反應(yīng)器溫度波動原因分析及解決方案

李楨

(中國石化股份有限公司茂名分公司 化工分部，廣東 茂名 525000)

反應(yīng)器溫度波動原因分析及解決方案

李楨

(中國石化股份有限公司茂名分公司 化工分部，廣東 茂名 525000)

針對某乙烯全密度聚乙烯裝置DCS升級改造后反應(yīng)器溫度出現(xiàn)大幅度波動的問題，從DCS的控制組態(tài)執(zhí)行原理進(jìn)行分析，找出了控制模塊、控制模塊中功能塊的執(zhí)行順序錯誤是造成控制波動的原因，給出了解決措施，達(dá)到了良好效果。

控制模塊 功能塊 執(zhí)行順序

1 全密度聚乙烯反應(yīng)器溫度控制簡介

全密度聚乙烯反應(yīng)系統(tǒng)由聚合反應(yīng)器、循環(huán)氣冷卻器、離心式壓縮機(jī)、2套催化劑加料器和產(chǎn)品排料系統(tǒng)組成。反應(yīng)循環(huán)氣體在離心式壓縮機(jī)的作用下，連續(xù)通過流化的樹脂床層和循環(huán)氣冷卻器，這樣循環(huán)氣流既流化床層又移走反應(yīng)生成的熱量。在循環(huán)氣冷卻器中，調(diào)溫水將循環(huán)氣移出的反應(yīng)熱帶走，在調(diào)溫水冷卻器中，這部分反應(yīng)熱由冷卻水撤除。調(diào)溫水系統(tǒng)包括調(diào)溫水泵(G-4004，G-4005)、冷卻器，調(diào)溫水閥(TV4001-24A，TV4001-26B)。反應(yīng)器溫度(TT4001-26)通過反應(yīng)器入口循環(huán)氣溫度(TT4001-46)的設(shè)置來控制冷卻水及部分旁通調(diào)溫水的流量，反應(yīng)器溫度控制器(TIC4001-26)與反應(yīng)器入口循環(huán)氣溫度控制器(TIC4001-46)采取串級控制，反應(yīng)器溫度控制器的輸出作為反應(yīng)器入口循環(huán)氣溫度控制器的給定值，控制流程如圖1所示。

圖1 全密度反應(yīng)器溫度控制流程

2 反應(yīng)器溫度波動的原因分析

該裝置原采用Honeywell公司的TPS系統(tǒng)的HPM控制器實現(xiàn)反應(yīng)器溫度的控制，在2016年3月份大修中，對該控制器進(jìn)行了升級改造，改造為PKS系統(tǒng)的C300控制器，功能塊實現(xiàn)的功能、設(shè)置參數(shù)按原系統(tǒng)配置移植到新的系統(tǒng)，I/O卡件仍然采用TPS系統(tǒng)的PMI/O。測量回路的線路和熱電偶、溫度變送器等，調(diào)節(jié)閥回路的線路和調(diào)節(jié)閥、定位器都沒有做改動，儀表元件經(jīng)校驗、檢定都正常。自裝置大修完成開車后，反應(yīng)器溫度TT4001-26大幅度波動，最大波動幅值超過4℃，曾2次波動超過10℃，而大修前溫度波動幅值不超過2℃，DCS控制狀態(tài)下，長時間不能回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致裝置降負(fù)荷生產(chǎn)。筆者通過對相關(guān)的控制模塊、功能塊的執(zhí)行原理進(jìn)行分析，找到了問題產(chǎn)生的原因，并解決了該問題。PKS系統(tǒng)中反應(yīng)器溫度控制的組態(tài)如圖2所示。

圖2 PKS系統(tǒng)中反應(yīng)器溫度控制的組態(tài)示意

PKS系統(tǒng)中的功能塊有機(jī)組合成控制模塊CM(controlmodules)，每個CM可以組態(tài)為50ms～2s不同的執(zhí)行周期，而每個功能塊可以指定其執(zhí)行的先后順序，CM中功能塊的ORDERINCM(executionorderinCM)數(shù)值大小確定功能塊的執(zhí)行順序，數(shù)值較小的先執(zhí)行[1]。

不同的CM執(zhí)行也是有順序的，CPU的處理方式是基于40個周期，即40個執(zhí)行相位點，每個周期0.05s，每個CM可通過組態(tài)在不同的相位點執(zhí)行[1]。

從圖2可知，該控制涉及TIC4001-26，F(xiàn)IC4001-21，TIC4001-46共3個CM。查每個CM的屬性組態(tài)，CM組態(tài)的執(zhí)行順序都是10，執(zhí)行周期都是500ms，TIC4001-26，F(xiàn)IC4001-21，TIC4001-46這3個CM的執(zhí)行相位(ExecutionPhase)分別是7，2，5。即控制模塊的執(zhí)行順序是FIC4001-21，TIC4001-46，TIC4001-26，F(xiàn)IC4001-21中的FY4001-21A是計算功能塊，它計算利用的PV值是上個執(zhí)行周期采樣得到的舊值。

在TIC4001-26這個CM中，功能塊DACA-1，SELREALA，DACA的ORDERINCM分別是80，70，20，執(zhí)行順序是DACA，SELREALA，DACA-1，功能塊DACA得到的數(shù)據(jù)是DACA-1功能塊1s前采樣得到的舊值。

采用DCS進(jìn)行控制時，對各個變量的處理在時間上是離散進(jìn)行的。每個被控變量的測量值按一定的周期定時采樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較后，按照預(yù)定的控制算法得到輸出值，并進(jìn)行保持。

PKS系統(tǒng)的PID算法采用離散PID算法[2-3]：

(1)

式中： CV——PID模塊輸出；K——增益；T——采樣周期；TI——積分時間，min;TD——微分時間，min;a——1/16的固定幅度的比率；uD(k-1)——k-1時刻的微分部分。

由式(1)可知，采樣周期對PID算法的積分部分、微分部分都有影響，對積分部分的影響是成倍的。從前面的分析，對于控制模塊TIC4001-46的PID功能塊來說，其某時刻采樣的SP與TIC4001-26同一時刻采樣的PV相比，滯后3個采樣周期，使得PID算法不能及時克服出現(xiàn)的擾動，并且模擬量控制中執(zhí)行順序的錯誤，會影響系統(tǒng)控制的精度[4]，使得反應(yīng)器的溫度的測量值與給定值偏離變大，溫度出現(xiàn)大幅度波動時，在自動控制作用下，長時間不能回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 解決方案

將控制模塊TIC4001-26的執(zhí)行相位由7改為1，將其中的功能塊DACA-1，SELREALA，DACA的執(zhí)行順序由80，70，20改為5，10，20。因而在固定的執(zhí)行周期內(nèi)，該控制模塊實現(xiàn)了按順序完成輸入數(shù)據(jù)采樣、控制策略運算、控制信號輸出的過程。

4 結(jié)束語

修改了TIC4001-26溫度控制相關(guān)的控制模塊及每個控制模塊中功能塊的執(zhí)行順序后，反應(yīng)器溫度的波動正?？刂圃?℃以內(nèi)，一旦溫度出現(xiàn)波動，在DCS的自動控制作用下，短時間也能回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，滿足了裝置生產(chǎn)要求。

DCS控制模塊及控制模塊中功能塊的執(zhí)行順序在控制方案實現(xiàn)中起著非常重要的作用。因此，在DCS改造中進(jìn)行控制方案的移植時，除了要考慮功能塊實現(xiàn)的功能、設(shè)置參數(shù)與原系統(tǒng)一致外，還要避免功能塊、控制模塊執(zhí)行順序的不同給控制帶來的問題。

[1] 俞金壽，顧幸生．過程控制工程[M]．北京： 高等教育出版社，2012．

[2] 邴守東，李國林．不完全微分PID控制算法研究與仿真實驗[J]．電子工業(yè)專用設(shè)備，2013(01)： 46-50.

[3] 師鵬，張燕平，羅繼峰，等．DCS執(zhí)行周期和時序?qū)壿嫻δ艿挠绊慬J]．陜西電力，2011(08)： 86-89.

李楨(1970—)，男，廣東湛江人，1992年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工業(yè)自動化儀表專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國石化股份有限公司茂名分公司，從事自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用與維護(hù)工作，任儀表東間副主任，高級工程師。

TP

B

1007-7324(2016)06-0061-02

稿件收到日期： 2016-08-01，修改稿收到日期： 2016-09-15。