1、合成氨工艺仿真转化工段软件说明书北京东方仿真软件技术有限公司2009 年 1 月目录第一章 装置概况 1第一节 工艺流程简述 11.1.1 概述 11.1.2 原料气脱硫 21.1.3 原料气的一段转化 21.1.4 转化气的二段转化 31.1.5 变换 31.1.6 蒸汽系统 41.1.7 燃料气系统 5第二节 工艺仿真范围 5第三节 控制回路一揽表 7第四节 位号与位号描述一揽表 9第二章 岗位操作 12第一节 冷态开车 122.1.1 引 DW、除氧器 101-U 建立液位（蒸汽系统图） 122.1.2 开 104-J、汽包 101-F 建立液位（蒸汽系统图） 122.1.3 开 101
2、-BJ、101-BU 点火升温（一段转化图、点火图） 132.1.4 空气升温（二段转化） 152.1.5 MS 升温（二段转化） 162.1.6 108-D 升温、硫化（一段转化图） 142.1.7 投料（脱硫图） 162.1.8 加空气（二段转化及高低变） 172.1.9 联低变 172.1.10 其它 18第二节 正常工况 192.2.1 正常操作要点 192.2.1 转化岗位主要指标 19第三节 正常停车 212.3.1 停车前的准备工作 212.3.2 停车期间分析项目 222.3.3 停工期间注意事项 222.3.4 停车步骤 22第三章 事故处理 26第一节 101-J 压缩机故
3、障 26第二节 原料气系统故障 27第三节 水蒸汽系统故障 28第四节 101-BJ 跳车或故障 30第五节 101-BJA 跳车或故障 30第六节 冷却水中断 30第四章 下位机画面设计 31第一节 DCS 用户画面设计 311第二节现场操作画面设计 311地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：1第一章 装置概况第一节 工艺流程简述1.1.1 概述制取合成氨原料气的方法主要有以下几种：1.固体燃料气法；2.重油气法；3.气态烃法。其中气态烃法又有蒸汽转化法和间歇催化转化法。本仿真软件是针对蒸汽转
4、化法制取合成氨原料气而设计的。制取合成氨原料气所用的气态烃主要是天然气（甲烷、乙烷、丙烷等）。蒸汽转化法制取合成氨原料气分两段进行，首先在装有催化剂（镍触媒）的一段炉转化管内，蒸汽与气态烃进行吸热的转化反应，反应所需的热量由管外烧嘴提供。一段转化反应方程式如下：CH4+H2O CO+3H2 206.4 kj/molCH4+2H2O CO2+4H2 - 165.1 kj/mol气态烃转化到一定程度后，送入装有催化剂的二段炉，同时加入适量的空气和水蒸汽，与部分可燃性气体燃烧提供进一步转化所需的热量，所生成的氮气作为合成氨的原料。二段转化反应方程式如下：1.催化床层顶部空间的燃烧反应2H2 + O2
5、 2H2O（g）+ 484 kj/molCO+ O2 CO2 + 566 kj/mol2. 催化床层的转化烧反应CH4+H2O CO+3H2 206.4 kj/molCH4+ CO2 2CO+2H2 247.4 kj/mol地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：2二段炉的出口气中含有大量的 CO，这些未变换的 CO 大部分在变换炉中氧化成 CO2，从而提高了 H2 的产量。变换反应方程式如下：CO+ H2O CO2 +H2 + 566 kj/mol1.1.2 原料气脱硫原料天然气中含有 6.0pp
6、m 左右的硫化物，这些硫化物可以通过物理的和化学的方法脱除。天然气首先在原料气预热器（141-C）中被低压蒸汽预热，流量由 FR30 记录，温度由 TR21 记录，压力由 PRC1 调节，预热后的天然气进入活性碳脱硫槽（101-DA 、102-DA 一用一备）进行初脱硫。然后进用蒸汽透平驱动的单缸离心式压缩机（102-J），压缩到所要求的操作压力。压缩机设有 FIC12 防喘振保护装置，当在低于正常流量的条件下进行操作时，它可以可以把某一给定量的气体返回气水冷器（130-C），冷却后送回压缩机的入口。经压缩后的原料天然气在一段炉（101-B）对流段低温段加热到 230（TIA37 ）左右与 1
7、03-J 段间来氢混合后，进入 Co-Mo 加氢和氧化锌脱硫槽（108-D），经脱硫后，天然气中的总硫含量降到 0.5ppm 以下，用AR4 记录。1.1.3 原料气的一段转化脱硫后的原料气与压力为 3.8MPa 的中压蒸汽混和，蒸汽流量由 FRCA2调节。混合后的蒸汽和天然气以分子比 4：1 的比例通过一段炉（101-B）对流段高温段预热后，送到 101-B 辐射段的顶部，气体从一根总管被分配到八根分总管，分总管在炉顶部平行排列，每一根分总管中的气体又经猪尾管自上而下地被分配到 42 根装有触媒的转化管中，原料气在一段炉（101B ）地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 61
8、0 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：3辐射段的336 根触媒反应管进行蒸汽转化，管外由顶部的 144（仿真中为 72）个烧嘴提供反应热，这些烧嘴是由 MIC1MIC9 来调节的。经一段转化后，气体中残余甲烷在 10（AR1_4）左右。1.1.4 转化气的二段转化一段转化气进入二段炉（103-D），在二段炉中同时送入工艺空气，工艺空气来自空气压缩机（101-J），压缩机有两个缸。从压缩机 101-B 最终出口管送往二段炉的空气量由 FRC3 调节，工艺空气可以由于电动阀 SP3 的动作而停止送往二段炉。工艺空气在电动阀 SP3 的后面与少量的中压蒸汽汇合
9、，然后通过 101-B 对流段预热。蒸汽量由 FI51 计量，由 MIC19 调节，这股蒸汽是为了在工艺空气中断时保护 101-B 的预热盘管。开工旁路（LLV37）不通过预热盘，以避免二段转化触媒在用空气升温时工艺空气过热。工艺气从 101-D 的顶部向下通过一个扩散环而进入炉子的燃烧区，转化气中的 H2 和空气中的氧燃烧产生的热量供给转化气中的甲烷在二段炉触媒床中进一步转化，出二段炉的工艺气残余甲烷含量（AR1_3 ）在 0.3左右，经并联的两台第一废热锅炉（101-CA/B）回收热量，再经第二废热锅炉（102-C）进一步回收余热后，送去变换炉 104-D。废锅炉的管侧是来自 101-F
10、的锅炉水。102-C 有一条热旁路，通过 TRC10 调节变换炉 104-D 的进口温度（370左右）。1.1.5 变换变换炉 104-D 由高变和低变两个反应器，中间用蝶形头分开，上面是高变炉，下面是低变炉。低变炉底部有蒸汽注入管线，供开车时以及短期停车地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：4时触媒保温用。从第二废热锅炉（102-C）来的转化气约含有 12-14的CO，进入高变炉，在高变触媒的作用下将部分 CO 转化成 CO2，经高温变换后 CO含量降到 3（AR9）左右，然后经第三废热锅炉（
11、103-C）回收部分热能，传给来自 101-F 的锅炉水，气体从 103-C 出来，进换热器（ 104-C）与甲烷化炉进气换热，从而得到进一步冷却。104-C 之前有一放空管，供开车和发生事故时高变出口气放空用的，由电动阀 MIC26 控制。 103-C 设置一旁路，由TRC11 调节低变炉入口温度。进入低变炉在低变触媒的作用下将其余 CO 转化为 CO2，出低变炉的工艺气中 CO 含量约为 0.3（AR10）左右。开车或发生事故时气体可不进入低变炉，它是通过关闭低变炉进气管上的 SP4、打开 SP5 实现的。1.1.6 蒸汽系统合成氨装置开车时，将从界外引入 3.8MPa、327 的中压蒸汽
12、约50T/H。辅助锅炉和废热锅炉所用的脱盐水从水处理车间引入，用并联的低变出口气加热器（106-C）和甲烷化出口气加热器（134-C）预热到 100左右，进入除氧器（101-U）脱氧段，在脱氧段用低压蒸汽脱除水中溶解氧后，然后在储水段加入二甲基硐肟除去残余溶解氧。最终溶解氧含量小于 7PPb。除氧水加入氨水调节 PH 至 8.5-9.2，经锅炉给水泵 104-J/JA/JB 经并联的合成气加热器（123-C），甲烷化气加热器（114-C）及一段炉对流段低温段锅炉给水预热盘管加热到 295（TI1_44）左右进入汽包（101-F），同时在汽包中加入磷酸盐溶液,汽包底部水经 101-CA/CB、1
13、02-C、103-C 一段炉对流段低温段废热锅炉及辅助锅炉加热部分汽化后进入汽包，经汽包分离出的饱和蒸汽在一段炉对流段过热后送至 103-JAT，经 103-JAT 抽出地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：53.8MPa、327中压蒸汽，供各中压蒸汽用户使用。 103-JAT 停运时，高压蒸汽经减压，全部进入中压蒸汽管网，中压蒸汽一部分供工艺使用、一部分供凝汽透平使用，其余供背压透平使用，并产生低压蒸汽，供 111-C、101-U 使用，其余为伴热使用在这个工段中，缩合/脱水反应是在三个串联的反
14、应器中进行的，接着是一台分层器，用来把有机物从液流中分离出来。1.1.7 燃料气系统从天然气增压站来的燃料气经 PRC34 调压后，进入对流段第一组燃料预热盘管预热。预热后的天然气，一路进一段炉辅锅炉 101-UB 的三个燃烧嘴(DO121、DO122 、DO123)，流量由 FRC1002 控制，在 FRC1002 之前有一开工旁路，流入辅锅的点火总管(DO124、DO125、DO126)，压力由 PCV36 控制；另一路进对流段第二组燃料预热盘管预热，预热后的燃料气作为一段转化炉的 8 个烟道烧嘴(DO113-DO120) 、144 个顶部烧嘴 (DO001-DO072)以及对流段 20
15、个过热烧嘴(DO073-DO092) 的燃料。去烟道烧嘴气量由 MIC10 控制，顶部烧嘴气量分别由 MIC1-MIC9 等 9 个阀控制，过热烧嘴气量由 FIC1237控制。第二节 工艺仿真范围转化装置转化工段仿真以主工艺物流的工艺过程和设备为主，对于公用工程和附属系统不进行过程定量模拟，只做事故定性仿真(如：停冷却水，地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：6停蒸汽等)，具体包括如下过程在内：原料气脱硫、原料气的一段转化、转化气的二段转化、变换、蒸汽系统、燃料气系统。由于本仿真系统主要以仿DCS
16、操作为主，因而，在不影响操作的前提下，对一些不很重要的现场操作进行简化，简化主要内容为：不重要的间歇操作，部分现场手阀，现场盲板拆装，现场分析及现场临时管线拆装等等。另外，根据实际操作需要，对一些重要的现场操作也进行了模拟，并根据DCS画面设计一些现场图，在此操作画面上进行部分重要现场阀的开关和泵的启动停止。对DCS的模拟，以化工厂提供的DCS 画面和操作规程为依据，并对重要回路和关键设备在现场图上进行补充。地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：7第三节 控制回路一揽表转化装置转化工段仿真培训系统
17、共涉及到仪表控制回路如下，这些回路的详细内容见下表，该表给出了仪表回路的公位号、回路描述、工程单位、正常设定及正常输出。这些内容仅供操作参考。转化工段仪表回路一览表原料气脱硫回路名称 回路描述 工程单位 设定值PRC1 原料气入口压力控制 MPA 1.82PRC102 102-J 出口压力控制 MPA 3.86PRC69 102-J 入口压力控制 MPA 1.82FIC12 102-J 防喘震流量控制 M3/H 0FRCA1 102-J 出口流量控制 M3/H 24556FRCA2 101-B 进蒸汽量控制 M3/H 67000FFC2 水碳比例控制 3.5-4.2TIC22L 进 101/2
18、-DA 燃料气温度 40-50一段炉变换回路名称 回路描述 工程单位 设定值PRC1018 101-F 压力控制 MPa 10.6AICRA6 辅锅氧含量控制 % 3FIC1003 辅锅进风量控制 M3/H 7611地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：8PICAS103 101BJA 出口压力控制 MP 1147PRCA19 101B 压力控制 MPa -50PRC34 燃气进料总压力控制 MPa 0.8FRC1002 辅锅燃气进量控制 M3/H 2128FIC1004 过热烧嘴风量控制 M3/
19、H 15510TRCA1238 过热蒸汽温度控制 445 FIC1237 过热烧嘴燃气量控制 M3/H 320AICRA8 101-B 氧含量控制 % 3PICA21 辅锅压力控制 MPa -60二段转换回路名称 回路描述 工程单位 设定值FRCA3 二段转化进空气流量控制 M3/H 33757FRCA4 101-J 出口总流量控制 M3/H 33757TRCA104 进 104-DA 温度控制 371TRCA11 进 104-DB 物料温度控制 240蒸汽系统回路名称 回路描述 工程单位 设定值PIC13 MS 压力控制 MPA 3.865LICA22 101-U 液位控制 % 50LRCA
20、76 101-F 液位控制 % 50LICA102 156-F % 50地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：9第四节 位号与位号描述一揽表FRCA1 N.G TO 101B TI1_18 LOW. TEMP.SHIFT 104-DFRCA2 STEAM TO 101B TI1_20 LOW. TEMP.SHIFT 104-DFIC12 102-J KICK BACK TI1_79A 103-D SKIN TEMPFR32 FUEL GAS TO 101-B TI1_79B 103-D SKIN
21、TEMPFR32 FUEL GAS TO 101-B TI1_79C 103-D SKIN TEMPFR34 N.G FLOW TO 2# STAGE TI1_79D 103-D SKIN TEMPFFC2 STM*0.98 TI1_100B 101-B TUBE S BOTTOM DFRC1002 TO AUX BOILER FUEL GAS TI1_101B 101-B TUBE S BOTTOM EFIC1003 TO AUX BOILER FUEL AIR TI1_104A 101-B TUBE S BOTTOM JFIC1004 AIR TO 101B SUPERHEAT BU TI
22、1_103A 101-B TUBE S BOTTOM HFIC1237 FUEL GAS TO 101B SUP.H B TI1_102A 101-B TUBE S BOTTOM FFI50 STEAM TR1_105 FEED GAS TO 103-DFR54 STEAM TO 104-D TI1_2 500# ST TO 101-BFI51 550# ST TO AIR COIL TI1_3 101-B MIXED FEED HEATFR30 N.G. FROM B.C TI1_4 AIR 19.关闭 PICAS103；20.开 101-BJ，保持 PRCA19 在50Pa、PICA21
23、在-250Pa 以上，保证 101-B 能够充分燃烧；21.在负荷减至 25时，FRCA2 保持 10000M3/H,开 102-J 大副线阀LLV15；22.停 102-J，关 PRC102；23.开 108-D 出口阀 LLV48，放空；24.当 TI1_105 降至 600 时，将 FRCA2 降至 50000M3/H；25.TR1_105 降至 350400时，到辅操台上按“SP-6 关 J“按钮，切除蒸汽；地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：2426.蒸汽切除后，关死 FRCA2；27
24、.关 MIC19；28.在蒸汽切除的同时，在辅操台上点“停 101-B 燃料气”按钮；29.一段炉顶部烧嘴全部熄灭，关烧嘴考克阀 DO001DO072，自然降温；30.关一段炉顶部烧嘴各点火枪 DO207DO215。（二）辅锅和蒸汽系统停车1.101-B 切除原料气后，根据蒸汽情况减辅锅 TR1_54 温度；2.到辅操台上点“停 101-BU 主燃料气”按钮；2.关主烧嘴燃料气考克阀 DO121-DO123；3.关点火烧嘴考克阀 DO216-DO218；4.当 101-F 的压力 PI90 降至 0.4MPa 时改由顶部放空阀 LVV02 放空；5.关过热蒸汽总阀阀 LVV03；6.关 LVV
25、14，停加 Na3PO4。7.关 MIC27/28，停 104-J/JB；8.关 MIC12；9.MIC1024，停止向 101-F 进液；10.关 LVV24，停加 DMKO；11.关 LVV23，停加 NH3；12.关闭 LICA23，停止向 101-U 进液；13.当 101-BU 灭火后，TR1_10580时，关 DO094，停 101-BJ；14.关闭 PRCA19；15.关闭 PRCA21。地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：25（三）燃料气系统停车1.101-B 和 101-BU
26、灭火后，关 PRC34；2.关 PRC34 的截止阀 LLV160；3.关闭 FIC1237；4.关闭 FRC1002。（四）脱硫系统停车1.108-D 降温至 200，关 LLV30，切除 108-D 加氢；2.关闭 PRC1；3.关原料气入界区 NG 大阀 LLV201；4.当 108-D 温度降至 40 以下时，关原料气进 108-D 大阀 LLV35；5. 关 LLV204/LLV05，关进 101-DA/102-DA 的原料天然气；6.关 TIC22L，切除 141-C。地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：0106
27、4951832 网址：26第三章 事故处理第一节 101-J 压缩机故障1.总控立即关死 SP-3，转化岗位现场检查是否关死；2.切低变、开 SP-5，SP-5 全开后关 SP-4，关出口大阀；3.总控全开 MIC19；4.总控视情况适当降低生产负荷，防止一段炉及对流段盘管超温；5.如空气盘管出口 TR-4 仍超温，灭烟道烧嘴；6.如 TRC-1238 超温，逐渐灭过热烧嘴；7.加氢由 103-J 段间改为一套来 H2（103-J 如停）。与此同时，总控开PRC-5，关 MIC-21、MIC-20 、103-J 打循环，如工艺空气不能在很短时间内恢复就应停车，以节省蒸汽、净化保证溶液循环，防止
28、溶液稀释。当故障消除后，应立即恢复空气配入 103-D，空气重新引入到二段炉的操作步骤同正常开车一样，防止引空气太快造成触媒床温度飞升损坏，TI1_108 不应超过1060）。开车步骤如下：1、按正常开车程序加空气；2、当空气 加入量正常，并且高变温度正常，出口 CO 正常后，联入低变；3、净化联 106-D 开 MIC-20；4、开 103-J 前，如过热火嘴已灭，应逐个点燃；5、逐渐关 MIC-19，保证 FI51 量为 2.72T/H；6、合成系统正常后，加氢改至 103-J 段间；地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：
29、01064951832 网址：278、点燃烟道烧嘴；9、转化岗位全面在室外检查一遍设备及工艺状况，发现问题及时处理；10、总控把生产负荷逐渐提到正常水平。第二节 原料气系统故障1、天然气输气总管事故（天然气中断）（1）关闭 SP-3 电动阀，转化岗位到现场查看是否关死；（2）切低变开 SP-5，SP-5 全开后关 SP-4、气体在 MIC-26 放空，关低变出口大阀；（3）关闭 101-B/BU、烟道，过热烧嘴考克；（4）切 101B、烟道及过热烧嘴驰放气；（5）利用外供蒸汽置换一段转化炉内剩余气体防止触媒结碳、时间至少30 分钟，接着，转化接胶带给 101-B 充 N2 置换，在八排导淋、1
30、01-C4/CB 艺侧导淋排放；（6）关 PRC34 及前后阀，关 FRCA1，SP-2，关 101-D 加氢阀；（7）开 MIC30，MIC31_1/4，按程序停 101BJA；（8）104-JA 间断开，给 101-F 冲水；（9）待一段炉用 MS 置换后，接胶带置换脱 S 系统合格，关死FRCA2、SP-6 及前截止阀，关原料气入界区总阀；（10）各触媒氮气保护，高变开低点导淋排水，低变定期排水，防止水泡触媒。其它岗位处理是：切 106D 关 MIC20，停合成，停四大机组，净化保压循环再生。如装置能够较快恢复开车，一段炉可采用直接蒸汽升温的办法进行，其它步骤同正常开车。如装置短期不能恢
31、复开车，触媒床层温度降至活性地址：北京市朝阳区安外小关东里 10 号院，润宇大厦 610 室 邮编：100029E-mail: 电话：01064951832 网址：28温度以下，也可以采用一段炉干烧后直接通中压蒸汽升温的开车方法开车。2、原料气压缩机故障（1）关 SP-3；（2）切 104-DB、开 SP-5，SP-5 全开后关 SP-4，关出口阀，气体在 MIC26 放空；（3）关 SP-34 切 101-B、烟道、过热烧嘴驰放气；（4）灭过热烧嘴；（5）灭烟道烧嘴，开风筒；（6）一段炉降至 760 等待投料，如时间可能超过 10 小时，一段炉TR1_105 降至 650 以下等待，FRCA
32、2 保持在 47T/H 左右；（7）关 108-D 加氢阀，联系一套供 H2 在 108-D 处排放；（8）101-BU 减量运行，保证 MS 压力平稳；（9）关死 SP-2、FRCA1；（10）一旦 102J 故障消除，重新开车应按大检修开车程序进行。第三节 水蒸汽系统故障1、进汽包的锅炉水中断如果突然发现进汽包的锅炉水中断，又不能立即恢复，则应立即紧急停车。（1）101-BU、101-B、过热烧嘴、烟道烧嘴灭火，关死考克阀；（2）关 SP-3。（3）开 108D 出口放空阀；（4）切 104-DB、开 SP-5，SP-5 全开后关 SP-4，关出口大阀；（5）一段炉通入 MS 在 MIC26 放空，当 TR1_105 达 400时，切
