总经理；吕永杰先生，工程三部助理工程师。 关键词：DCS　防喘振　串级变比值控制　 硝氨在工农业生产中有着广泛的用途，硝酸也在工业中有广泛的应用。氨氧化法硝酸生产有常压、加压等不同的流程，本文介绍了常压氨氧化法硝酸生产流程特点及重要控制策略。 一 工艺描述 1. 硝酸工段工艺流程 用低压蒸汽将气氨加热至60℃，送至氨空气混合器。空气经空气压缩机压缩升压进入氨空气混合器，与气氨混合成含氨10.5%(体积比)左右的氨空气混合气，送至氧化炉的铂网上，在800~ 850℃温度下，氨被氧化成一氧化氮气体，然后在废热锅炉内回收热量副产蒸汽，供汽机使用。一氧化氮气体被进一步氧化吸收成为硝酸。 2. 801工段(硝氨)工艺流程 氨气由外管进入工段后分别送入中和器、再中和器、二段后的溶液贮槽。氨库送来的贮罐气送至浸入式中和器。硝酸由漂白塔流入硝酸贮槽，用泵打入硝酸高位槽再分别加入中和器或浸入式中和器。氨和硝酸中和制得硝铵溶液，流入再中和器，借真空泵抽入一二段蒸发，经管外蒸汽加热浓缩后，由二段分离器进行汽液分离。溶液入二段贮槽，再借真空泵吸力抽入结晶机，浓缩结晶制得合格成品。 二 工艺特点及控制难点 氨与空气在氧化炉内的反应是强放热反应，大量的反应热通过蒸汽系统产生中压蒸汽，中压蒸汽推动透平做功，拖动空气压缩机运行。系统连续性强，工艺参数耦合严重，现简述如下。 主控部分：氧化炉内气体流速、反应温度对氨空(气)比(为流量比)的变化非常敏感，一般氨空比控制在11~13%，炉温控制在800~825℃之间。氨空比低，不利于转化率的提高，致使能耗大、生产成本高；氨空比高，有利于提高转化率、降低消耗，但反应温度高，降低了铂网的使用寿命，甚至损坏铂网，同时氨空比接近爆炸极限，在故障停车时可能引发事故。所以，氨空比的实时检测与稳定控制是氧化炉控制的关键。气氨流量受气氨温度、压力的影响大，稳定气氨温度、气氨压力是前提。当氧化炉超温或氨空比超高等条件发生时，氧化炉联锁动作，切断进氨管线。 压机部分：透平及压缩机(简称压机)为高速运转设备，正常生产时转速一般在11~12kr/min，压机控制的要点是压机联锁及防喘振。硬件上采样压机轴位移、轴振动、控制油压等信号，进行及时的联锁保护。喘振是压机负荷大于透平的拖动能力引起的，表现为压机运转不稳定。喘振会严重损坏压机部件，引发安全事故。 硝氨合成部分由于控制点较少以及检测仪表的限制，基本采用常规控制方案。 三 控制及联锁方案 除采用常规方案及联锁外，系统还采用了以下重要控制及联锁方案。 1. 主控联锁 (1)实时氨空比大于15%时主控联锁停车，快速断氨阀和加氨阀关闭。 (2)炉温小于790℃时，低报；大于840℃时，高报；大于860℃时，主控联锁停车。 (3)升温速率联锁：当温度大于780℃、升温速率大于30℃/min时，主控联锁停车。 (4)主控氨温联锁：当氨温小于40℃时，报警；小于20℃时，主控联锁停车。 (5)主控氨压联锁：当氨压小于4kgf/cm2时，低报；当氨压大于5.8kgf/cm2时，高报；当氨压大于 6.3kgf/cm2时，主控联锁停车。 (6)主控汽包液位联锁：液位大于70%，高报；液位小于30%，低报；液位小于10%时，主控联锁停车。 (7)透平停车，则主控联锁停车，同时一氧化氮放空阀和二次空气放空阀打开。 (8)压机开车正常后，当透平转速大于等于8425r/min时，主控才能使“复位1”复位，压机放空阀关闭。否则主控不能使“复位1”复位，压机放空阀仍开。 (9)“复位1”复位之后，“复位2”才能复位。 (10)部分联锁解除：根据现场情况，可分别将氨空比、炉温超温、氨温、氨压、汽包液位、升温速率等联锁设为“不联锁”，以解除相应的联锁。 2. 氧化炉温度串级变比值控制 根据氧化炉的温度设定氨空比，再根据氨空比和空气流量来调节气氨流量。控制框图见图1所示。
联锁条件如下。 (1)氨空比设定值限幅：0~14%。 (2)氨空比串调阀限幅由仪表工程师根据工艺要求随时调整。 (3)炉温小于780℃时，氨空比串调阀只能手动操作。 (4)主控联锁停车，氨空比串调阀必须关闭。 (5)氨空比大于13%时报警，氨空比大于14%或炉温大于840℃时，氨空比串调阀只能手动操作，且开度只能减小不能增加。 3. 透平压缩机主联锁 (1)油冷器后温度小于30℃时，快关阀开、油槽油位低、排气阀关闭、一氧化氮放空阀关闭、二次空气放空阀关闭，则蝶阀、旁通阀、电磁阀关闭，使压机不能复位。透平启动成功后以上联锁条件失效。 (2)蝶阀、旁通阀、电磁阀得电(压机复位)，现场手动打开蝶阀，旁通阀自动关闭(现场硬件控制)。 (3)(压机复位后)蝶阀、旁通阀、电磁阀得电打开，润滑油压不低、控制油压不低、快关阀前油压不低、真空度表压小于等于－0.04MPa、透平转速未超高、压机轴位移不大、透平轴位移不大、压机轴振动不大、透平轴振动不大、蝶阀已打开，则透平允许启动。否则透平不允许启动并且联锁停车。 (4)透平启动，快关阀、电磁阀打开，放空阀、电磁阀允许打开(在透平未启动时，这两只电磁阀禁止打开)，快关阀现场手动打开、透平冲转，压机转速遥控阀可以打开。 (5)透平联锁停车，快关阀、电磁阀失电，快关阀关闭；蝶阀、旁通阀、电磁阀失电，蝶阀关闭，旁通阀打开。 (6)透平联锁停车，压机转速遥控阀关闭回零。 (7)以上联锁可以由仪表工程师解除。 4. 压缩机防喘振控制采用双PID+高选器 PID1采用压缩机排出压力排放线控制(排放线由折线表查得)，PID2采用一次空气流量控制，控制框图见图2。
(1)自动时，PID运算结果较高的赋值给排出压力的放空阀。放空阀采用快速打开、缓慢关闭(以每分钟5%的速度关闭)的动作模式。阀门关闭死区由仪表工程师根据工艺设定(约5%)。 (2)手动控制时，放空阀由操作人员手动调节，调节幅度为0~100%。 四 工程实施 在贵州开磷(集团)都匀氮肥厂双硝生产装置上，我们选用了SUPCON JX-300X DCS，经过调试，一次开车投运成功。压缩机实现了卡边控制(排出压控制在放空线附近)，氧化炉温度控制平稳(815~825℃)(控制效果见图3)，为节能降耗、平稳生产提供了手段，取得了明显的经济效益。
图3反映了某15min内，氧化炉温度及实时氨空比的变化情况。由图可知，氧化炉温度波动范围小于0.5%，实时氨空比波动范围小于1%，系统运行稳定，抗扰动能力强。 程序设计中以下两点有一定的技巧。 (1)氧化炉温度控制：氨空比大于14%或炉温大于840℃时，氨空比串调阀只能手动操作，且开度只能减小不能增加(安全操作)。其程序框图如图4。
(2)压缩机防喘振控制：自动控制时，放空阀采用快速打开、缓慢关闭(以每分钟5%的速度关闭)的动作模式。其程序框图如图5。

系统配置如图6所示。从图6可以看出，JX-300X DCS具有优秀的分散性结构，为厂方节约了投资，ScnetII采用标准工业以太网，通过网络工程师站可以管理其他操作站的文件系统，控制其他操作站实时监控软件的启动运行，便于文件管理。系统良好的抗干扰能力使装置在雷击多发区仍能够安全平稳运行。 系统型号：JX-300X DCS，控制站代号“CS1”，801操作站代号“OS1”，主控操作站代号“OS2”，压机操作站代号“OS3”，打印机代号 “Printer”。 通过应用，我们体会到SUPCON JX-300X DCS稳定可靠、操作维护方便、二次开发功能强大的特点。特别是梯形图在线浏览、联锁条件记录等功能，为在双硝生产等联锁多、实时性强的生产装置上使用提供了方便，称得上是一款先进、成熟的DCS系统。