PVC汽提裝置的自動控制系統(tǒng)設(shè)計

周哲民

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，株洲 412004）

0 引言

聚氯乙烯(PVC)樹脂具有良好的物理性能和化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于輕工、建材、農(nóng)業(yè)、日常生活、包裝、電力、公用事業(yè)等領(lǐng)域。PVC由VCM 單體經(jīng)聚合反應(yīng)而成。在VCM聚合過程中，為確保 PVC樹脂的質(zhì)量，聚合轉(zhuǎn)化率一般控制在85% 左右，反應(yīng)結(jié)束后，PVC 樹脂漿料中仍殘留有 1% 左右的 VCM。由于 VCM屬極度危害性介質(zhì)(《職業(yè)性接觸毒物危險程度分級 GB 5044》)，因此，PVC樹脂成品中殘留的VCM含量必須控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。殘留在PVC顆粒中的 VCM與PVC顆粒的吸附力很強(qiáng)，要使這部分 VCM 脫吸，必須把漿料加熱到一定溫度，VCM 才會脫離PVC顆粒而逸出 。PVC汽提裝置的原理正是利用含有VCM的PVC料漿在多孔的塔盤上往下流動時與塔底進(jìn)入的蒸汽直接逆流接觸，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。PVC顆粒吸附的VCM和水相中溶解的殘留單體被加熱汽化，隨上升的水蒸汽汽提帶逸出去，隨著料漿的不斷往下流動，溫度逐漸升高且使水相中的VCM隨溫度的升高而降低，樹脂內(nèi)部VCM的含量與水相中VCM的含量形成濃度差，在這濃度差的推動力下，PVC內(nèi)部的VCM不斷向水相進(jìn)行擴(kuò)散，并逐漸被汽化，隨上升的蒸汽帶動經(jīng)多塊塔盤上的傳熱傳質(zhì)逐漸達(dá)到脫除料漿中的VCM之目的。

1 工藝流程簡介

從料漿槽輸送過來的PVC料漿經(jīng)過節(jié)能換熱器,與汽提排出的高溫料漿熱交換并被升溫后,進(jìn)入汽提塔頂部，料漿經(jīng)塔內(nèi)篩板小孔流下,與塔底進(jìn)入的直接蒸氣逆流接觸，進(jìn)行傳質(zhì)過程，樹脂及水相中殘留單體即被上升的水蒸汽汽提帶逸，其中的水分在塔頂冷凍凝器,借管間通入的冷卻水冷卻而回流入塔內(nèi),不冷凝的氯乙烯氣體借水環(huán)式真空泵抽送,排至氣柜回收。塔底經(jīng)汽提脫除大部分殘留單體后的料漿,由料漿泵PU101抽出經(jīng)熱交換器降溫后,進(jìn)入離心干燥系統(tǒng)處理。利用蒸汽與料漿中VCM的濃度差,使樹脂內(nèi)部的VCM不斷的擴(kuò)散出來,隨著蒸汽的上升而帶走,從而使樹脂中的殘留單體減少。主要是控制汽提塔的出口壓力和汽提塔的頂溫來獲得較好的控制效果。如圖1所示為PVC汽提裝置帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。汽提塔的工藝控制指標(biāo)：汽提塔的差壓15～20kPa；汽提塔的壓力30～50 kPa；汽提塔的溫度100～105℃；蒸汽流量 3000～4000kg/h；塔底液位45～55%。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 汽提塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1 汽提塔溫度控制方案

當(dāng)汽提塔溫度升高，料漿中的VCM 汽化速度加快，殘留VCM 量降低，當(dāng)溫度降低時，在相同的停留時間內(nèi)，殘留的VCM 量增大。PVC樹脂在高溫下易發(fā)生分解，放出氯化氫氣體，使PVC 變色，影響產(chǎn)品白度過熱穩(wěn)定性。因此汽提塔塔頂溫度控制指標(biāo)100～105℃，在汽提塔內(nèi)由于熱能是以場的形式進(jìn)行傳遞，具有明顯的非線性、時變性、滯后性以及分布性，采用簡單回路控制系統(tǒng)無法達(dá)到工藝控制要求，經(jīng)過理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證，采用前饋-串級控制方案，蒸汽流量控制回路FIC102作為副環(huán)，汽提塔溫度TIC101作為主環(huán)，前饋控制器采用靜態(tài)前饋即可滿足生產(chǎn)要求。前饋信號取自汽提塔PVC料漿進(jìn)口流量FT101，靜態(tài)前饋控制的傳遞函數(shù)為[2]：

式中，Kd為靜態(tài)前饋系數(shù)，其控制器為比例調(diào)節(jié)器，用乘法器模塊實(shí)現(xiàn)。如圖2為汽提塔溫度前饋+串級控制系統(tǒng)回路圖。333 該不該

圖1 PVC汽提裝置帶控制點(diǎn)的工藝流程圖

圖2 汽提塔溫度前饋+串級控制系統(tǒng)回路圖

2.1.2 汽提塔溫度控制方案實(shí)現(xiàn)

PVC汽提裝置采用浙大中控JX-300XP DCS，用功能塊編輯器(FBD)實(shí)現(xiàn)汽提塔溫度前饋+串級控制方案。根據(jù)IEC1131-3，F(xiàn)BD編輯器將基本的功能/功能塊（EFB）和信號（變量、位號）組成功能塊圖（FBD）。圖3 為汽提塔溫度前饋+串級控制組態(tài)FBD圖形編程。MUL-SFLOAT是半浮點(diǎn)型的乘法功能塊，ADD-SFLOAT是半浮點(diǎn)型的加乘法功能塊，BSC是單回路PID控制功能塊。

圖3 汽提塔溫度前饋+串級控制組態(tài)FBD圖形編程

2.2 汽提塔壓力和液面控制設(shè)計

壓力依溫度而變，溫度愈高，壓力相應(yīng)增加，兩者的關(guān)系接近于該溫度下的飽和蒸汽壓力。因此汽提塔壓力也是一個非常重要的工藝控制指標(biāo)。汽提塔的壓力PIC101控制指標(biāo)為30～50 kPa。汽提塔液面影響工藝負(fù)荷的穩(wěn)定，因此汽提塔液面LIC101控制指標(biāo)為45～55%。汽提塔壓力和液面控制均采用簡單控制方案，基于節(jié)能理念，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用變頻器，避免采用氣動調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)回流的調(diào)節(jié)手段，致使能量損失大等缺點(diǎn)，采用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)流量，調(diào)節(jié)效果明顯、快捷、節(jié)能降耗。

2.3 儀表選型

2.3.1 差壓變送器選型

汽提塔裝置共采用三臺差壓變送器，分別為檢測節(jié)能換熱器進(jìn)口壓差變送器PdT101、檢測節(jié)能換熱器出口壓差變送器PdT101和汽提塔壓差變送器PdT103，其用途是檢測節(jié)能換熱器和汽提塔是否堵塞，由于檢測介質(zhì)均為PVC樹脂，差壓變送器采用日本橫河公司的EJA438W-DASG2雙法蘭隔膜密封差壓變送器?？紤]現(xiàn)場環(huán)境易燃易爆場所，差壓變送器采用本安型防爆儀表。

2.3.2 溫度檢測元件和流量變送器選型

溫度檢測元件TE101采用具有隔爆功能的PT100熱電阻WZP-440-B。流量變送器FT101采用日本橫河Yokogawa公司AE205MG-AR1電磁流量變送器。

2.3.3 執(zhí)行器選型

汽提塔進(jìn)口流量調(diào)節(jié)閥FV101采用氣動V型調(diào)節(jié)球閥ZSHV-16；蒸汽流量調(diào)節(jié)閥FV101采用上海艾迪爾自控儀表有限公司的高溫型平衡籠式HCB調(diào)節(jié)閥；汽提塔液面LV101和壓力PV101執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用西門子公司MicroMaster430變頻器。

3 結(jié)束語

系統(tǒng)調(diào)試完畢后已投入運(yùn)行，從運(yùn)行效果看，系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，節(jié)能效果比較明顯，提高了控制精度，保障了聚氯乙烯產(chǎn)品質(zhì)量，提高了優(yōu)級品率，達(dá)到了設(shè)計要求。

[1] 傅闐晨.10 萬t / a PVC漿料汽提裝置設(shè)計總結(jié) [J].聚氯乙烯.2007(12).

[2] 蔣慰孫,俞金壽.過程控制工程 [M].北京:烴加工出版社,1988.