串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统，其包括带通讯功能的智能二次仪表组单元和气体成分分析单元，两相邻变换炉段之间设置有温度调节装置，温度调节方法分为添加蒸汽，喷水冷激和热交换；测定系统包括安装于若干串联的各变换炉段和管道上的传感器组单元，传感器组单元包括设置在待测的变换炉段前主管道内用于测定添加水蒸汽或冷激水前反应主管道内气体温度和压力的传感器组合，用于测定添加水蒸汽或冷激水后反应主管道内气体温度和压力的传感器组合以及设置在用于测定添加水蒸汽或冷激水管道内用于测量冷激水或水蒸汽温度和压力的传感器组合。本发明可静态、在线、自动连续测量各变换炉段的汽气比值。
【专利说明】串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种合成氨厂的测试技术，特别涉及一种串联式合成氨厂变换工段各 变换炉入口汽气比值测定系统。
【背景技术】
[0002] 合成氨厂一氧化碳（CO)变换工段工序是合成氨生产中关键的一步，其主要任务 是将变换气中的CO转换为0)2和H2。由于CO变化过程中是强放热过程，必须分段进行以利 于回收反应热，并控制变换工段变换炉段中出口残余CO含量。此外，为方便控制CO变换工 段各变换炉段的温度，同时为方便向各变换炉段中添加反应物原料。目前，合成氨厂CO变 换工段常采用多段结构，一般是三段或四段结构。水蒸汽是CO变化工段主要的反应物和热 介质，通常在第一段变换炉段的入口添加水蒸汽。喷水冷激是变换炉段间常用的调温和增 加水蒸汽的手段，通常是在第一段和第二段变换炉段之间喷水激冷。第二段和第三段或者 第三段和第四段变换炉段之间不添加水蒸汽或不喷水。CO变换工段工序中涉及到的水蒸汽 和待测气体中其余干气的比值（以下简称汽气比值）是影响能耗和操作稳定性的重要的工 艺参数之一。
[0003] 传统的汽气比值的测定方法有冷凝法、流量法。其中，冷凝法只能间断地测量汽气 比值。流量法不能满足汽气比值大范围变化和没有添加水蒸汽时汽气比值测量的需要。除 上述传统的汽气比值测定方法外，现有技术中还公开了多种汽气比值测定控制仪器或测定 方法。比如，现有技术公开了一种一氧化碳变换过程中蒸汽比例测定控制仪技术，该技术只 能测定特定工艺下的汽气比值，特定工艺指的是CO变换工段工序中有饱和塔的变换流程， 由于饱和塔对热量的回收有限，且前期设备投资大，因此，在当今工业快速发展的形式下， 已经被新的技术代替。现有技术还公开了一种添加蒸汽过程中蒸汽和干气比值测定仪，该 测定仪仅仅能够用于测量第一段变换炉段入口水蒸汽添加过程中汽气比值的测量，而对于 第一段变换炉段外的其它变换炉段入口的汽气比值不能测量，即对于第一段和第二段之间 变换炉段之间喷水激冷过程中涉及的汽气比值不能测定。现有技术还涉及一种测量水蒸汽 和干气比值的湿度方法，该方法可以测量多种条件下的蒸汽和干气比值，但由于传感器性 能限制对于高温、高压情况只能将待测气体引出进行测量，增加了测量成本且现有条件下 对高于250°C的气体无法测定。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术问题，本发明提供一种可静态和在线测定且能够实现自动连续测量 的串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种串联式合成氨厂变换工 段各变换炉入口汽气比值测定系统，其包括带通讯功能的智能二次仪表组单元和气体成分 分析单元，两相邻变换炉段之间设置有温度调节装置，温度调节方法分为添加蒸汽，喷水冷 激和热交换；其特征在于：所述测定系统包括安装于若干串联的各变换炉段和管道上的传 感器组单元，所述传感器组单元包括设置在待测的所述变换炉段前主管道内用于测定添加 水蒸汽或冷激水前反应主管道内气体温度和压力的传感器组合，用于测定添加水蒸汽或冷 激水后反应主管道内气体温度和压力的传感器组合以及设置在用于测定添加水蒸汽或冷 激水管道内用于测量冷激水或水蒸汽温度和压力的传感器组合。
[0006] 所述测定系统还包括设置在待测的所述变换炉段上或者待测的所述变换炉段前 一变换炉段上的由通用传感器组成的反应热点温度的热点温度检测传感器组。
[0007] 所述气体成分分析单元包括设置在合成氨厂变换系统入口半水煤气主管道上的 半水煤气成分分析仪，以及设置在待测的所述变换炉段前一段变换炉段出口的CO浓度测 定仪。
[0008] 所述智能二次仪表组单元包括用于接收所述传感器组单元采集到的温度和压力 信号的信号调理电路、所述信号调理电路包括A/D转换模块和CPU，CPU的输出端分别连通 D/A转换模块、环路电流输出模块、通讯模块、显示模块和键盘。除安装于变换系统入口的其 他所述变换炉段的汽气比值测定装置可以且必须和前一段所述变换炉段的汽气比值测定 仪通讯以获取前一段所述变换炉段入口汽气比值从而得出待测段的所述变换炉段汽气比 值。
[0009] 所述气体成分分析单元中的半水煤气成分分析仪或CO浓度测定仪缺失时，采用 人工分析并通过所述键盘手动输入至所述所述智能二次仪表组单元中以对测量结果进行 校正。
[0010] 由于采取以上技术方案，其达到的技术效果是：由于本发明可用于第一段变换炉 段，或同时用在第一段变换炉段和第二段变换炉段，或同时用于第一段变换炉段、第二段变 换炉段和第三段变换炉段，并以此类推，可安装于变换系统的全部变换炉段，因此，在合成 氨厂各变换炉段入口不论是添加蒸汽还是喷水或者不添加任何反应物料均能够通过本发 明获取入口处的汽气比值。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0012] 图1是本发明的传感器组单元和气体成分分析单元的整体结构示意图；
[0013] 图2是本发明的智能二次仪表组单元的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1、图2所示，本发明提供的一种串联式合成氨厂变换工段各变换炉段入口汽 气比值测定系统包括气体成分分析单元、传感器组单元和智能二次仪表组单元。其中，气 体成分分析单元包括设置在第一段变换炉段1入口前段的半水煤气成分分析仪20,以及设 置在第一段变换炉段1出口的CO浓度测定仪21。传感器组单元包括设置在第一段变换炉 段1入口前段主管道上用于测量喷水或加蒸汽前的气体温度和压力的温度压力传感器组 合3-0,设置在用于向主管道输送水蒸汽的管道上且用于测量待添加的水蒸汽的温度和压 力的温度压力传感器组合3-1，设置在管道后方主管道上用于测量干气与水蒸汽混合后的 混合气体的温度和压力的温度压力传感器组合3-2,设置在第一段变换炉段1入口的主管 道上的温度传感器3-3,设置在第一段变换炉段1外壁上的热点温度检测传感器组3-4,热 点温度检测传感器组3-4中的传感器的数量至少为3个。
[0015] 经第一段变换炉段1处理过的混合气体经冷激蒸发器4输送至第二段变换炉段5 内，混合气体在进入冷激蒸发器4之前通常喷水激冷或加蒸汽处理。本发明提供的一种串 联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统中涉及的传感器组单元还包括设 置在第一段变换炉段1与冷激蒸发器4之间主管路上用于测量进入冷激蒸发器4之前未经 喷水冷激处理或加蒸汽处理的气体温度和压力的温度压力传感器组合3-5,设置在连通冷 激蒸发器4管路上用于测量准备添加的冷激水或水蒸汽的温度和压力的温度压力传感器 组合3-6。经冷激蒸发器4处理后的混合气体由管路输送至第二段变换炉段5,冷激蒸发器 4和第二段变换炉段5之间的管路上设置用于测量混合后的气体温度和压力的温度压力传 感器组合3-7。第二段变换炉段5的炉壁上同样设置热点温度检测传感器组3-4,热点温度 检测传感器组3-4的中传感器的数量至少为3个。
[0016] 如图2所示，智能二次仪表组单元为连接传感器组单元的计算机系统，其包括用 于接收传感器组单元采集到的温度、压力信号以及其他信号的信号调理电路6-0、信号调理 电路6-0包括A/D转换模块6-1和CPU6-2,CPU6-2的输出端分别连通D/A转换模块6-3、 环路电流输出模块6-4、通讯模块6-5、显示模块6-6和键盘6-7。
[0017] 当气体成分分析单元中缺少一个或全部仪表时，采用人工分析并通过键盘6-7手 动输入至智能二次仪表组单元中。通讯模块6-5用于获取待测变换炉段前一个变换炉段入 口的汽气比值，为得到待测变换炉段入口汽气比值提供基础数据。
[0018] 由上述各温度压力传感器组合获取的温度、压力数据以及由气体成分分析单元获 取的气体成分数据，在智能二次仪表组单元中进行以下处理以获取最终汽气比值：
[0019] 水蒸汽和待测气体中其余干气的比值计算公式为：
[0020]
【权利要求】
1. 一种串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统，其包括带通讯功能 的智能二次仪表组单元和气体成分分析单元，两相邻变换炉段之间设置有温度调节装置， 温度调节方法分为添加蒸汽，喷水冷激和热交换；其特征在于：所述测定系统包括安装于 若干串联的各变换炉段和管道上的传感器组单元，所述传感器组单元包括设置在待测的所 述变换炉段前主管道内用于测定添加水蒸汽或冷激水前反应主管道内气体温度和压力的 传感器组合，用于测定添加水蒸汽或冷激水后反应主管道内气体温度和压力的传感器组合 以及设置在用于测定添加水蒸汽或冷激水管道内用于测量冷激水或水蒸汽温度和压力的 传感器组合。
2. 如权利要求1所述的串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统，其 特征在于：所述测定系统还包括设置在待测的所述变换炉段上或者待测的所述变换炉段前 一变换炉段上的由通用传感器组成的反应热点温度的热点温度检测传感器组。
3. 如权利要求1所述的串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统，其 特征在于：所述气体成分分析单元包括设置在合成氨厂变换系统入口半水煤气主管道上的 半水煤气成分分析仪，以及设置在待测的所述变换炉段前一段变换炉段出口的C0浓度测 定仪。
4. 如权利要求1所述的串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统，其 特征在于：所述智能二次仪表组单元包括用于接收所述传感器组单元采集到的温度和压力 信号的信号调理电路、所述信号调理电路包括A/D转换模块和CPU，CPU的输出端分别连通 D/A转换模块、环路电流输出模块、通讯模块、显示模块和键盘。除安装于变换系统入口的其 他所述变换炉段的汽气比值测定装置可以且必须和前一段所述变换炉段的汽气比值测定 仪通讯以获取前一段所述变换炉段入口汽气比值从而得出待测段的所述变换炉段汽气比 值。
5. 如权利要求3所述的串联式合成氨厂变换工段各变换炉入口汽气比值测定系统，其 特征在于：所述气体成分分析单元中的半水煤气成分分析仪或C0浓度测定仪缺失时，采用 人工分析并通过所述键盘手动输入至所述所述智能二次仪表组单元中以对测量结果进行 校正。
【文档编号】G01N33/00GK104483450SQ201410779282
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】袁志军, 袁湉 申请人:湖北华辕科技有限公司