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合成氨工艺仿真净化工段
使用说明书
四川大学化工学院
2009年1月
第一章概述1
第一节工艺流程简介1
第二节工艺仿真范围3
第三节控制回路一揽表3
脱碳系统4
冷凝液系统4
第二章装置冷态开工过程5
第一节脱碳系统开车5
第二节甲烷化系统开车7
第三节工艺冷凝液系统开车7
第四节净化岗位主要指标8
温度设计值8
压力设计值8
第三章装置正常停工过程10
第一节烷化停车步骤10
第二节脱碳系统停车步骤10
第三节工艺冷凝液系统停车11
第四章事故列表11
第一节101-E液位低联锁11
第二节102-F或121-F液位高联锁12
第三节甲烷化联锁12
第四节107-J跳车12
第五节106-J跳车13
第六节108-J跳车13
第七节尿素跳车14
第五章自动保护系统14
第六章评分细则14
第一节评分规则14
第二节冷态开车质量评分15
第三节冷态开车步骤评分17
第四节正常停车步骤评分18
第七章仿DCS画面设计20
第一节DCS用户画面设计20
第二节现场操作画面设计20
第三节仿真画面列表20
第一章概述
第一节工艺流程简介
一、脱碳
变换气中的CO2是氨合成触媒（镍的化合物）的一种毒物，因此，在进行氨合成之前必须从气体中脱除干净。
工艺气体中大部分CO2是在CO2吸收塔101-E中用活化aMDEA溶液进行逆流吸收脱除的。
从变换炉（104-D）出来的变换气（温度60℃、压力2.799MPa），用变换气分离器102-F将其中大部分水分除去以后，进入CO2吸收塔101-E下部的分布器。
气体在塔101-E内向上流动穿过塔内塔板，使工艺气和塔顶加入的自下流动的贫液（解吸了CO2的aMDEA溶液，40℃（TI_24））充分接触，脱除工艺气中所含CO2，再经塔顶洗涤段除沫层后出CO2吸收塔，出CO2吸收塔101-E后的净化气去往净化气分离器121-F，在管路上由喷射器喷入从变换气分离器（102-F）来的工艺冷凝液（由LICA17控制），进一步洗涤，经净化气分离器（121-F）分离出喷入的工艺冷凝液，净化后的气体，温度44℃，压力2.764MPa，去甲烷化工序（106-D），液体和变换冷凝液汇合液由液位控制器LICA26调节去工艺冷凝液处理装置。
从CO2吸收塔101-E出来的富液（吸收了CO2的aMDEA溶液）先经溶液换热器（109-CB1/2）加热、再经溶液换热器（109-CA1/2），被CO2汽提塔102-E（102-E为筛板塔，共10块塔板）出来的贫液加热至105℃（TI109），由液位调节器LIC4控制，进入CO2汽提塔（102-E）顶部的闪蒸段，闪蒸出一部分CO2，然后向下流经102-E汽提段，和自下而上流动的蒸汽汽提再生。
再生后的溶液进入变换气煮沸器（105-CA/B）、蒸汽煮沸器（111-C），经煮沸成汽液混合物后返回102-E下部汽提段，气相部分作为汽提用气，液相部分从102-E底部出塔。
从CO2汽提塔102-E底部出来的热贫液先经溶液换热器（109-CA1/2）和富液换热降温后进贫液泵，经贫液泵（107-JA/JB/JC）升压，贫液再经溶液换热器（109-CB1/2）进一步冷却降温后，经溶液过滤器101-L除沫后，进入溶液冷却器（108-CB1/2）被循环水冷却至40℃（TI1_24）后，进入CO2吸收塔101-E上部。
从CO2汽提塔102-E顶部出来的CO2气体通过CO2汽提塔回流罐103-F除沫后，从塔103-F顶部出去，或者送入尿素装置或者放空，压力由PICA89或PICA24控制。
分离出来的冷凝水由回流泵（108-J/JA）升压后，经流量调节器FICA15控制返回CO2吸收塔101-E的上部。
103-F的液位由LICA5及补入的工艺冷凝液（VV043支路）控制。
二、甲烷化
因为碳的氧化物是氨合成触媒的毒物，因此在进行合成之前必须去除干净，甲烷化反应的目的是要从合成气中完全去除碳的氧化物，它是将碳的氧化物通过化学反应转化成甲烷来实现的，甲烷在合成塔中可以看成是惰性气体，可以达到去除碳的氧化物的目的。
甲烷化系统的原料气来自脱碳系统，该原料气先后经合成气一脱碳气换热器（136-C）预热至117.5℃（TI104）、高变气—脱碳气换热器（104-C）加热到316℃（TI105），进入甲烷化炉（106-D），炉内装有18m3、J-105型镍催化剂，气体自上部进入106-D，气体中的CO和CO2和H2反应生成CH4和H2O。
系统内的压力由压力控制器PIC5调节。
甲烷化炉（106-D）的出口温度为363℃（TIAI1002A），依次经锅炉给水预热器（114-C），甲烷化气脱盐水预热器（134-C）和水冷器（115-C），温度降至40℃（TI139），甲烷化后的气体中CO（AR2_1）和CO2（AR2_2）含量降至10ppm以下，进入合成气压缩机吸收罐104-F进行气液分离。
甲烷化反应如下：
CO+3H2CH4+H2O+206.3KJ
CO2+4H2CH4+2H2O+165.3KJ
三、冷凝液回收系统
自低变104-D来的工艺气260℃（TI130），经102-F底部冷凝液猝冷后，再经105-C，106-C换热至60℃，进入102-F，其中工艺气中所带的水分沉积下来，脱水后的工艺气进入CO2吸收塔101-E脱除CO2。
102-F的水一部分进入103-F，一部分经换热器E66401换热后进入C66401，由管网来的327℃（TI143）的蒸汽进入C66401的底部，塔顶产生的气体进入蒸汽系统，底部液体经E66401，E66402换热后排出。
第二节工艺仿真范围
一、脱碳系统
1、塔101-E、102-E
2、换热器108-C1/C2、109-CA1/CA2、109CB1/CB2、105-CA/CB、110-C、111-C、106-C
3、分离罐121-F、103-F、102-F
4、泵107-JA/B/C、108-J/JA、106-J/JA/JB、116-J
5、贮槽114-F、115-F
6、过滤器101-L、104-L
二、甲烷化系统
1、反应器：
106-D
2、换热器：
114-C、134-C、115-C
3、分离罐：
104-F
三、冷凝液回收系统
1、塔：
C66401
2、换热器：
E66401、E66402
3、泵：
J66401A/B
第三节控制回路一揽表
合成氨装置净化工段仿真培训系统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。
回路名称
回路描述
工程单位
设定值
FICA15
水洗液入101-E流量控制
KG/H
12500
FRCA5
富液流量控制
T/H
640
FIC16
水洗液出101-E流量控制
KG/H
13600
LIC4
101-E塔底段液位控制
%
50
LIC7
101-E塔顶段液位控制
%
50
LICA5
103-F罐液位控制
%
50
LRCA70
102-E罐液位控制
%
50
PIC24
103-F罐顶压力控制
MPa
0.03
PICA89
103-F罐顶压力控制
MPa
0.03
脱碳系统
回路名称
回路描述
工程单位
设定值
FICA17
106-J到121-F流量控制
KG/H
10000
LICA26
121-F罐液位控制
%
50
PIC5
脱碳系统压力控制
MPa
2.7
TRCA12
106-D入口工艺气流量控制
℃
280
甲烷化系统
回路名称
回路描述
工程单位
设定值
FIC97
蒸汽流量控制
T/H
9.26
LICA39
C66401液位控制
%
50
LICA3
102-F液位控制
%
50
冷凝液系统
第二章装置冷态开工过程
第一节脱碳系统开车
注：
开阀时，如果未提到全开，均是指开度没有达到100%；开泵的顺序是先开泵前阀、再开泵、最后开泵的后阀（不能颠倒）。
1、打开CO2气提塔102-E塔顶放空阀VV075，CO2吸收塔101-E底阀SP73；
2、将PIC5设定在2.7MPa、PIC24设定在0.03MPa，并投自动；
3、开充压阀VV072，VX0049给CO2吸收塔101-E充压（现场图），同时全开HIC9；
4、现场启动116-J，开阀给CO2气提塔102-E充液；
（1）.打开泵入口阀VV010
（2）.现场启动泵116-J
（3）.打开泵出口阀VV011,VV013
5、LRCA70到50%时，投自动，若LRCA70升高太快，可间断开启VV013来控制；启动107-J（任选1），开FRCA5给101-E充液；
（1）.打开泵入口阀VV003/VV005/VV007
（2）.现场启动泵107-JA/107-JB/107-JC
（3）.打开泵出口阀VV002/VV004/VV006
（4）.打开调节阀FRCA5
6、LIC4到50%后，开启LIC4并投自动50%，建立循环；
7、投用LSL104（101-E液位低联锁）；
8、投用CO2吸收塔、CO2气提塔顶冷凝罐108-C，110-C：
现场开阀VX0009，VX0013进冷却水；注意TI1_21，TI1_24的温度显示；
9、投用111-C加热CO2气提塔102-E内液体，现场开阀VX0021进蒸汽；
10、投用LSH3（102-F液位低联锁），LSH26（121-F液位低联锁）；
11、间断开关现场阀VV114建立102-F液位（脱盐水自氢回收来）；
12、LICA3达50%后，启动106-J（任选1）；
（1）.现场打开泵入口阀VV103/VV105/VV107
（2）.启动泵106-JA/106-JB/106-JC
（3）.现场打开泵出口阀VV102/VV104/VV106
13、打开LICA5给CO2气提塔回流液槽103-F充液；
14、LICA5到50%时，投自动，并启动108-J（任选1），开启LICA5；
（1）.现场打开泵入口阀VV015/VV017
（2）.现场启动泵108-JA/B
（3）.现场打开泵出口阀VV014/VV016
（4）.打开调节阀FICA15
（5）.LICA5投自动，设为50%
15、LIC7达到50%后，LIC750%投自动（LIC7升高过快可间断开启VV041控制），开FIC16建水循环；
16、投用FICA17，LICA26投自动，设为50%；
17、开SP-5（控制自高低变入102-F的工艺气流量）副线阀VX0044，均压；
18、全开变换气煮沸器106-C的热物流进口阀VX0042；
19、关副线阀VX0044，开SP-5主路阀VX0020；
20、关充压阀VV072，开工艺气主阀旁路VV071，均压，关闭102-E塔顶放空阀VV075；
21、关旁路阀VV071及VX0049，开主阀VX0001，关阀VX0021停用111-C；
22、开阀MIC11，猝冷工艺气。
第二节甲烷化系统开车
1、开阀VX0022，投用136-C；
2、开阀VX0019，投用104-C；
3、开启TRCA12；
4、投用甲烷化炉106-D温度联锁TISH1002；
5、打开阀VX0011投用甲烷化炉脱盐水预热器134-C，打开阀VX0012投用水冷器115-C，
打开SP71；
6、稍开阀MIC21对甲烷化炉106-D进行充压；
7、打开阀VX0010投用锅炉给水预热器114-C；
8、全开阀MIC21，关闭PIC5；
第三节工艺冷凝液系统开车
1、打开阀VX0043投用C66402；
2、LICA3达50%时，启动泵J66401（任选1）；
（1）.现场打开泵入口阀VV109/VV111
（2）.启动泵J66401A/B
（3）.现场打开泵出口阀VV108/VV110
3、控制阀LICA3，LICA39设定在50%时，投自动；
4、开阀VV115；
5、开C66401顶放空阀VX0046
6、关C66401顶放空阀VX0046，开FIC97，
7、开中压蒸汽返回阀VX0045，并入101-B。
第四节净化岗位主要指标
温度设计值
序号
位号
说明
设计值（单位℃）
1
TI1_21
102-E塔顶温度
90
2
TI1_22
102-E塔底温度
110.8
3
TI1_23
101-E塔底温度
74
4
TI1_24
101-E塔顶温度
45
5
TI1_19
工艺气进102-F温度
178
6
TI140
E66401塔底温度
247
7
TI141
C66401热物流出口温度
64
8
TI143
蒸汽进E66401温度
327
9
TI144
E66401塔顶气体温度
247
10
TI145
冷物流出C66401温度
212.4
11
TI146
冷物流入C66401温度
76
12
TI147
冷物流入C66402温度
105
13
TI104
工艺气出136-C温度
117.00
14
TI105
工艺气出104-C温度
316.00
15
TI109
富液进102-E的温度
105.00
16
TI139
甲烷化后气体出115-C温度
40.00
压力设计值
序号
位号
说明
设计值（单位MPA）
1
PI202
E66401入口蒸汽压力
3.86
2
PI203
E66401出口蒸汽压力
3.81
第三章装置正常停工过程
第一节烷化停车步骤
1、开启工艺气放空阀VV001；
2、关闭106-D的进气阀MIC21；
3、关闭136-C的蒸汽进口阀VX0022；
4、关闭104-C的蒸汽进口阀VX0019；
5、停联锁TISH1002。
第二节脱碳系统停车步骤
1、停联锁LSL104、LSH3、LSH26；
2、关CO2去尿素截止阀VV076（图1现场103-F顶截止阀）；
3、关工艺气入102-F主阀VX0020，关闭工艺气入101-E主阀VX0001；
4、停泵106-J，关阀MIC11（猝冷工艺气冷凝液阀）及FICA17；
5、停泵J66401,关102-F液位调节器LICA3；
6、关103-F液位调节器LICA5；
7、停泵108-J，关闭FICA15，LIC7，FIC16；
8、停泵116-J，关闭VV013，关进蒸汽阀VX0021；
9、关阀FRCA5（退液阀LRCA70在图1现场，泵107J至储槽115F间）；
10、开启充压阀VV072、VX0049，全开LIC4、LRCA70；
11、LIC4降至0时，关闭充压阀VV072、VX0049，关阀LIC4；
12、102-E液位LRCA70降至5%时停泵107-J；
13、102-E液位降至5%后关退液阀LRCA70。
第三节工艺冷凝液系统停车
1、关C66401顶蒸汽去101-B截止阀VX0045；
2、关蒸汽入口调节器FIC97；
3、关冷凝液去水处理截止阀VV115；
4、开C66401顶放空阀VX0046；
5、至常温,常压,关放空阀VX0046。
第四章事故列表
第一节101-E液位低联锁
事故原因：
LSL-104低联锁
事故现象：
1、LIC-4回零；
2、PICA89下降，AR-1181上升。
处理方法：
等LSL-104联锁条件消除后，按复位按钮101-E复位。
第二节102-F或121-F液位高联锁
事故原因：
LSH-3或LSH-26高联锁。
事故现象：
102-F液位LICA3或121-F液位LICA26升高。
处理方法：
等LSH3或LSH26联锁消除后，按复位按钮SV9复位。
第三节甲烷化联锁
事故原因：
TSH-1002联锁。
现象：
1.MIC21回零；
2.VX0010回零；
3.TRA1_112升高。
处理方法：
等TSH-1002联锁消除后，按复位按钮106-D复位。
第四节107-J跳车
事故原因：
107-J跳车。
事故现象：
1.FRCA5流量下降；
2.LIC4下降；
3.AR1181逐渐上升。
处理方法：
1.开MIC26放空，系统减负荷至80%；
2.降103-J转速；
3.迅速启动另一台备用泵；
4.调整流量，关小MIC26；
5.按PB-1187，PB-1002（备用泵不能启动）；
6.开MIC26，调整好压力；
7.停1-3P，关出口阀；
8.105-J降转速，冷冻调整液位；
9.关闭MIC18，MIC24，氢回收去105-F截止阀；
10.LIC13，14，12手动关掉；
11.关MIC13，14，15，16，HCV1，MIC23；
12.关闭MIC1101，AV1113，LV1108，LV1119，LV1309，FV1311，FV1218；
13.切除129-C，125-C；
14.停109-J，关出口阀。
第五节106-J跳车
事故原因：
106-J跳车。
事故现象：
1.FICA17流量下降；
2.102-F液位上升。
事故处理：
1.启动备用泵；
2.备用泵不能启动，开临时补水阀。
第六节108-J跳车
事故原因：
108-J跳车。
事故现象：
FICA15无流量。
事故处理：
1.启动备用泵；
2.关闭LIC7，尽量保持LIC7；
3.备用泵不能启动，开临时补水阀。
第七节尿素跳车
事故原因：
尿素停车。
事故现象：
PIC24打开，PICA89打开。
事故处理：
1.调整PIC24压力；
2.停1-3P-1
（2）。
第五章自动保护系统
在装置发生紧急事故，无法维持正常生产时，为控制事故的发展，避免事故蔓延发生恶性事故，确保装置安全，并能在事故排除后及时恢复生产，
1.在装置正常生产过程中，自保切换开关应在“ON”位置,表示自保投用。
2.开车过程中,自保切换开关在”OFF”位置,表示自保摘除。
自保名称
自保值
LSH3
90
LSH26
90
LSL104
18
第六章评分细则
第一节评分规则
1、过程的开始和结束是以起始条件和终止条件来决定的,起始条件满足则过程开始,终止条件满足则过程结束。
操作步骤的开始是以操作步骤的起始条件和本操步骤所对应的过程的起始条件来决定的,必须是操作步骤的上一级过程的起始条件和操作步骤本身的起始条件满足,这个操作步骤才可开始操作.如果操作步骤没有组起始条件,那么，只要它上一级过程的起始条件满足即可操作。
2、操作步骤评定有三级,由评分权区分,对于高级评分,过程基础分给得低,操作步骤分给得高,而低级评分,则是过程基础分给得高,操作步骤分给的低.操作质量的评定和操作步骤有所不同,由于对于不同的工况各个质量指标开始评定和结束评定的条件不一样,而质量指标的参数是一样的。
3、过程只给基础分，步骤只给操作分。
基础分在整个过程完成后给予操作者，步骤分则视该步骤完成情况给予操作者。
4、一个过程的起始条件没有满足时，终止条件不予评判，因此也不会满足。
5、过程终止条件满足时，其子过程及所有过程下的步骤都不在参和评判，也就是这个过程中没有进行完毕的过程或步骤都不会再完成了，分也得不到。
6、操作步骤起始条件未满足，而动作已经完成，则认为此步骤错误，分数完全扣掉。
7、步骤起始条件未满足，而动作已经完成，则认为此步骤错误，分数完全扣掉。
8、对质量指标来说,评判它好和不好是根据指标在设定值上、下的偏差来决定的。
质量指标的上下允许范围内的数值不扣分,超过了允许范围要扣分，直至该指标得分为0止。
9、评分时对冷态开车评定步骤和质量，对于正常停车只评定步骤分。
第二节冷态开车质量评分
评分位号
位号描述
正常值
偏差
分权
TI1_19
TI1_19温度控制
165.00
±10.00
10分
TI1_21
TI1_21温度控制
90.00
±10.00
10分
TI1_22
TI1_22温度控制
110.80
±10.00
10分
TI1_23
TI1_23温度控制
74
±5.00
10分
TI1_24
TI1_24温度控制
45.00
±5.00
10分
LICA4
LICA4液位控制
50.00
±20.00
10分
LIC7
LIC7液位控制
50.00
±20.00
10分
LRCA70
LRA70液位控制
50.00
±20.00
10分
LICA5
LICA5液位控制
50.00
±20.00
10分
LICA3
LICA3液位控制
50.00
±20.00
10分
LICA26
LICA26液位控制
50.00
±20.00
10分
LICA39
LICA39液位控制
50.00
±20.00
10分
TRCA12
TRCA12温度控制
280.00
±10.00
10分
AR2_1
AR2_1（CO）
≤4.00
10分
AR2_2
AR2_2（CO2）
≤4.00
10分
TI140
TI140温度控制
247.00
±10.00
10分
TI141
TI141温度控制
64.00
±5.00
10分
TI143
TI143温度控制
327.00
±10.00
10分
TI144
TI144温度控制
247.00
±10.00
10分
TI145
TI145温度控制
212.40
±15.00
10分
TI146
TI146温度控制
76.00
±5.00
10分
TI147
TI147温度控制
105.00
±15.00
10分
TI104
TI104温度控制
117.00
±10.00
10分
TI105
TI105温度控制
316.00
±10.00
10分
TI109
TI109温度控制
105.00
±10.00
10分
TI139
TI139温度控制
40.00
±5.00
10分
PICA89
PICA89压力控制
0.03
±0.005
10分
PI202
PI202压力控制
3.86
±0.5
10分
PI203
PI203压力控制
3.81
±0.5
10分
过程
步骤
评分
起始条件
终止条件
操作分
总分
脱碳系统开车
无
脱碳系统开车完毕
甲烷化系统开车
TI1_25>120
甲烷化系统开车完毕
开阀VX0022
10
10
投用136-C
开阀VX0019
10
10
投用104
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