玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

1、<p>　　分類號(hào) 密級(jí) </p><p>　　UDC注1 </p><p>　　學(xué) 位 論 文</p><p>　　玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)</p&

2、gt;<p><b>　　設(shè)計(jì)與研究</b></p><p><b>　?。}名和副題名）</b></p><p><b>　?。ㄗ髡咝彰?lt;/b></p><p>　　指導(dǎo)教師姓名 </

3、p><p>　　申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 </p><p>　　論文提交日期 2012.03 論文答辯日期 </p><p>　　學(xué)位授予單位和日期 </p><p>　　答辯委員會(huì)主席

4、 </p><p>　　評(píng)閱人 </p><p>　　2012 年 02月 26日</p><p>　　注1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)。 </p><p><b>　　聲 明</b></p><p>　　本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)

5、下取得的研究成果，盡我所知，在本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。</p><p>　　研究生簽名： 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文使用授權(quán)聲明</p&g

6、t;<p>　　南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容。對(duì)于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。</p><p>　　研究生簽名： 年 月 日 </p><p><b>　　摘

7、 要</b></p><p>　　我國(guó)氮氧化物排放的日益增多，帶來了酸雨和人體傷害，更造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此國(guó)家在“十二五”期間明確提出了減排任務(wù)，將氮氧化物控制列為環(huán)境治理的重要課題。玻璃行業(yè)作為污染嚴(yán)重的行業(yè)之一，其氮氧化物控制技術(shù)的研究也勢(shì)在必行。選擇性催化還原法（SCR）是目前國(guó)際上應(yīng)用最多的煙氣脫硝技術(shù)，其核心機(jī)理是利用氨氣作為還原劑，將氮氧化物還原成為氮?dú)?。本課題以江蘇某玻璃廠玻璃

8、窯爐煙氣脫硝項(xiàng)目為背景，采用基于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC控制系統(tǒng)來控制還原劑氨的安全存儲(chǔ)及穩(wěn)定供應(yīng)。</p><p>　　本文首先通過對(duì)玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)工藝的分析，給出氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。然后針對(duì)系統(tǒng)對(duì)安全控制、液氨蒸發(fā)槽恒溫控制及氨氣緩沖罐恒壓控制的特殊要求，對(duì)控制策略進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并通過仿真研究，驗(yàn)證了系統(tǒng)的控制效果。之后從系統(tǒng)硬件選型、系統(tǒng)組態(tài)、電氣設(shè)計(jì)、控制軟件及監(jiān)控軟

9、件設(shè)計(jì)等方面，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)過程進(jìn)行詳細(xì)敘述；最后介紹了系統(tǒng)調(diào)試并對(duì)相關(guān)工程問題進(jìn)行討論，系統(tǒng)調(diào)試主要分為監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯(lián)合調(diào)試以及監(jiān)控系統(tǒng)、PLC與虛擬被控對(duì)象聯(lián)合調(diào)試兩部分；工程問題則主要討論了系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)、系統(tǒng)遠(yuǎn)程訪問方案以及被控對(duì)象仿真方法等方面。</p><p>　　經(jīng)調(diào)試表明，該系統(tǒng)能保證液氨的安全存儲(chǔ)及氨氣的穩(wěn)定供應(yīng)，能進(jìn)行工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與自動(dòng)控制。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循了安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，對(duì)煙氣

10、脫硝項(xiàng)目中的氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： SCR煙氣脫硝，氨存儲(chǔ)及供應(yīng)，安全控制，解耦控制，單神經(jīng)元PID，被控對(duì)象仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The increasing number of nitrogen oxide emissions h

11、as not only brought acid rain and human damage but also brought huge economic losses to our country. The "12th Five-Year Plan" clearly proposed emission reduction mandate, getting nitrogen oxides control to be

12、an important issue of environmental governance. As one of the polluting industries, the glass industry is in need of new technology to control nitrogen oxides. The selective catalytic reduction (SCR) is the most widely u

13、sed gas denitrifica</p><p>　　This paper firstly gives the system’s overall design through the description and analysis of the ammonia storage and supply process. Then we design the system’s control strategie

14、s according to the need of safty controlling, temperature controlling and pression controlling, simulation research proves that the control strategies can work well. After that the paper describes the whole control syste

15、m’s development process in detail, including the system’s hardware selection, configuration, electrica</p><p>　　Debugging result shows that the system can ensure a safe storage of liquefied ammonia and a ste

16、ady supply of ammonia, capable of process parameters on-line detection and automatic control. The system is designed strictly abide by the principle of safety systems design.，it has a guiding role in the storage and supp

17、ly of ammonia control system design in gas denitrification project.</p><p>　　Keywords: SCR gas denitrification, ammonia storage and supply, security control, decoupling control, single neuron PID, simulation

18、 of controlled object</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>

19、;　　1.1背景及意義1</p><p>　　1.2 技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.2.1 技術(shù)現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.3 作者完成的主要工作3</p><p>　　1.4 論文內(nèi)容安排3</p><p>　　2

20、玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)分析與描述5</p><p>　　2.1 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)分析5</p><p>　　2.1.1 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)概述5</p><p>　　2.1.2 主要設(shè)備及功能5</p><p>　　2.2 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)描述7</p><p>　　2.2.1 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供

21、應(yīng)P&ID圖7</p><p>　　2.2.2 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)工藝流程8</p><p>　　2.3本章小結(jié)13</p><p>　　3玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)要求15</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)功能要求15<

22、/p><p>　　3.1.2系統(tǒng)控制指標(biāo)要求17</p><p>　　3.2 總體方案設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3 本章小結(jié)18</p><p>　　4系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)與研究19</p><p>　　4.1安全聯(lián)鎖控制策略19</p><p>　　4.1.1 安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

23、19</p><p>　　4.1.2 事故識(shí)別與處理19</p><p>　　4.1.3 安全聯(lián)鎖控制策略設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制策略設(shè)計(jì)與研究26</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)模型26</p><p>　　4.2.2 控制策略設(shè)計(jì)與研究29</p&

24、gt;<p>　　4.2.3 基于解耦控制策略的控制器設(shè)計(jì)與研究33</p><p>　　4.3本章小結(jié)37</p><p>　　5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與研究39</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件選型39</p><p>　　5.1.1 控制器及其分布式I/O選型39</p><p>　　5.1.2

25、 執(zhí)行器選型40</p><p>　　5.1.3 傳感器及變送器選型41</p><p>　　5.2 系統(tǒng)組態(tài)42</p><p>　　5.2.1 硬件組態(tài)42</p><p>　　5.2.2 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)43</p><p>　　5.3硬件資源分配44</p><p>　　5.4系統(tǒng)電

26、氣部分設(shè)計(jì)47</p><p>　　5.4.1 系統(tǒng)控制柜面板設(shè)計(jì)47</p><p>　　5.4.2 主電路原理圖設(shè)計(jì)48</p><p>　　5.4.3 PLC輸入輸出原理圖設(shè)計(jì)51</p><p>　　5.5本章小結(jié)55</p><p>　　6系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與研究57</p><p&

27、gt;　　6.1 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)57</p><p>　　6.1.1 軟件資源分配57</p><p>　　6.1.2 控制軟件總體設(shè)計(jì)57</p><p>　　6.1.3 控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)59</p><p>　　6.2系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)75</p><p>　　6.2.1 監(jiān)控軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)76&l

28、t;/p><p>　　6.2.2 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)77</p><p>　　6.3本章小結(jié)80</p><p>　　7系統(tǒng)調(diào)試及工程問題討論81</p><p>　　7.1 系統(tǒng)調(diào)試81</p><p>　　7.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯(lián)合調(diào)試81</p><p>　　7.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)、P

29、LC及虛擬被控對(duì)象聯(lián)合調(diào)試83</p><p>　　7.2 工程問題討論與研究90</p><p>　　7.2.1 系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)討論90</p><p>　　7.2.2 系統(tǒng)遠(yuǎn)程訪問方案討論91</p><p>　　7.2.3 被控對(duì)象仿真方法探討91</p><p>　　7.3本章小結(jié)92</p&g

30、t;<p><b>　　8總結(jié)與展望93</b></p><p><b>　　8.1總結(jié)93</b></p><p><b>　　8.2展望94</b></p><p><b>　　致 謝95</b></p><p><b

31、>　　參考文獻(xiàn)97</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1背景及意義</b></p><p>　　本課題以江蘇某玻璃廠玻璃窯爐煙氣脫硝項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)為背景。</p><p>　　玻璃行業(yè)屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是造成環(huán)境污染的

32、行業(yè)之一。我國(guó)具有眾多的玻璃生產(chǎn)線，很多玻璃企業(yè)的玻璃窯爐煙氣未經(jīng)脫硝處理就排放到了大氣中，加重了大氣的污染。由玻璃窯爐煙氣造成的大氣污染已逐漸引起國(guó)家的重視，對(duì)玻璃窯爐煙氣進(jìn)行脫硝處理已是刻不容緩。玻璃窯爐最主要的燃燒原料是天然氣和重油，燃燒后產(chǎn)生的主要污染物為氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）和粉塵。目前國(guó)內(nèi)玻璃窯爐煙氣粉塵和硫氧化物的排放控制技術(shù)已基本成熟，部分玻璃企業(yè)已安裝了脫硫除塵設(shè)備，然而排放量與硫氧化物相當(dāng)?shù)牡趸飬s

33、未得到相同的控制力度。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，煙氣脫硝技術(shù)越來越受到人們的重視。選擇性催化還原反應(yīng)法SCR（Selective Catalytic Reduction）是目前脫硝效率最高、運(yùn)行最穩(wěn)定的煙氣脫硝技術(shù)之一，其核心機(jī)理是以氨氣（NH3）為還原劑，在催化劑的作用下，有選擇性的把煙氣中的氮氧化物（NOX）還原為氮?dú)猓∟2），還原劑氨氣的制備有多種方法，其中通過液氨汽化制取氨氣的方法因具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。由于

34、SCR工藝的高選擇性和高效性，現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用于火力發(fā)電廠、蒸汽燃</p><p>　　從總體上來看，SCR技術(shù)的煙氣脫硝系統(tǒng)可分為氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)和SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)，其中，氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)具有非常重要的作用，氨具有較大的毒害性，若有泄露，再遇上通風(fēng)不良、防護(hù)措施不當(dāng)?shù)?，則存在著人員中毒的危險(xiǎn)，其濃度過高時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)致人窒息死亡，因此，液氨存儲(chǔ)及氨氣供應(yīng)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行直接影響著整個(gè)煙氣脫硝項(xiàng)目的成功與否、掌

35、握著生產(chǎn)一線的安全命脈。</p><p>　　另外，作為重要的化工原料，氨的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它是制造硝酸、各類有機(jī)及無機(jī)化工產(chǎn)品、化學(xué)肥料的基本原料，但液氨是壓縮性液化有毒氣體，具有易燃、易爆、高壓等特性，因而其存儲(chǔ)方式較為特殊，必須防止其溫度過高并盡量配備水噴淋等相關(guān)防護(hù)設(shè)備[3]。因此，氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有十分重要的科學(xué)意義。</p><p>　　本課題就是在此背景下，結(jié)合電廠

36、煙氣脫硝控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。該氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，具有重要的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　1.2 技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.2.1 技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　1. 以氨為還原劑的煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　氮

37、氧化物是大氣主要的污染物之一，它會(huì)導(dǎo)致光化學(xué)煙霧出現(xiàn)、大氣酸沉降、平流層臭氧損耗等，氮氧化物的排放引起了世界各地科研人員的高度關(guān)注，人們做了大量的研究工作，并研究出來許多的應(yīng)用技術(shù)。在目前常用的脫除氮氧化物方法中，以氨為還原劑的選擇性催化還原法（SCR）因具有脫硝效率高、還原劑用量少的優(yōu)點(diǎn)而得到了最廣泛的應(yīng)用[4]。</p><p>　　SCR脫硝技術(shù)是20世紀(jì)50年代由美國(guó)人最先提出，1972年在日本正式開始研

38、究和開發(fā)工作，1975年在日本的發(fā)電廠建立了第一個(gè)采用氨作為還原劑的SCR示范工程，其后SCR技術(shù)在日本、韓國(guó)以及臺(tái)灣都得到了廣泛應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)于1985年引入歐洲，并得到了廣泛發(fā)展。目前，SCR已成為世界上應(yīng)用最多、最成熟且最有成效的一種煙氣脫硝技術(shù)。在歐洲、日本和美國(guó)，SCR煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用于火力發(fā)電廠、蒸汽燃?xì)饴?lián)合發(fā)電廠、玻璃窯爐以及鋼鐵和水泥加工廠的煙氣處理系統(tǒng)中[5]。</p><p>　　

39、隨著我國(guó)NOX排放的日益增多，不僅帶來了酸雨和人體傷害，更造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，近幾年我國(guó)積極開展煙氣脫硝項(xiàng)目，越來越多的發(fā)電廠、加工廠等陸續(xù)安裝了煙氣脫硝裝置以減少NOX氣體的排放。氨作為脫硝最主要的還原劑也得到廣泛的應(yīng)用。然而由于我國(guó)脫硝工作起步較晚，相對(duì)缺乏SCR脫硝技術(shù)的運(yùn)行控制經(jīng)驗(yàn)，所以在一定程度上還依賴于國(guó)際成熟的工藝和技術(shù)。另外，我國(guó)煙氣脫硝目前還主要應(yīng)用于在電力行業(yè)，而在玻璃窯爐煙氣脫硝等方面的開發(fā)和應(yīng)用才剛剛起步

40、[6]。</p><p>　　以氨為還原劑的SCR脫硝技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、能耗與投資相對(duì)低等特點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)已投入運(yùn)行的煙氣脫硝機(jī)組絕大部分都采用氨作為脫硝還原劑，因此，其相應(yīng)的氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也成為重點(diǎn)研究的方向。</p><p>　　2. 化工過程控制技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)代化學(xué)工業(yè)中對(duì)過程控制的要求越來越高，自動(dòng)

41、化設(shè)備也越發(fā)先進(jìn)與復(fù)雜，過程控制已成為自動(dòng)化的一個(gè)重要的分支領(lǐng)域，隨著控制系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，可編程控制等先進(jìn)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。在化工過程控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的常規(guī)儀表、常規(guī)監(jiān)測(cè)及控制設(shè)備，很大程度上都由PLC和DCS所代替，尤其是在新擴(kuò)建和改造項(xiàng)目中，幾乎所有的二次儀表都被PLC和DCS所取代。</p><p>　　PLC是一種含有微處理器的數(shù)字式電子設(shè)備，它提供豐富的編程語言和功能模塊，可實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制、計(jì)數(shù)

42、、定時(shí)、各類算術(shù)運(yùn)算以及過程控制等，PLC在各控制系統(tǒng)中因此獲得了廣泛應(yīng)用，已成為化工過程控制領(lǐng)域中最主要的自動(dòng)化控制裝置之一[7]。</p><p>　　1.2.2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著大氣污染的日益嚴(yán)重，國(guó)家對(duì)污染物排放的要求越來越嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)新建的燃煤電廠、火電廠等均需同步建設(shè)脫硝裝置，老廠區(qū)也需要進(jìn)行脫硝改造。國(guó)家對(duì)氮氧化物控制的日益嚴(yán)格和玻璃行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)的頒布，勢(shì)必

43、對(duì)玻璃行業(yè)污染物治理提出新要求，玻璃行業(yè)的煙氣脫硝控制技術(shù)研究勢(shì)在必行。作為煙氣脫硝最主要的還原劑，氨的安全存儲(chǔ)及穩(wěn)定供應(yīng)將會(huì)被人們愈加重視，氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)的安全性與可靠性將會(huì)成為煙氣脫硝系統(tǒng)的重要組成部分[8]。 </p><p>　　對(duì)于化工過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，若要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，必須廣泛的采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、PLC及在線監(jiān)控技術(shù)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用、安全環(huán)保、高效節(jié)能必將成為玻璃窯爐氨存儲(chǔ)

44、及供應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[9]，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正是順應(yīng)了氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　1.3 作者完成的主要工作</p><p>　　作者在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與研究中主要完成的工作如下：</p><p>　　1．被控對(duì)象的分析及總體方案的設(shè)計(jì)，主要包括對(duì)玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)組成及工藝流程的分析和描述，以此為基礎(chǔ)，完成了控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。<

45、/p><p>　　2．控制策略設(shè)計(jì)，按照工藝要求，設(shè)計(jì)安全聯(lián)鎖控制策略、搭建液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力仿真模型，并對(duì)溫度、壓力的控制策略進(jìn)行仿真與論證。</p><p>　　3．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括控制器、傳感器、執(zhí)行器等硬件的選型、系統(tǒng)硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)以及系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)。</p><p>　　4．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括控制軟件和監(jiān)控軟件兩部分的設(shè)計(jì)，其中控制軟件的設(shè)計(jì)

46、又分為軟件總體設(shè)計(jì)、軟件資源分配及主控制程序和各子控制程序設(shè)計(jì)；監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)包括監(jiān)控軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、監(jiān)控界面設(shè)計(jì)等。</p><p>　　5．系統(tǒng)調(diào)試，主要介紹實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，包括監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯(lián)合調(diào)試以及監(jiān)控系統(tǒng)、PLC和虛擬仿真被控對(duì)象聯(lián)合調(diào)試兩部分，同時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的相關(guān)工程問題進(jìn)行了討論。</p><p>　　1.4 論文內(nèi)容安排</p><p>　　第

47、1章首先討論本課題的背景及意義，其次闡述了以氨為還原劑的玻璃窯爐煙氣脫硝技術(shù)及化工過程控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，最后總結(jié)了作者完成的主要工作。</p><p>　　第2章對(duì)玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)組成進(jìn)行了詳細(xì)的分析，描述了氨存儲(chǔ)及供應(yīng)的工藝流程。</p><p>　　第3章通過分析玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)的功能要求和指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體控制方案。 </p>

48、<p>　　第4章對(duì)系統(tǒng)控制策略進(jìn)行研究與論證，首先依據(jù)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則對(duì)系統(tǒng)安全聯(lián)鎖控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。其次建立了液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力的仿真模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)溫度及壓力的控制策略及控制算法進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，最后對(duì)控制效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 </p><p>　　第5章對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行敘述，主要包括硬件選型、硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、系統(tǒng)硬件資源分配以及系統(tǒng)電氣部分的設(shè)計(jì)。</p><

49、p>　　第6章詳細(xì)敘述了系統(tǒng)的控制軟件及監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)過程。</p><p>　　第7章對(duì)系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)行詳細(xì)敘述并對(duì)相關(guān)工程問題進(jìn)行討論。系統(tǒng)調(diào)試包括監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯(lián)合調(diào)試以及監(jiān)控系統(tǒng)、PLC和虛擬仿真被控對(duì)象聯(lián)合調(diào)試兩方面；而工程問題討論主要討論分析了系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)、系統(tǒng)遠(yuǎn)程訪問方案以及被控對(duì)象仿真方法。</p><p>　　第8章對(duì)全文內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足以及可擴(kuò)展部分進(jìn)

50、行展望。</p><p>　　2玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)分析與描述</p><p>　　2.1 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)分析</p><p>　　2.1.1 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)概述 </p><p>　　玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)主要用于為玻璃窯爐的煙氣脫硝反應(yīng)提供氨氣作為還原劑，主要的設(shè)備有液氨大儲(chǔ)罐、液氨中間罐、卸料壓縮機(jī)、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩

51、沖罐、氨氣稀釋槽、廢水池及水噴淋裝置等。由液氨槽車運(yùn)來的液氨首先被放入液氨大儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)，當(dāng)中間罐液氨量不足時(shí)啟動(dòng)卸料壓縮機(jī)，利用卸料壓縮機(jī)形成的壓差將液氨大儲(chǔ)罐中的液氨擠入到中間罐內(nèi)。由中間罐輸出的液氨首先進(jìn)入蒸發(fā)槽，在蒸發(fā)槽內(nèi)汽化成為氨氣，再由管線進(jìn)入氨氣緩沖罐，緩沖罐中存儲(chǔ)的氨氣可供脫硝反應(yīng)區(qū)使用。設(shè)備檢修時(shí)或系統(tǒng)緊急情況下排放的氨氣則由管線進(jìn)入氨氣稀釋槽底部，被稀釋槽內(nèi)的水吸收后排入廢水池，廢水池中的水由廢水泵升壓后送至廢水處理廠

52、。氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)工藝示意圖如圖2.1所示，該系統(tǒng)從功能上可劃分為液氨存儲(chǔ)區(qū)和氨氣制備區(qū)兩大部分，液氨存儲(chǔ)區(qū)主要負(fù)責(zé)液氨的安全卸料及安全存儲(chǔ)，它因此又可細(xì)分為卸氨區(qū)和儲(chǔ)罐區(qū)，其中卸氨區(qū)主要包括液氨卸料壓縮機(jī)及其相關(guān)閥門，負(fù)責(zé)在需要時(shí)將液氨大儲(chǔ)罐中的液氨壓入液氨中間罐；儲(chǔ)罐區(qū)則主要包括液氨大儲(chǔ)罐和中間罐，用來存儲(chǔ)液氨。氨氣制備區(qū)則主要負(fù)責(zé)將液氨蒸發(fā)成為氨氣并保證氨氣的穩(wěn)壓供應(yīng)。</p><p>　　圖2.1氨存儲(chǔ)及

53、供應(yīng)工藝示意圖</p><p>　　2.1.2 主要設(shè)備及功能</p><p><b>　　1. 液氨儲(chǔ)罐</b></p><p>　　系統(tǒng)共設(shè)置有兩個(gè)液氨儲(chǔ)罐，分別稱為液氨大儲(chǔ)罐和液氨中間罐，其中液氨大儲(chǔ)罐是最主要的儲(chǔ)存設(shè)備，正常情況下，它可提供10天以上的用量。液氨中間罐則作為過渡容器，用于為蒸發(fā)槽提供液氨，當(dāng)中間罐液氨量不足時(shí)，才從大儲(chǔ)罐

54、中獲取液氨。液氨大儲(chǔ)罐及液氨中間罐上均安裝了液位、溫度及壓力的檢測(cè)和變送儀表，將檢測(cè)量實(shí)時(shí)送達(dá)PLC控制系統(tǒng)。儲(chǔ)罐的周圍安裝有水噴淋系統(tǒng)，當(dāng)液氨大儲(chǔ)罐或中間罐的溫度值及壓力值過高時(shí)水噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)，對(duì)罐體進(jìn)行降溫處理；在有微量氨氣泄露時(shí)也啟動(dòng)水噴淋系統(tǒng)，吸收氨氣，控制氨氣污染。</p><p><b>　　2. 卸料壓縮機(jī)</b></p><p>　　卸料壓縮機(jī)首先抽取

55、液氨中間罐中的氨氣，經(jīng)過壓縮后送入液氨大儲(chǔ)罐，從而將大儲(chǔ)罐內(nèi)的液氨擠壓入中間罐內(nèi)。</p><p><b>　　3. 液氨蒸發(fā)槽</b></p><p>　　采用水浴加熱式設(shè)計(jì)的液氨蒸發(fā)槽內(nèi)有螺旋管，螺旋管將液氨和溫水隔離開來，液氨裝在螺旋管內(nèi)，溫水在管外。蒸發(fā)槽與蒸汽管道連通，當(dāng)蒸汽管道閥門打開時(shí)，蒸汽噴入蒸發(fā)槽的水中從而將水加熱，被加熱后的水再通過熱傳遞將管內(nèi)液氨

56、汽化成為氨氣。蒸發(fā)槽水溫可通過控制進(jìn)入蒸發(fā)槽的蒸汽流量來保證維持在45℃左右，蒸發(fā)槽水溫若超過70℃則必須切斷蒸汽來源，當(dāng)蒸發(fā)槽水溫低于15℃時(shí)則切斷液氨進(jìn)料。在氨氣的出口管線上有壓力檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)蒸發(fā)槽氨氣出口壓力高于0.2 MPa時(shí)，就切斷液氨進(jìn)料，使得蒸發(fā)槽出口氨氣維持一定的壓力。</p><p><b>　　4. 氨氣緩沖罐</b></p><p>　　液氨在蒸發(fā)

57、槽內(nèi)蒸發(fā)為氨氣后進(jìn)入氨氣緩沖罐，緩沖罐內(nèi)的氨氣可供脫硝反應(yīng)區(qū)使用。緩沖罐的作用是穩(wěn)定氨氣的供給壓力，避免其受脫硝反應(yīng)區(qū)對(duì)氨氣需求量變化等因素的影響。緩沖罐的壓力需要通過控制進(jìn)入蒸發(fā)槽的液氨流量來保證維持在0.15MPa，當(dāng)緩沖罐壓力過高時(shí)則需切斷蒸發(fā)槽液氨進(jìn)料。</p><p><b>　　5. 氨氣稀釋槽</b></p><p>　　氨氣稀釋槽為頂部淋水、側(cè)面進(jìn)水設(shè)

58、計(jì)，其主要作用是吸收各設(shè)備通過安全閥排放出的氨氣。氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)各設(shè)備排出的氨氣由管線匯集后進(jìn)入稀釋槽底部，之后被稀釋槽中大量的水所吸收。</p><p><b>　　6. 氨泄露檢測(cè)儀</b></p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)共設(shè)置了3個(gè)氨泄露檢測(cè)儀，用于檢測(cè)空氣中氨的濃度，防止氨泄漏事故的發(fā)生。當(dāng)空氣中氨濃度過高時(shí)，氨泄漏檢測(cè)儀就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，控制器在接收到

59、此信號(hào)時(shí)可發(fā)出聯(lián)鎖保護(hù)指令并進(jìn)行聲光報(bào)警。</p><p>　　7. 廢水池及廢水泵</p><p>　　廢水池和廢水泵主要用于廢水的暫存及排放，氨氣稀釋槽吸收氨氣后形成的廢水直接排放到廢水池，廢水池設(shè)有廢水泵，廢水池液位高于設(shè)定值時(shí)，廢水泵自動(dòng)啟動(dòng)，將廢水送至廢水處理廠進(jìn)行統(tǒng)一處理。</p><p><b>　　8. 水噴淋系統(tǒng)</b><

60、;/p><p>　　水噴淋系統(tǒng)可分為消防水噴淋系統(tǒng)和降溫水噴淋系統(tǒng)兩類，其中，消防水噴淋系統(tǒng)作為緊急情況發(fā)生時(shí)的保護(hù)設(shè)備，氨若與空氣混合，在一定比例下可發(fā)生爆炸，因此必須針對(duì)這種情況采取嚴(yán)密的措施，采用消防水噴淋系統(tǒng)以保證火災(zāi)時(shí)盡量減少損失；而降溫水噴淋系統(tǒng)則用于防止事故的發(fā)生，當(dāng)液氨儲(chǔ)罐溫度過高時(shí)，降溫水噴淋閥自動(dòng)打開，將水噴淋到罐表面以進(jìn)行降溫處理。</p><p><b>　　

61、9. 氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)</b></p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備都設(shè)置了氮?dú)獯祾咄ǖ溃诒匾獣r(shí)可通過該通道對(duì)所有設(shè)備都進(jìn)行氮?dú)獯祾?，防止殘留的空氣與氨氣混合后發(fā)生爆炸。</p><p>　　2.2 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)描述</p><p>　　2.2.1 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)P&ID圖</p><p>　　根據(jù)上

62、文分析將氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)總體上分為存儲(chǔ)區(qū)和制備區(qū)兩大部分，畫出系統(tǒng)的管道及儀表流程（P&ID）圖，如圖2.2和圖2.3 所示。</p><p>　　圖2.2 液氨存儲(chǔ)區(qū)P&ID圖</p><p>　　圖 2.3 氨氣制備區(qū)P&ID圖</p><p>　　P&ID圖中的主要閥門標(biāo)號(hào)說明表見表2.1。</p><p&g

63、t;　　表2.1 P&ID圖中的閥門標(biāo)號(hào)說明列表</p><p>　　2.2.2 玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)工藝流程</p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)工藝流程可描述為以下過程：</p><p>　　1. 啟動(dòng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)檢查，具體如下：</p><p>　　1）檢查液氨大儲(chǔ)罐、液氨中間罐、液氨蒸發(fā)槽及氨氣稀釋槽的液位、溫度等參數(shù)是否在

64、規(guī)定的范圍內(nèi)，檢查是否有故障報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　2）啟動(dòng)前氨泄漏檢測(cè)，讀取各區(qū)的氨泄漏檢測(cè)儀數(shù)據(jù)，檢測(cè)是否有氨泄漏現(xiàn)象。</p><p>　　3）啟動(dòng)前閥位檢查 ，檢查所有的閥門和電機(jī)是否都處于關(guān)閉狀態(tài)。 </p><p>　　2. 啟動(dòng)后，進(jìn)入液氨卸料流程，具體過程如下：</p><p>　　1）依次打開液氨中間罐氨氣出口閥、液

65、氨大儲(chǔ)罐氨氣入口閥和液氨大儲(chǔ)罐液氨出口閥；</p><p>　　2）啟動(dòng)液氨卸料壓縮機(jī)，將液氨大儲(chǔ)罐中的液氨通過氣壓擠入到液氨中間罐，直到液氨中間罐液位達(dá)到設(shè)定值（2m）；</p><p>　　3）關(guān)閉液氨卸料壓縮機(jī)，延時(shí)約30s；</p><p>　　4）依次關(guān)閉液氨中間罐氨氣出口閥、液氨大儲(chǔ)罐氨氣入口閥和液氨大儲(chǔ)罐液氨出口閥。</p><p&

66、gt;　　3. 當(dāng)液氨中間罐液位高于0.2m時(shí)，即可進(jìn)入液氨蒸發(fā)流程，具體過程如下：</p><p>　　1）打開液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口閥；</p><p>　　2）緩慢打開液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口流量調(diào)節(jié)閥，液氨蒸發(fā)槽水溫度達(dá)到設(shè)定值（45℃）后，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)；</p><p>　　3）打開液氨蒸發(fā)槽液氨入口閥； </p><p>　　4）緩

67、慢打開液氨蒸發(fā)槽液氨入口流量調(diào)節(jié)閥，氨氣緩沖罐壓力達(dá)到設(shè)定值 （0.15 MPa）后，液氨流量調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)。</p><p>　　4. 此后氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行工況，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài) </p><p>　　1）氨氣緩沖槽壓力維持在0.15MPa；</p><p>　　2）液氨蒸發(fā)槽水溫溫度保持在45℃左右；</p><p>　　3）液

68、氨均衡進(jìn)入液氨蒸發(fā)槽；使液氨供給量和蒸發(fā)量達(dá)到平衡；</p><p>　　4）液氨中間罐液位低于0.5m時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)卸料壓縮機(jī)補(bǔ)充液氨，液氨進(jìn)液量保持均衡；</p><p>　　5）液氨蒸發(fā)槽加熱蒸汽管道壓力不低于0.5MPa、加熱蒸汽溫度不低于200℃，否則發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息； </p><p>　　6）液氨大儲(chǔ)罐內(nèi)液氨不足時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，嚴(yán)重不足時(shí)聯(lián)鎖停止卸料；&

69、lt;/p><p>　　7）發(fā)生液氨中間罐、液氨蒸發(fā)槽或液氨緩沖罐的溫度、壓力過高等緊急情況時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，必要時(shí)開啟降溫噴淋閥，嚴(yán)重過高時(shí)開啟消防噴淋閥并啟動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)措施。</p><p>　　5. 系統(tǒng)啟動(dòng)后，排放系統(tǒng)即投入運(yùn)行，具體過程如下：</p><p>　　1）氨氣稀釋槽工藝過程</p><p>　　開啟稀釋槽工藝水入口閥，稀釋槽采用

70、水滿自動(dòng)溢出設(shè)計(jì)，考慮到節(jié)約用水，當(dāng)稀釋槽液位高于液位上限時(shí)關(guān)閉稀釋槽工藝水入口閥，僅當(dāng)水位低于液位下限時(shí)再次打開稀釋槽工藝水氣動(dòng)閥。若遇到緊急情況（如中間罐壓力過高等），則稀釋槽工藝水入口閥保持開啟狀態(tài)。為防止稀釋槽溫度過低結(jié)冰，在液氨稀釋槽內(nèi)水溫度低于4 ℃時(shí)，打開廠區(qū)蒸汽到稀釋槽氣動(dòng)閥。</p><p><b>　　2）廢水池工藝過程</b></p><p>　

71、　系統(tǒng)啟動(dòng)后，當(dāng)廢水池液位達(dá)到上限值時(shí)，啟動(dòng)廢水泵，當(dāng)其低于下限值時(shí)，停止廢水泵。</p><p>　　根據(jù)以上氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)的工藝描述，可得其對(duì)應(yīng)的工藝流程圖。具體如下：</p><p>　　1. 氨存儲(chǔ)區(qū)工藝流程圖</p><p>　　氨存儲(chǔ)區(qū)工藝流程圖如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 液氨存儲(chǔ)區(qū)工藝流程圖</p&g

72、t;<p>　　2. 氨氣制備區(qū)工藝流程圖</p><p>　　氨氣制備區(qū)工藝流程圖如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 氨氣制備區(qū)工藝流程圖</p><p>　　3. 氨氣稀釋槽工藝流程圖</p><p>　　氨氣稀釋槽工藝流程圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 氨氣稀釋槽工藝流

73、程圖</p><p>　　4. 廢水池工藝流程圖</p><p>　　廢水池工藝流程圖如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 廢水池工藝流程圖</p><p><b>　　2.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章分析了氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備及功能，并在此基礎(chǔ)上描述了氨存儲(chǔ)及供應(yīng)的工作

74、流程，得到其P&ID圖及工藝流程圖，從而明確了控制任務(wù)。</p><p>　　3玻璃窯爐氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)要求</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)功能要求</p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)整體上由氨存儲(chǔ)系統(tǒng)和氨制備系統(tǒng)兩部分組成，最重要的受控設(shè)備是液氨蒸發(fā)槽和氨氣緩沖

75、罐?？刂葡到y(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下5部分：</p><p><b>　　1. 安全控制</b></p><p>　　由于氨具有易燃、易爆的特性，因此安全控制相關(guān)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)的控制過程主要存在以下幾個(gè)方面的安全控制問題：</p><p>　　1）氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)的開車過程和停車過程；</p><p>

76、　　2）正常運(yùn)行中的安全控制；</p><p>　　3）異常狀態(tài)下緊急安全處理；</p><p>　　4）故障報(bào)警和記錄等。</p><p>　　為保證系統(tǒng)安全，需要在某些工藝參數(shù)高于上限或低于下限時(shí)發(fā)出報(bào)警信息并在必要時(shí)采取聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，根據(jù)工藝要求，對(duì)某些檢測(cè)參數(shù)的報(bào)警上限和下限均設(shè)置兩個(gè)值：報(bào)警下限值分為報(bào)警下限1和報(bào)警下限2，且報(bào)警下限2表示比報(bào)警下限1更加

77、嚴(yán)重的報(bào)警信息，此時(shí)需要采取安全聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作。工程中將某參數(shù)低于報(bào)警下限1值時(shí)的情況稱為“低”，而將低于報(bào)警下限2值時(shí)的情況稱為“低低”。同樣的，報(bào)警上限值有報(bào)警上限1和報(bào)警上限2，報(bào)警上限2表示比報(bào)警上限1更加嚴(yán)重的報(bào)警信息。工程中將參數(shù)高于報(bào)警上限1時(shí)的情況稱為“高”，將高于報(bào)警上限2時(shí)的情況稱為“高高”。</p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)中，需檢測(cè)并報(bào)警的參數(shù)見表3.1，其中“/”表示無。</p&

78、gt;<p>　　表3.1 需檢測(cè)并報(bào)警的參數(shù)表</p><p>　　表3.1需檢測(cè)并報(bào)警的參數(shù)表（續(xù)）</p><p>　　由于氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)對(duì)安全控制具有特殊的需求，因此需對(duì)安全聯(lián)鎖控制進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)的快速反應(yīng)，從而避免事故的發(fā)生。具體安全聯(lián)鎖控制策略將在本文第四章中敘述。</p><p><b>　　2. 恒溫控制

79、</b></p><p>　　液氨蒸發(fā)槽水溫需要保持在45℃左右，它可通過控制蒸發(fā)槽蒸汽入口流量調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　3. 恒壓控制</b></p><p>　　由于氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)主要用于為后續(xù)的脫硝反應(yīng)區(qū)提供穩(wěn)定的氨氣作為還原劑，因此必須保證氨氣的穩(wěn)壓供應(yīng)，即便脫硝反應(yīng)區(qū)當(dāng)前不在使用氨氣也需要保證緩沖

80、罐中氨氣具有穩(wěn)定的壓力。氨氣緩沖罐的壓力需要維持在0.15MPa，它可通過控制蒸發(fā)槽入口液氨流量調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　4. 液位控制</b></p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)中，需要進(jìn)行液位控制的有液氨中間罐、氨氣稀釋槽及廢水池，其中，液氨中間罐液位需維持在0.2m-2.2m之間，液氨量不足時(shí)啟動(dòng)卸料壓縮機(jī)從大儲(chǔ)罐中輸送液氨至中間罐；氨

81、氣稀釋槽采用水滿自動(dòng)溢出設(shè)計(jì)，但考慮到節(jié)約用水及防止緊急情況發(fā)生，仍需對(duì)其液位進(jìn)行控制，保證其液位正常情況下維持在1.2m-2m之間，事故狀態(tài)下則持續(xù)為其供水以保證泄漏氨氣被水充分吸收；廢水池液位需要保證不高于2.75m。其它設(shè)備如液氨大儲(chǔ)罐、液氨蒸發(fā)槽對(duì)液位控制要求不高，只需實(shí)時(shí)檢測(cè)其液位值并在必要時(shí)（如液位過低時(shí)）報(bào)警即可。</p><p><b>　　5. 通信功能</b></p

82、><p>　　系統(tǒng)需要具備遠(yuǎn)程通信功能，能夠?qū)崿F(xiàn)與脫硝反應(yīng)區(qū)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信、能夠與控制室內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信。</p><p><b>　　6. 監(jiān)控功能</b></p><p>　　系統(tǒng)需要具備人機(jī)互交功能，能夠?qū)崿F(xiàn)在控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線監(jiān)控，可實(shí)時(shí)的讀取氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)中各檢測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力、液位等參數(shù)，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)

83、程操作。</p><p>　　3.1.2系統(tǒng)控制指標(biāo)要求</p><p>　　系統(tǒng)控制指標(biāo)見表3.2。</p><p>　　表3.2 系統(tǒng)控制指標(biāo)</p><p>　　3.2 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)如圖3.1所示。其中，虛線右邊的脫硝反應(yīng)控制系統(tǒng)不屬于本文的研究范圍,這里不作敘述。</

84、p><p>　　由圖3.1可見，氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)主要由西門子S7-300 PLC、分布式I/O站ET200M、監(jiān)控和調(diào)試計(jì)算機(jī)以及DP現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成。該系統(tǒng)以S7-300 PLC為控制中心，部署于控制室的總控制柜內(nèi)，其分布式I/O站ET200M1和ET200M2分別部署于氨存儲(chǔ)區(qū)和氨制備區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)分控制柜內(nèi)，用于接收或發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量和模擬量信號(hào)。PLC通過Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)OS操作員

85、站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)被控對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及實(shí)現(xiàn)ES工程師站對(duì)PLC控制程序的編輯或調(diào)試。PLC通過Profibus DP方式與分布式IO站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O量的實(shí)時(shí)讀寫。由于系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)與脫硝反應(yīng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，且考慮到系統(tǒng)將來的升級(jí)，因此通過以太網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，在實(shí)現(xiàn)與脫硝反應(yīng)控制系統(tǒng)通信的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理，使得系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)更加方便且具有了高度的開放性。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)總

86、體方案圖</p><p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先對(duì)氨存儲(chǔ)及供應(yīng)控制系統(tǒng)的功能要求及技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)總體控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　4系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)與研究</p><p>　　4.1安全聯(lián)鎖控制策略</p><p>　

87、　4.1.1 安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則</p><p>　　安全相關(guān)系統(tǒng)主要包括信號(hào)報(bào)警及安全儀表系統(tǒng)，它們是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施。大多數(shù)化工過程都要求信號(hào)報(bào)警、安全儀表系統(tǒng)采用失效安全的原則，使得設(shè)備在特定的故障發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)入預(yù)定義的安全狀態(tài)。另外，工業(yè)生產(chǎn)裝置中的儀表與設(shè)備經(jīng)常會(huì)有防塵、防腐、防震、防干擾、防爆等要求。安全相關(guān)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)原則如下[10]：</p><p>　　1）對(duì)于

88、信號(hào)報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)的設(shè)置，動(dòng)作設(shè)定值以及調(diào)整范圍必須符合生產(chǎn)工藝的要求；</p><p>　　2）在滿足安全運(yùn)行的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量選擇線路簡(jiǎn)單、元器件數(shù)量少的方案；</p><p>　　3）安全相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)安裝在灰塵少、無腐蝕氣體、振動(dòng)小、干擾小的場(chǎng)所；</p><p>　　4）應(yīng)用DCS和PLC時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證的DCS/PLC來構(gòu)造安全相關(guān)系統(tǒng)；</

89、p><p>　　5）安全相關(guān)系統(tǒng)中，安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所的信號(hào)燈、按鈕、檢測(cè)裝置、執(zhí)行器等應(yīng)當(dāng)符合所在場(chǎng)所的防爆、防火要求；</p><p>　　6）安全相關(guān)系統(tǒng)的供電要求與一般儀表供電等級(jí)相同，為保證重要的安全儀表能夠穩(wěn)定、可靠的工作，應(yīng)當(dāng)為其配備不間斷電源。</p><p>　　4.1.2 事故識(shí)別與處理</p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)既承受

90、高溫高壓，又受液氨的侵蝕和蒸汽、水的沖刷磨損。如果使用不當(dāng)或?qū)τ跐撛陲L(fēng)險(xiǎn)不處理，輕則停機(jī)影響生產(chǎn)，重則發(fā)生氨泄漏或爆炸，后果十分嚴(yán)重。但是，只要認(rèn)識(shí)和掌握氨的主要特性、了解氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)存在的主要危險(xiǎn)并有針對(duì)性的展開防治措施，事故發(fā)生的概率是可以大大降低的。</p><p>　　1. 氨的理化性質(zhì) [11]</p><p>　　氨氣是無色氣體，具有強(qiáng)烈的刺鼻氣味，易于液化且易溶于水。氨氣

91、經(jīng)壓縮后可得液氨，液氨為無色液體，沸點(diǎn)為-33.35℃。相對(duì)密度為0.771。氨具有易燃的特性，若有其他可燃物存在，會(huì)增強(qiáng)燃燒危險(xiǎn)。氨氣是一種腐蝕性氣體，會(huì)侵襲粘膜、皮膚和眼睛。當(dāng)人體吸入量超過1700 ppm時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的咳嗽、窒息、劇烈的肺水腫和支氣管痙攣，接觸液氨會(huì)引起嚴(yán)重的灼傷。氨的爆炸極限為16%～25%。 </p><p>　　2. 氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)因素分析[12]</p>

92、<p>　　1）化學(xué)爆炸、火災(zāi)的危險(xiǎn)性分析</p><p>　　液氨危險(xiǎn)性為“乙類”。氨存儲(chǔ)系統(tǒng)若發(fā)生泄露，遇到明火會(huì)有發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故的危險(xiǎn)。因此氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行期間要實(shí)時(shí)監(jiān)控氨氣溫度、氨氣壓力、氨存儲(chǔ)罐溫度等參數(shù)，若發(fā)現(xiàn)異常需立即查找原因并及時(shí)處理。</p><p><b>　　2）電氣危險(xiǎn)性分析</b></p><p>　

93、　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)配套的各類配電柜、電纜橋架、電氣設(shè)備、電氣開關(guān)可能因接地及屏護(hù)措施不完善、耐腐蝕性差、耐壓強(qiáng)度低等原因造成短路、漏電而導(dǎo)致電氣事故。由于系統(tǒng)中的氨有易燃易爆的特性，電氣分布在系統(tǒng)中的每個(gè)部分，因此任何電氣方面的事故經(jīng)常會(huì)引起發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，且事故影響面廣，損失慘重。</p><p>　　3）觸電傷害危險(xiǎn)性分析</p><p>　　氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)使用的電氣設(shè)施、機(jī)械設(shè)備

94、多，且分布較廣，一旦出現(xiàn)設(shè)備異?；蛘呷藛T操作失誤情況，很可能會(huì)發(fā)生人身電擊事故。</p><p>　　4）中毒窒息危險(xiǎn)性分析</p><p>　　液氨有較大的毒害性，如果發(fā)生氨泄露，遇到作業(yè)場(chǎng)所防護(hù)措施不當(dāng)、通風(fēng)不良，就存在中毒的危險(xiǎn)，當(dāng)濃度過高時(shí)能在短時(shí)間內(nèi)致人死亡。氨存儲(chǔ)區(qū)需有專人就地檢查，一旦發(fā)現(xiàn)有泄漏情況需立即處理。嚴(yán)禁在附近地區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)和雷雨天進(jìn)行卸氨工作。</p>

95、<p>　　4.1.3 安全聯(lián)鎖控制策略設(shè)計(jì)</p><p>　　針對(duì)上述對(duì)氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)可能發(fā)生的事故分析，對(duì)系統(tǒng)安全聯(lián)鎖控制策略進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，下文將使用西門子的FBD(Function Block Diagram)語言來描述系統(tǒng)安全聯(lián)鎖控制邏輯。需要說明的是，邏輯圖中的液位過高、壓力過大等信號(hào)是由液位開關(guān)、壓力開關(guān)檢測(cè)得到，而大儲(chǔ)罐液位值等具體模擬量值則是由變送器轉(zhuǎn)換而來，之所以區(qū)分檢測(cè)元件

96、，是結(jié)合工藝要求及成本考慮，具體傳感器的選型說明參見本文第5章的5.1.3節(jié)。</p><p>　　1. 卸料壓縮機(jī)聯(lián)鎖控制</p><p>　　卸料壓縮機(jī)的聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.1所示，其聯(lián)鎖停止條件包括以下7項(xiàng)：1）就地停止卸氨站信號(hào)有效</p><p>　　2）卸料區(qū)消防噴淋閥已開</p><p>　　3）儲(chǔ)罐區(qū)消防噴淋閥已開<

97、/p><p>　　4）制備區(qū)消防噴淋閥已開</p><p>　　5）卸料壓縮機(jī)出口管線壓力高</p><p>　　6）液氨中間罐液位高高（由液位開關(guān)檢測(cè)）</p><p>　　7）液氨大儲(chǔ)罐液位低低（由液位傳感器檢測(cè)再經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換而來）</p><p>　　以上條件中有任意一項(xiàng)滿足則卸料壓縮機(jī)聯(lián)鎖停止。僅當(dāng)所有條件均不滿足

98、時(shí)才允許卸料壓縮機(jī)啟動(dòng)。</p><p>　　圖4.1 卸料壓縮機(jī)的聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　2. 液氨大儲(chǔ)罐液氨出口閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　液氨大儲(chǔ)罐液氨出口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 大儲(chǔ)罐液氨出口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　3. 液氨中間罐氨氣出口閥

99、聯(lián)鎖控制</p><p>　　液氨中間罐氨氣出口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 中間罐氨氣出口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　4. 液氨大儲(chǔ)罐氨氣入口閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　液氨大儲(chǔ)罐氨氣入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 大儲(chǔ)罐氨氣入口閥聯(lián)

100、鎖控制邏輯圖</p><p>　　5. 液氨卸料區(qū)消防噴淋閥控聯(lián)鎖制</p><p>　　液氨卸料區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 卸料區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　6. 液氨儲(chǔ)罐區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　液氨儲(chǔ)罐區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4

101、.6所示。</p><p>　　圖4.6 儲(chǔ)罐區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　7. 液氨儲(chǔ)罐區(qū)降溫噴淋閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　液氨儲(chǔ)罐區(qū)降溫噴淋閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 儲(chǔ)罐區(qū)降溫噴淋閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　8. 液氨中間罐緊急氨氣出口閥聯(lián)鎖控

102、制</p><p>　　液氨中間罐緊急氨氣出口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 中間罐緊急氨氣出口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　9. 液氨蒸發(fā)槽液氨入口閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽液氨入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 蒸發(fā)槽液氨入口閥

103、聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　10. 液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 蒸發(fā)槽蒸汽入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　11. 氨氣制備區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　氨氣制備區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制邏

104、輯圖如圖4.11所示。</p><p>　　圖4.11 制備區(qū)消防噴淋閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　12. 氨氣稀釋槽工藝水入口閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　氨氣稀釋槽工藝水入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.12所示。</p><p>　　圖4.12 稀釋槽工藝水入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　13. 氨

105、氣稀釋槽蒸汽入口閥聯(lián)鎖控制</p><p>　　氨氣稀釋槽蒸汽入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 稀釋槽蒸汽入口閥聯(lián)鎖控制邏輯圖</p><p>　　14. 廢水泵聯(lián)鎖控制</p><p>　　廢水泵聯(lián)鎖控制邏輯圖如圖4.14所示。</p><p>　　圖4.14 廢水泵聯(lián)鎖控制邏輯

106、圖</p><p>　　4.2液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制策略設(shè)計(jì)與研究</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)模型</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽和氨氣緩沖罐是氨存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)中非常重要的兩個(gè)受控設(shè)備，液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制邏輯圖如圖4.15所示。</p><p>　　圖4.15液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制邏輯圖 &

107、lt;/p><p>　　1. 液氨蒸發(fā)槽溫度模型[13]</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽為螺旋管式設(shè)計(jì)。管內(nèi)是液氨，管外是溫水。以飽和蒸汽為熱源，將蒸汽噴入液氨蒸發(fā)槽螺旋管外的水中，從而將液氨蒸發(fā)為氨氣。氨蒸發(fā)槽水溫通過控制蒸汽流量調(diào)節(jié)閥的開度使其保持在45℃。</p><p>　　將液氨蒸發(fā)槽的水溫作為被控變量，蒸發(fā)槽入口蒸汽流量作為控制變量。一般流量對(duì)出口溫度的傳遞

108、函數(shù)用以下二階純滯后的環(huán)節(jié)來近似：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　靜態(tài)增益可以用以下公式求取：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　取蒸汽流量=152kg/h，=320℃，=45℃，=520W/(℃)，=12.63，=0.7253

109、g/ml，=3.7338kg/。根據(jù)以上公式和數(shù)據(jù)，可計(jì)算出3。</p><p>　　因此液氨蒸發(fā)槽水溫傳遞函數(shù)可表示為：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　2. 氨氣緩沖罐壓力模型[13]</p><p>　　對(duì)于氨氣緩沖罐，被控變量為緩沖罐壓力，通過控制進(jìn)入液氨蒸發(fā)槽的液氨流量來控制

110、緩沖罐的壓力。氨氣緩沖罐的作用非常重要，因?yàn)榘贝鎯?chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)與SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)相互連通，液氨蒸發(fā)槽蒸發(fā)出的氨氣是脫硝反應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)輸入量，它可以保持氨氣進(jìn)入脫硝反應(yīng)系統(tǒng)時(shí)具有穩(wěn)定的壓力。</p><p>　　氨氣緩沖罐的壓力P和液氨蒸發(fā)槽的液氨進(jìn)料量d之間的傳遞函數(shù)，可采用參考文獻(xiàn)[13]中的方法進(jìn)行推導(dǎo)：</p><p><b>　　質(zhì)量平衡方程：</b><

111、/p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　能量平衡方程：</b></p><p><b>　　（4.5）</b></p><p>　　式中：、和分別代表氨氣的質(zhì)量變化、液氨的質(zhì)量變化和蒸發(fā)吸熱量，和分別代表蒸發(fā)區(qū)內(nèi)液氨和氨氣的體積，和分別代表蒸發(fā)區(qū)內(nèi)

112、液氨和氨氣的焓，為來自液氨卸料壓縮機(jī)的液氨的焓，和分別代表蒸發(fā)區(qū)內(nèi)液氨和氨氣的密度。</p><p>　　由式（4.4）和式（4.5）可整理出壓力變動(dòng)速度的表達(dá)式：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　進(jìn)一步可求得：</b></p><p><b>

113、　?。?.7）</b></p><p>　　對(duì)式（4.7）進(jìn)行拉普拉斯變換，可得到氨氣緩沖罐壓力P與進(jìn)入液氨蒸發(fā)槽的液氨流量d之間的傳遞函數(shù)：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　式（4.8）中：</b></p><p><b>　　（4

114、.9）</b></p><p><b>　　（4.10）</b></p><p>　　由氨的物性參數(shù)可確定：</p><p>　　=0.7253g/ml，=0.771g/L， =1.374MJ/kg，=380 kJ/kg，</p><p>　　=1650kJ/kg，=330 kJ/kg， 1100kJ/(kg

115、MPa)</p><p>　　因此，=0.0015MJ/kg，=1.375MJ/kg，=6，=3.2</p><p>　　結(jié)合工藝，取蒸發(fā)槽的換熱系數(shù)K=520W/(℃)，傳熱端差平均值=30℃，換熱面積A=12.63，可求得：</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　因液氨的進(jìn)料量和氨氣緩