串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)，其包括帶通訊功能的智能二次儀表組單元和氣體成分分析單元，兩相鄰變換爐段之間設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置，溫度調(diào)節(jié)方法分為添加蒸汽，噴水冷激和熱交換；測定系統(tǒng)包括安裝于若干串聯(lián)的各變換爐段和管道上的傳感器組單元，傳感器組單元包括設(shè)置在待測的變換爐段前主管道內(nèi)用于測定添加水蒸汽或冷激水前反應(yīng)主管道內(nèi)氣體溫度和壓力的傳感器組合，用于測定添加水蒸汽或冷激水后反應(yīng)主管道內(nèi)氣體溫度和壓力的傳感器組合以及設(shè)置在用于測定添加水蒸汽或冷激水管道內(nèi)用于測量冷激水或水蒸汽溫度和壓力的傳感器組合。本發(fā)明可靜態(tài)、在線、自動連續(xù)測量各變換爐段的汽氣比值。
【專利說明】串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種合成氨廠的測試技術(shù)，特別涉及一種串聯(lián)式合成氨廠變換工段各 變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 合成氨廠一氧化碳（CO)變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中關(guān)鍵的一步，其主要任務(wù) 是將變換氣中的CO轉(zhuǎn)換為0)2和H2。由于CO變化過程中是強放熱過程，必須分段進行以利 于回收反應(yīng)熱，并控制變換工段變換爐段中出口殘余CO含量。此外，為方便控制CO變換工 段各變換爐段的溫度，同時為方便向各變換爐段中添加反應(yīng)物原料。目前，合成氨廠CO變 換工段常采用多段結(jié)構(gòu)，一般是三段或四段結(jié)構(gòu)。水蒸汽是CO變化工段主要的反應(yīng)物和熱 介質(zhì)，通常在第一段變換爐段的入口添加水蒸汽。噴水冷激是變換爐段間常用的調(diào)溫和增 加水蒸汽的手段，通常是在第一段和第二段變換爐段之間噴水激冷。第二段和第三段或者 第三段和第四段變換爐段之間不添加水蒸汽或不噴水。CO變換工段工序中涉及到的水蒸汽 和待測氣體中其余干氣的比值（以下簡稱汽氣比值）是影響能耗和操作穩(wěn)定性的重要的工 藝參數(shù)之一。
[0003] 傳統(tǒng)的汽氣比值的測定方法有冷凝法、流量法。其中，冷凝法只能間斷地測量汽氣 比值。流量法不能滿足汽氣比值大范圍變化和沒有添加水蒸汽時汽氣比值測量的需要。除 上述傳統(tǒng)的汽氣比值測定方法外，現(xiàn)有技術(shù)中還公開了多種汽氣比值測定控制儀器或測定 方法。比如，現(xiàn)有技術(shù)公開了一種一氧化碳變換過程中蒸汽比例測定控制儀技術(shù)，該技術(shù)只 能測定特定工藝下的汽氣比值，特定工藝指的是CO變換工段工序中有飽和塔的變換流程， 由于飽和塔對熱量的回收有限，且前期設(shè)備投資大，因此，在當(dāng)今工業(yè)快速發(fā)展的形式下， 已經(jīng)被新的技術(shù)代替?，F(xiàn)有技術(shù)還公開了一種添加蒸汽過程中蒸汽和干氣比值測定儀，該 測定儀僅僅能夠用于測量第一段變換爐段入口水蒸汽添加過程中汽氣比值的測量，而對于 第一段變換爐段外的其它變換爐段入口的汽氣比值不能測量，即對于第一段和第二段之間 變換爐段之間噴水激冷過程中涉及的汽氣比值不能測定?，F(xiàn)有技術(shù)還涉及一種測量水蒸汽 和干氣比值的濕度方法，該方法可以測量多種條件下的蒸汽和干氣比值，但由于傳感器性 能限制對于高溫、高壓情況只能將待測氣體引出進行測量，增加了測量成本且現(xiàn)有條件下 對高于250°C的氣體無法測定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可靜態(tài)和在線測定且能夠?qū)崿F(xiàn)自動連續(xù)測量 的串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種串聯(lián)式合成氨廠變換工 段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)，其包括帶通訊功能的智能二次儀表組單元和氣體成分 分析單元，兩相鄰變換爐段之間設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置，溫度調(diào)節(jié)方法分為添加蒸汽，噴水冷 激和熱交換；其特征在于：所述測定系統(tǒng)包括安裝于若干串聯(lián)的各變換爐段和管道上的傳 感器組單元，所述傳感器組單元包括設(shè)置在待測的所述變換爐段前主管道內(nèi)用于測定添加 水蒸汽或冷激水前反應(yīng)主管道內(nèi)氣體溫度和壓力的傳感器組合，用于測定添加水蒸汽或冷 激水后反應(yīng)主管道內(nèi)氣體溫度和壓力的傳感器組合以及設(shè)置在用于測定添加水蒸汽或冷 激水管道內(nèi)用于測量冷激水或水蒸汽溫度和壓力的傳感器組合。
[0006] 所述測定系統(tǒng)還包括設(shè)置在待測的所述變換爐段上或者待測的所述變換爐段前 一變換爐段上的由通用傳感器組成的反應(yīng)熱點溫度的熱點溫度檢測傳感器組。
[0007] 所述氣體成分分析單元包括設(shè)置在合成氨廠變換系統(tǒng)入口半水煤氣主管道上的 半水煤氣成分分析儀，以及設(shè)置在待測的所述變換爐段前一段變換爐段出口的CO濃度測 定儀。
[0008] 所述智能二次儀表組單元包括用于接收所述傳感器組單元采集到的溫度和壓力 信號的信號調(diào)理電路、所述信號調(diào)理電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊和CPU，CPU的輸出端分別連通 D/A轉(zhuǎn)換模塊、環(huán)路電流輸出模塊、通訊模塊、顯示模塊和鍵盤。除安裝于變換系統(tǒng)入口的其 他所述變換爐段的汽氣比值測定裝置可以且必須和前一段所述變換爐段的汽氣比值測定 儀通訊以獲取前一段所述變換爐段入口汽氣比值從而得出待測段的所述變換爐段汽氣比 值。
[0009] 所述氣體成分分析單元中的半水煤氣成分分析儀或CO濃度測定儀缺失時，采用 人工分析并通過所述鍵盤手動輸入至所述所述智能二次儀表組單元中以對測量結(jié)果進行 校正。
[0010] 由于采取以上技術(shù)方案，其達到的技術(shù)效果是：由于本發(fā)明可用于第一段變換爐 段，或同時用在第一段變換爐段和第二段變換爐段，或同時用于第一段變換爐段、第二段變 換爐段和第三段變換爐段，并以此類推，可安裝于變換系統(tǒng)的全部變換爐段，因此，在合成 氨廠各變換爐段入口不論是添加蒸汽還是噴水或者不添加任何反應(yīng)物料均能夠通過本發(fā) 明獲取入口處的汽氣比值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：
[0012] 圖1是本發(fā)明的傳感器組單元和氣體成分分析單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明的智能二次儀表組單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供的一種串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐段入口汽 氣比值測定系統(tǒng)包括氣體成分分析單元、傳感器組單元和智能二次儀表組單元。其中，氣 體成分分析單元包括設(shè)置在第一段變換爐段1入口前段的半水煤氣成分分析儀20,以及設(shè) 置在第一段變換爐段1出口的CO濃度測定儀21。傳感器組單元包括設(shè)置在第一段變換爐 段1入口前段主管道上用于測量噴水或加蒸汽前的氣體溫度和壓力的溫度壓力傳感器組 合3-0,設(shè)置在用于向主管道輸送水蒸汽的管道上且用于測量待添加的水蒸汽的溫度和壓 力的溫度壓力傳感器組合3-1，設(shè)置在管道后方主管道上用于測量干氣與水蒸汽混合后的 混合氣體的溫度和壓力的溫度壓力傳感器組合3-2,設(shè)置在第一段變換爐段1入口的主管 道上的溫度傳感器3-3,設(shè)置在第一段變換爐段1外壁上的熱點溫度檢測傳感器組3-4,熱 點溫度檢測傳感器組3-4中的傳感器的數(shù)量至少為3個。
[0015] 經(jīng)第一段變換爐段1處理過的混合氣體經(jīng)冷激蒸發(fā)器4輸送至第二段變換爐段5 內(nèi)，混合氣體在進入冷激蒸發(fā)器4之前通常噴水激冷或加蒸汽處理。本發(fā)明提供的一種串 聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)中涉及的傳感器組單元還包括設(shè) 置在第一段變換爐段1與冷激蒸發(fā)器4之間主管路上用于測量進入冷激蒸發(fā)器4之前未經(jīng) 噴水冷激處理或加蒸汽處理的氣體溫度和壓力的溫度壓力傳感器組合3-5,設(shè)置在連通冷 激蒸發(fā)器4管路上用于測量準(zhǔn)備添加的冷激水或水蒸汽的溫度和壓力的溫度壓力傳感器 組合3-6。經(jīng)冷激蒸發(fā)器4處理后的混合氣體由管路輸送至第二段變換爐段5,冷激蒸發(fā)器 4和第二段變換爐段5之間的管路上設(shè)置用于測量混合后的氣體溫度和壓力的溫度壓力傳 感器組合3-7。第二段變換爐段5的爐壁上同樣設(shè)置熱點溫度檢測傳感器組3-4,熱點溫度 檢測傳感器組3-4的中傳感器的數(shù)量至少為3個。
[0016] 如圖2所示，智能二次儀表組單元為連接傳感器組單元的計算機系統(tǒng)，其包括用 于接收傳感器組單元采集到的溫度、壓力信號以及其他信號的信號調(diào)理電路6-0、信號調(diào)理 電路6-0包括A/D轉(zhuǎn)換模塊6-1和CPU6-2,CPU6-2的輸出端分別連通D/A轉(zhuǎn)換模塊6-3、 環(huán)路電流輸出模塊6-4、通訊模塊6-5、顯示模塊6-6和鍵盤6-7。
[0017] 當(dāng)氣體成分分析單元中缺少一個或全部儀表時，采用人工分析并通過鍵盤6-7手 動輸入至智能二次儀表組單元中。通訊模塊6-5用于獲取待測變換爐段前一個變換爐段入 口的汽氣比值，為得到待測變換爐段入口汽氣比值提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0018] 由上述各溫度壓力傳感器組合獲取的溫度、壓力數(shù)據(jù)以及由氣體成分分析單元獲 取的氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)，在智能二次儀表組單元中進行以下處理以獲取最終汽氣比值：
[0019] 水蒸汽和待測氣體中其余干氣的比值計算公式為：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)，其包括帶通訊功能 的智能二次儀表組單元和氣體成分分析單元，兩相鄰變換爐段之間設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置， 溫度調(diào)節(jié)方法分為添加蒸汽，噴水冷激和熱交換；其特征在于：所述測定系統(tǒng)包括安裝于 若干串聯(lián)的各變換爐段和管道上的傳感器組單元，所述傳感器組單元包括設(shè)置在待測的所 述變換爐段前主管道內(nèi)用于測定添加水蒸汽或冷激水前反應(yīng)主管道內(nèi)氣體溫度和壓力的 傳感器組合，用于測定添加水蒸汽或冷激水后反應(yīng)主管道內(nèi)氣體溫度和壓力的傳感器組合 以及設(shè)置在用于測定添加水蒸汽或冷激水管道內(nèi)用于測量冷激水或水蒸汽溫度和壓力的 傳感器組合。
2. 如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)，其 特征在于：所述測定系統(tǒng)還包括設(shè)置在待測的所述變換爐段上或者待測的所述變換爐段前 一變換爐段上的由通用傳感器組成的反應(yīng)熱點溫度的熱點溫度檢測傳感器組。
3. 如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)，其 特征在于：所述氣體成分分析單元包括設(shè)置在合成氨廠變換系統(tǒng)入口半水煤氣主管道上的 半水煤氣成分分析儀，以及設(shè)置在待測的所述變換爐段前一段變換爐段出口的C0濃度測 定儀。
4. 如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)，其 特征在于：所述智能二次儀表組單元包括用于接收所述傳感器組單元采集到的溫度和壓力 信號的信號調(diào)理電路、所述信號調(diào)理電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊和CPU，CPU的輸出端分別連通 D/A轉(zhuǎn)換模塊、環(huán)路電流輸出模塊、通訊模塊、顯示模塊和鍵盤。除安裝于變換系統(tǒng)入口的其 他所述變換爐段的汽氣比值測定裝置可以且必須和前一段所述變換爐段的汽氣比值測定 儀通訊以獲取前一段所述變換爐段入口汽氣比值從而得出待測段的所述變換爐段汽氣比 值。
5. 如權(quán)利要求3所述的串聯(lián)式合成氨廠變換工段各變換爐入口汽氣比值測定系統(tǒng)，其 特征在于：所述氣體成分分析單元中的半水煤氣成分分析儀或C0濃度測定儀缺失時，采用 人工分析并通過所述鍵盤手動輸入至所述所述智能二次儀表組單元中以對測量結(jié)果進行 校正。
【文檔編號】G01N33/00GK104483450SQ201410779282
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】袁志軍, 袁湉 申請人:湖北華轅科技有限公司