合成氨仿真实验指导书(正式)

合成氨尿素生产过程仿真实验指导书

一、实验目的

1．通过使用合成氨尿素生产仿真软件，进一步学习合成氨和尿素生产工艺原理，熟悉工艺步骤与重要参数，了解计算机控制系统对大型化工生产过程的作用。

2．通过操作计算机进行仿真实习，初步掌握生产中开停车，正常操作，事故处理等环节的内容，了解仿真与实际控制之间的关系，培养生产安全意识。

3．通过实验学习，提高理论联系实际和严谨求实的工作作风，以及独立思考与综合解决问题的能力

二、实验原理

本软件是在某化工厂年产30万吨合成氨和52万吨尿素装置的基础上，进行仿真开发而成。软件操作界面与实际生产所采用的DCS软件完全一致，可在仿真机上反复进行开车、停车、正常操作，事故处理等训练。本软件具有较强交互性，提供快门设定、工况冻结、成绩评定、事故设置、报警记录等各项功能。通过仿真实习，可以建立起对大型化工生产过程的直观概念，对于各种类型的生产参数有明确的辨识。

进行仿真实习，主要分为两个环节：（1）学习和掌握合成氨与尿素生产的全部工艺原理、工艺流程、控制系统流程、仿真操作步骤；（2）在教师指导下，上机进行仿真实习。第一环节必须完全理解和掌握，在第二环节中，必须严格按照操作手册执行各个步骤。

三、实验仪器

普通PC机一台，打印机一台

四、实验内容与步骤

1．实验内容

合成氨生产概况

合成氨生产过程包括以下三大主要步骤：

1）制气包括气化、CO变换工序

2）净化包括硫化物脱除、CO2脱除和最终净化工序

3）压缩和合成包括压缩、氨合成工序

其过程为：原料气的硫化物脱除→一段转化→二段转化→高温变换→低温变换→CO2脱除→甲烷化→压缩→氨合成→氨

尿素生产概况

尿素的工业生产以NH3和CO2为原料，在高温、高压下进行化学反应：

2NH3+CO2CO(NH2)2+ H2O + Q

现代尿素生产均采用循环回路流程。其过程主要包括：尿素合成、循环回收、尿液浓缩、结晶造粒四部分。

NH3、CO2→合成→分离→浓缩→结晶造粒→尿素

↑↓

回收

仿真软件概况

仿真软件分为两大部分：合成氨生产系统仿真与尿素生产系统仿真。合成氨生产仿真主要涉及原料气脱硫，原料气一段蒸汽转化，转化气二段转化，高温变换，低温变换，给水，炉水，蒸汽系统，脱碳，甲烷化，冷凝液回收系统，合成系统，冷冻系统等部分，尿素生产仿真涉及压缩，合成，高低压循环，浓缩，工艺冷凝液处理等部分。软件可实现冷态开车，正常操作，停车，事故设定，操作评分等功能，操作画面与生产所用的DCS画面基本一致，仿真相似度较高。

在实验过程中，主要进行单一工段的开停车操作和正常操作，通过记忆各种工艺条件和参数，在软件说明书规定的操作步骤指导下，逐步完成各种操作，从而对合成氨和尿素生产工艺的学习起到有益的辅助作用。

2．实验步骤

（1）理论学习：强化学习合成氨和尿素生产工艺原理与流程，DCS的基本

原理，化工仿真实验的研究方法。

（2）实验预习：明确实验目的和要求，掌握实验原理和方法及内容，熟悉实验流程、测试点、控制点、操作规程。

（3）上机实验：指导教师演示上机操作步骤，说明操作调节方法。然后学生上机，根据实验目的，按照软件操作说明的指示完成操作，通过一定时数的练习，可由指导教师进行事故处理操作。

以合成氨合成系统冷态开车操作步骤为例：

1. 投用LSH109(104-F液位低联锁)，LSH111（105-F液位低联锁）；

2. 打开SP71，把工艺气引入104-F，PIC-182设置在2.6MPa投自动；

3. 显示合成塔压力的仪表换为低量程表（现场合成塔旁）；

4. 投用124-C(现场开阀VX0015进冷却水)，123-C(现场开阀VX0016进锅炉水预热

合成塔塔壁) ,116-C(现场开阀VX0014)，打开阀VV077，VV078投用SP35(在现场合成塔底右部进口处)；

5. 按103-J复位，然后启动103-J（现场启动按钮），开泵117-J注液氨（在冷冻

系统图的现场画面）；

6. 开MIC23,HCV11,把工艺气引入合成塔105-D，合成塔充压；

7. 逐渐关小防喘振阀FIC7，FIC8，FIC14（在仿真系统中，不做考虑，不用管这

3个阀门）；

8. 开SP1付线阀VX0036均压后（一小段时间），开SP1，开SP72（在合成塔图画

面上）及SP72前旋塞阀VX0035；

9. 当合成塔压力达到1.4MPa时换高量程压力表（图1现场合成塔旁）；

10. 关SP1付线阀VX0036，关SP72及前旋塞阀VX0035，关HCV-11；

11. 开PIC-194设定在10.5MPa，投自动（108-F出口调节阀）；

12. 开入102-B旋塞阀VV048，开SP70；

13. 开SP70前旋塞阀VX0034,使工艺气循环起来；

14. 打开108-F顶MIC18阀（开度为100）；

15. 投用102-B联锁FSL85；

16. 打开MIC17进燃料气，102-B点火（按102-B右黄杠），合成塔开始升温；

17. 开阀MIC14调节合成塔中层温度，开阀MIC15，MIC16，控制合成塔下层温度；

18. 停泵117-J，停止向合成塔注液氨；

19. PICA8设定在1.68MPa投自动；

20. LICA14设定在50%投自动，LICA13设定在40%投自动；

21. 当合成塔入口温度达到反应温度380时，关MIC17，102-B熄火，同时打开阀

门HCV11预热原料气；

22. 关入102-B旋塞阀VV048，现场打开氢气补充阀VV060；

23. 开MIC13进冷激起调节合成塔上层温度；

24. 106-F液位LICA-13达50%时，开阀LCV13，把液氨引入107-F。

在认真学习操作步骤后，在计算机上通过不断熟悉各类操作画面，正式进行仿真实验，该系统具备自动评分系统，通过上位机设定，可进行自动打分。

五、实验数据记录

在仿真程序运行期间，所有操作都被程序自动记录，作为操作评分的依据，本实验无手工记录数据内容。

六、实验数据处理与结果讨论

在完成某工段的一次完整操作过程中，主要是调整控制阀开度，保证各种监控与调节参数始终保持与设定值的平衡，操作过程中的数据变化由仿真程序自带的数学模型自动实现，无需进一步处理。对实验结果的讨论也主要在于对人机交互操作的熟练程度和对工艺流程和指标的熟练程度，讨论方式主要以课堂交流为主。

七、思考题

1．在操作过程中，主要操作画面有几类？

2．通过使用本仿真程序，能否说明DCS的主要特征？

3．控制阀开度如何调节？本软件的调节手段有哪些？

4．使用仿真软件对化工工艺课程学习有何作用？