氯乙烯合成原料配比控制的優(yōu)化

劉春艷 谷克宏 羅炳浩 張恒云

[摘 要] 乙炔和氯化氫的配比對(duì)VCM的產(chǎn)量、質(zhì)量、原料消耗、安全及環(huán)保等都有很大的影響，反應(yīng)機(jī)制要求控制其摩爾比一般為1.05∶1.0。氯化氫和乙炔流量利用孔板流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)孔板流量測(cè)量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，對(duì)流量調(diào)節(jié)的PID參數(shù)進(jìn)行整定，實(shí)現(xiàn)了氯乙烯原料的配比自動(dòng)控制優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞] 氯化氫；乙炔；比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)；溫壓補(bǔ)償；參數(shù)整定；優(yōu)化控制

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 028

[中圖分類號(hào)] TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）17- 0049- 02

1 前 言

乙炔和氯化氫的配比對(duì)VCM的產(chǎn)量、質(zhì)量、原料消耗、安全及環(huán)保等都有很大的影響。從乙炔和氯化氫的反應(yīng)機(jī)制分析，提高原料氣的濃度（或分壓）或使一種原料氣過量，都有利于反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率的增加。但是當(dāng)乙炔過量時(shí)，會(huì)引起觸媒中毒、精餾塔系統(tǒng)的負(fù)荷增加等一系列惡果。若氯化氫過量太多，則增加原料單耗，在合成反應(yīng)中易加劇進(jìn)一步與氯乙烯加成生成1，1-二氯乙烷等副反應(yīng)：CH2=CHCl+HCl→CHCl3-CHCl。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，控制氯化氫和乙炔的摩爾比為1.05∶1.0，在保證轉(zhuǎn)化率的同時(shí)降低原料消耗。

在電石法VCM實(shí)際生產(chǎn)中，要求乙炔與氯化氫始終保持一定的比例，該比例不隨原料流量的改變而變化。此外，在氯化氫中含游離氯的特殊情況下，不及時(shí)處理可能會(huì)造成混合器或預(yù)熱器及相關(guān)管道內(nèi)發(fā)生燃燒甚至爆炸，引發(fā)安全生產(chǎn)事故。因此，從工藝和安全兩個(gè)角度考慮，乙炔與氯化氫自動(dòng)配比系統(tǒng)不僅應(yīng)滿足調(diào)節(jié)品質(zhì)的需要，還必須兼顧安全。

2 乙炔和氯化氫的流量測(cè)量

2.1 孔板流量測(cè)量原理

乙炔和氯化氫的流量采用孔板測(cè)量。孔板流量計(jì)是利用流體流經(jīng)銳孔板時(shí)的節(jié)流作用，使流體的流速增大，壓強(qiáng)減小，也即不同的流體流速（或流量），而獲得相對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)差。在既定的銳孔板上流速越大則壓強(qiáng)差越大。變送器輸出信號(hào)為壓差信號(hào)，故需要根據(jù)孔板規(guī)格換算為流量，并根據(jù)氣體壓力和溫度進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，最后得出實(shí)際氣體流量。

2.2 流量測(cè)量的溫壓補(bǔ)償

用于測(cè)量氯化氫、乙炔流量的孔板是在標(biāo)況下標(biāo)定的，在實(shí)際的應(yīng)用中，實(shí)際工藝條件與標(biāo)況下相差甚遠(yuǎn)，因此，必須對(duì)流量進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償。生產(chǎn)線采用的是橫河CS3000系統(tǒng)，系統(tǒng)中有特定的溫壓補(bǔ)償模塊TPCFL。

TPCFL塊是在使用壓縮機(jī)構(gòu)差壓式流量計(jì)測(cè)定流量中，執(zhí)行溫壓補(bǔ)償，或者把與理想氣體比較過的氣體流量以溫度及壓力為準(zhǔn)補(bǔ)正。溫壓補(bǔ)償運(yùn)算，執(zhí)行溫度和壓力兩方面的補(bǔ)正運(yùn)算。在測(cè)定流量Fi、基準(zhǔn)壓力Pb、基準(zhǔn)溫度Tb、測(cè)定壓力P及測(cè)定溫度T中，以“kPa”為壓力單位的補(bǔ)正運(yùn)算式為：

F0=■×Fi（1）

式中，F(xiàn)i：測(cè)定流量 ，F(xiàn)0：補(bǔ)償完畢流量；

P：測(cè)定壓力[kPa]；T：測(cè)定溫度（℃）；

Pb：基準(zhǔn)壓力[kPa]，流量計(jì)的工作表壓（工作絕壓-地區(qū)大氣壓），一般廠級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)地區(qū)大氣壓取100 kPa，實(shí)際中地區(qū)大氣壓會(huì)有差異，所以在設(shè)定時(shí)要取當(dāng)?shù)氐貐^(qū)大氣壓（如甘肅地區(qū)為83kPa）；

Tb：基準(zhǔn)溫度（℃），流量計(jì)的設(shè)計(jì)溫度（工作溫度）。

3 控制實(shí)現(xiàn)

3.1 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要兩種或兩種以上的物料按一定的比例混合后進(jìn)行反應(yīng)。比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)正是解決此類控制難題的一種控制方案。乙炔、氯化氫的配比控制原理如圖1所示。

在乙炔、氯化氫的配比控制系統(tǒng)中，氯化氫為主物料，乙炔為從物料。從乙炔流量的控制情況可知，它是一個(gè)隨動(dòng)的閉環(huán)控制回路，而主物料氯化氫流量的控制則是開環(huán)控制回路。氯化氫的流量經(jīng)比值運(yùn)算后輸出信號(hào)作為乙炔流量PID調(diào)節(jié)器的給定值，從而使乙炔和氯化氫兩種物料在不斷變化的流量數(shù)值下保持一個(gè)近似固定的比例關(guān)系，這樣不但可實(shí)現(xiàn)乙炔流量隨氯化氫流量的變化而變化，而且還可以克服乙炔流量本身干擾對(duì)比值控制的影響。

3.2 比值調(diào)節(jié)控制方案

乙炔、氯化氫比值調(diào)節(jié)控制具體方案如圖2所示。

3.3 PID參數(shù)整定

對(duì)乙炔和氯化氫的流量調(diào)節(jié)控制器進(jìn)行PID參數(shù)整定采用的是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法和試湊法，具體步驟是根據(jù)表1中的參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行P/I賦值，通過閉環(huán)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)湊試參數(shù)，直至出現(xiàn)滿意的響應(yīng)，從而確定PID控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)配比調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制。

4 結(jié) 語

比較改進(jìn)前后比值控制的設(shè)定值和實(shí)際值的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，乙炔、氯化氫比值控制明顯優(yōu)化，為保證控制效果，使P乙炔略大于P氯化氫，且兩者壓力相對(duì)穩(wěn)定。比值調(diào)節(jié)控制優(yōu)化后，首先減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，其次產(chǎn)生的鹽酸量較優(yōu)化前減少，接近于理論值。

主要參考文獻(xiàn)

[1]惠正綱，李榮.乙炔、氯化氫的自動(dòng)配比與氯乙烯精餾裝置的優(yōu)化控制[J].聚氯乙烯，2007（8）.