淺談氯乙烯聚合過程控制與預警系統(tǒng)的優(yōu)化

（新疆石河子中發(fā)化工有限責任公司，石河子市，832000） 沈姍姍

1 前言

PVC樹脂有氯乙烯聚合而成，產(chǎn)品具有良好的物理性能和化學性能，廣泛應用于輕工、建材、農(nóng)業(yè)、日常生活，包裝、電力、公用事業(yè)等領域[1]。隨著我國PVC樹脂行業(yè)迅猛發(fā)展，裝置規(guī)模不斷擴大，為了保證PVC企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定運行和長周期經(jīng)濟運行，PVC生產(chǎn)企業(yè)基本上都采用了DCS自動控制系統(tǒng)[2]，實現(xiàn)了聚合過程進出料順序控制,聚合過程溫度自動控制,密閉進料、恒溫進料控制。但從我國DCS控制應用整體發(fā)展狀況來看，突出表現(xiàn)為PVC產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不好，控制參數(shù)范圍較大，不安全因素較多等。中發(fā)公司在原有DCS控制的基礎上，從化學反應工程入手對氯乙烯聚合生產(chǎn)過程中的DCS控制系統(tǒng)進行研究，針對聚合過程中反應溫度的控制和生產(chǎn)安全的因素提出預警處理方案，建立PVC樹脂生產(chǎn)過程控制預警機制，不僅有效的提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時使PVC聚合工序的過程自動化控制更精確更安全有效。

2 氯乙烯聚合過程控制與預警系統(tǒng)的優(yōu)化研究

氯乙烯聚合生產(chǎn)過程工藝復雜，影響工藝控制的因素較多，既有工藝配方的因素，也有人為操作控制的因素，還有設備控制精度的影響。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和過程控制的準確，需要建立相關的理論研究，在理論的指導下進行實際工藝實施，核算成工藝控制參數(shù)，設定相關變量，應用到控制系統(tǒng)中，根據(jù)結(jié)果進行再優(yōu)化，達到前期預定的目標。

2.1 采用復合控溫方式提高溫度控制速度及精度

PVC樹脂產(chǎn)品最關鍵的質(zhì)量指標是聚合度，它與引發(fā)劑用量和轉(zhuǎn)化率無關，而與聚合溫度關系極大。而聚合反應溫控對象的特性相當復雜，從控制原理分析該對象是一個大容量純滯后時間長、時間常數(shù)大的被控對象，而且存在著非線性和時變性[3]。目前PVC行業(yè)DCS控制技術聚合過程主要控制回路采用單回路控制或簡單的串級、比值等控制，釜溫控制波動±（0.2～0.5）℃。對多變量控制、優(yōu)化控制、批量控制及其它高級控制算法應用較少[4]。

在DCS串級PID溫度控制基礎上，引入以溫度偏差補償量e及其變化率作為輸入變量，采用二維補償控制結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過計算機推理，進行實時的調(diào)整補償調(diào)節(jié)器PID 的三個參數(shù)，最終確定補償值，構(gòu)成一個補償式控制+PID自適應控制結(jié)合的復合控溫方法，控制系統(tǒng)框圖如圖所示。

圖 補償+PID自適應控制系統(tǒng)圖框圖

如圖所示，在聚合反應升溫階段或溫度偏差較大時，主調(diào)節(jié)器主要采用補償式控制為主，這樣能快速獲得最優(yōu)的精確控制，完成在最小能耗下縮短升溫時間；當溫度偏差較小時，主調(diào)節(jié)器則以在線自整定P1控制+變比例P2控制為主，同時輔以補償調(diào)節(jié)微調(diào)，有效提高調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍和精度，使恒溫控制段溫度控制精度±0.1℃。該復合溫度控制方法的采用保證了聚合升溫階段或溫度偏差較大時的快速準確控制，同時提高聚合恒溫階段的控制精度。

2.2 聚合過程故障對策預警處理模型的建立

通過分析聚合反應過程中造成聚合事故停車、停止聚合注水或加大聚合注水、補加聚合助劑、短時間內(nèi)開始回收系統(tǒng)、加入事故終止劑、非正常出料、安全閥開啟前的手動放空等原因，確定事故異常表現(xiàn)特征參數(shù)并對其進行重點監(jiān)控。具體實施過程中，在聚合反應裝置上增加流量計、溫度測控點，并組建等熱量計量控制系統(tǒng)，對聚合反應過程中熱量數(shù)據(jù)的采集，并通過計算機自動生成放熱曲線，進而計算出聚合實時轉(zhuǎn)化率，最終通過有效控制轉(zhuǎn)化率的方式，表征聚合釜的反應情況。根據(jù)反應情況結(jié)合事故異常表現(xiàn)特征參數(shù)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及時間、釜型、投料工藝參數(shù)等，通過計算機運算最終建立聚合過程故障對策預警處理模型。

在控制系統(tǒng)硬件上也進行了改進，由于整個聚合工段生產(chǎn)過程控制較為復雜,影響聚合過程的因素較多，聚合過程時間較長以及生產(chǎn)連續(xù)性的要求，為了保證計算機在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下連續(xù)不間斷地運行，控制站采用4個CPU成對冗余熱備系統(tǒng)；對高速RISC處理器采用供電系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡和總線I/O模塊，Vnet總線采用雙重化及雙重化結(jié)構(gòu)交替工作模式實驗對影響聚合反應過程因數(shù)的監(jiān)控，并根據(jù)聚合釜實時反應情況進行測算最終產(chǎn)物情況，并作出相應的緊急處理，實現(xiàn)降低事故發(fā)生率，消除安全隱患，減少損失，保證質(zhì)量目標和安全生產(chǎn)的目的。

2.3 基礎配方體系的建立

通過對影響聚合反應的循環(huán)水溫度、環(huán)境溫度、設備情況等不可定條件進行研究，利用DCS控制系統(tǒng)的靈活性和系統(tǒng)性，對每釜投料配方的情況進行記錄，并對應輸入產(chǎn)品檢測情況。通過計算機對反應溫度、控制壓力、反應終止點及反應過程所記錄的數(shù)據(jù)與檢測情況進行分析，提出相應的配方修改意見，與前期的數(shù)據(jù)和結(jié)論相統(tǒng)一結(jié)合，建立基礎配方體系，為聚合最佳工藝、配方提供依據(jù)。

3 運行結(jié)果

中發(fā)公司聚合裝置中2臺30m3聚合釜同時進行相應的技術改造，并與其進行為期5個月的試運行，具體運行數(shù)據(jù)如表。

氯乙烯聚合過程控制與預警系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)表

根據(jù)上表數(shù)據(jù)分析，氯乙烯聚合過程空運與預警系統(tǒng)的建立，優(yōu)化了PVC樹脂的生產(chǎn)工藝。通過實施，我公司的PVC樹脂產(chǎn)品優(yōu)等品率達到90%以上，一等品率達到100%；在投料量不變的情況下，聚合時間縮短，聚合釜的生產(chǎn)強度提高5%以上；事故排空率為零。該技術的應用使PVC聚合工序的過程自動化控制更精確安全，有效提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)強度，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，保證了生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行。

[1]朱紹平.PVC聚合DCS系統(tǒng)的改造[J]石河子科技，2008(5)

[2]鄭石子，顏才南等.聚氯乙烯生產(chǎn)與操作[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2007

[3]周哲民,湯光華.PVC聚合釜溫度自適應控制[J].工業(yè)控制計算機:2010(23)

[4]余春榮,郭開誠,廖宜英.PVC行業(yè)自動控制技術進展［J］聚氯乙烯,2001(1):48-52