高壓聚乙烯裝置脈沖閥控制參數(shù)優(yōu)化

宋光偉

（中國石油大慶石化公司塑料廠，黑龍江大慶163714）

高壓聚乙烯裝置脈沖閥控制參數(shù)優(yōu)化

宋光偉

（中國石油大慶石化公司塑料廠，黑龍江大慶163714）

高壓聚乙烯裝置脈沖閥將反應(yīng)器中生成的熔融聚乙烯和未反應(yīng)的氣體間歇排到高壓分離器，為了保持恒定的反應(yīng)條件，防止聚合物粘在反應(yīng)器內(nèi)壁，排出熔融聚乙烯產(chǎn)品，通過反應(yīng)器末端的脈沖閥按一定的時間周期和降壓深度進行自動脈沖。裝置經(jīng)過多次控制系統(tǒng)改造，經(jīng)常出現(xiàn)反應(yīng)不穩(wěn)定，反應(yīng)器內(nèi)聚乙烯分解問題。通過優(yōu)化脈沖閥控制系統(tǒng)控制參數(shù)，提高控制精度、改善控制效果，有效的解決了該類問題。

聚乙烯裝置；脈沖控制；液壓閥；參數(shù)優(yōu)化

高壓聚乙烯裝置反應(yīng)器的壓力對聚合過程影響很大，因此，保證反應(yīng)壓力的穩(wěn)定對產(chǎn)品質(zhì)量的控制十分重要。同時，反應(yīng)壓力升高，安全問題又比較突出，為確保壓力檢測信號的可靠性，故現(xiàn)場采用壓力應(yīng)變片三重檢測方式，控制系統(tǒng)內(nèi)對測量信號自動選取其中的最高值。

1 調(diào)節(jié)器控制

高壓裝置聚乙烯反應(yīng)器的壓力調(diào)節(jié)器設(shè)有1個按鈕用于PD-PID控制模式的切換。正常生產(chǎn)時由PID進行控制，只有當(dāng)脈沖時才由PID切換到PD，同時控制參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)改變。脈沖后壓力恢復(fù)到一定值時，再由PD切換到PID。這種變換是自動進行的，只有PD不能自動切換到PID時，才通過手動切換按鈕進行切換。反應(yīng)器壓力調(diào)節(jié)器的輸出信號控制現(xiàn)場脈沖閥上的伺服閥，控制閥位使高壓反應(yīng)器內(nèi)的壓力維持在設(shè)定值附近［1］。

由于高壓裝置反應(yīng)器內(nèi)的聚合物粘稠，易粘在反應(yīng)器壁上，將會影響反應(yīng)熱的撤出。為了清除粘附在管壁上的聚合物，使反應(yīng)熱很好地帶走實現(xiàn)裝置長周期的運行。因此，反應(yīng)器壓力控制器設(shè)計了周期性脈沖壓降控制系統(tǒng)，使反應(yīng)器內(nèi)的物料產(chǎn)生脈動流，用來沖刷粘附在管壁的聚合物，以達到良好的傳熱效率。一般根據(jù)牌號，脈沖周期設(shè)定在30～100 s，脈沖深度10～30 MPa。

控制回路中，現(xiàn)場用差動線圈用來檢測閥位，液壓伺服閥控制閥位輸出，伺服放大板作為輸入輸出的轉(zhuǎn)換器。檢測差動線圈的頻率信號轉(zhuǎn)換成4～20 mA信號送回控制室，并將控制室對液壓伺服閥控制4～20 mA信號轉(zhuǎn)換成±60 mA信號控制液壓伺服閥動作。伺服放大板還具有調(diào)節(jié)靈敏度、調(diào)節(jié)反轉(zhuǎn)電壓、調(diào)節(jié)行程、調(diào)節(jié)零點等功能［2］。

2 工作模式

反應(yīng)器壓力控制工作在連續(xù)脈沖模式下，在每個脈沖的開始，首先調(diào)節(jié)閥全開400 ms，同時記錄脈沖前閥位的輸出，脈沖過后，將閥位輸出恢復(fù)成記錄的閥位輸出值上。同時調(diào)節(jié)回路PD起作用，使壓力快速恢復(fù)到設(shè)定值附近，經(jīng)過一段時間的延時后，當(dāng)壓力恢復(fù)到一定數(shù)值時（目前設(shè)定為設(shè)定值的97%），調(diào)節(jié)回路PID起作用。如果壓力始終恢復(fù)不到預(yù)設(shè)值時，經(jīng)過最大延時時間TD后，強制PID起作用。以消除穩(wěn)態(tài)誤差，使得壓力平穩(wěn)過渡到設(shè)定值［3］。

當(dāng)前最大延時時間TD為脈沖周期的時間減去1 s，PD/PID的比例參數(shù)為0.26，在實際生產(chǎn)中發(fā)生多次PD切回不到PID的現(xiàn)象，實際壓力值始終比設(shè)定值低。原因為當(dāng)工藝過程出現(xiàn)波動后，由于PD作用較弱，無法使壓力快速恢復(fù)到設(shè)定值附近，由于沒有達到預(yù)設(shè)值，PID不起作用，無法消除余差，無法使壓力恢復(fù)到設(shè)定值。基于如上現(xiàn)象，需對脈沖閥的調(diào)節(jié)參數(shù)進行修正。

3 參數(shù)優(yōu)化方法

當(dāng)前PD轉(zhuǎn)PID的最大延時時間TD是隨動的，數(shù)值為脈沖周期時間減去1 s，當(dāng)前設(shè)定的脈沖周期為50 s，該參數(shù)為49 s，建議修改該參數(shù)為20 s。正常情況下，PD轉(zhuǎn)PID的時間在8～15 s之間，PID起作用20 s后，調(diào)節(jié)基本趨于穩(wěn)定。修改該參數(shù)后使PID的作用至少保持30 s以上，應(yīng)能消除余差。

該參數(shù)調(diào)整后的風(fēng)險：

如果當(dāng)PD作用過程中，由于PV值與SP值偏差過大，而此時由于突然轉(zhuǎn)換成PID作用，由于積分的作用有可能會引發(fā)超調(diào)的現(xiàn)象［4］。

適當(dāng)放大BUMP FACTOR系數(shù)（該參數(shù)直接影響PD切換PID的設(shè)定壓力值，切換值=SP-SP×BUMP FACTOR）。

該參數(shù)作用為當(dāng)PV值大于SP-SP×BUMP FACTOR時，PD自動轉(zhuǎn)為PID。當(dāng)該參數(shù)設(shè)定為3%，建議設(shè)為3.5%～4.0%。當(dāng)前設(shè)定值234 MPa，當(dāng)PV值大于226.98后，進行PD/PID轉(zhuǎn)換，修改該參數(shù)后，當(dāng)PV大于224.64～225.81 MPa就可以自動PD/PID轉(zhuǎn)換。

該參數(shù)調(diào)整后的風(fēng)險：

該參數(shù)設(shè)定過大會引發(fā)超調(diào)現(xiàn)象，過小可能會發(fā)生PD無法轉(zhuǎn)換PID現(xiàn)象。

適當(dāng)放大脈沖后閥位修正系數(shù)。

該參數(shù)的作用是在脈沖前記錄閥位輸出，脈沖過后恢復(fù)原始閥位，并加上閥位修正值（值得大小取決于修正系數(shù)Vavle Revise）。舉例當(dāng)脈沖發(fā)生時閥位的輸出為85，脈沖過后將閥位的輸出調(diào)整為85+85×Vavle Revise，PV的偏差值10 MPa，對應(yīng)閥位大約為0.2個閥位。因此建議修改該參數(shù)為0.20～0.25。

該參數(shù)調(diào)整后的風(fēng)險：

該參數(shù)設(shè)定過大會引發(fā)超調(diào)現(xiàn)象，過小可能會發(fā)生PD無法轉(zhuǎn)換PID的現(xiàn)象。

適當(dāng)增加PD調(diào)節(jié)器的作用。

結(jié)合正常工況變化的情況，調(diào)節(jié)平穩(wěn)時整體的平均壓力比改造前偏低，而工藝需求為在脈沖過后應(yīng)有一小段超調(diào)，超調(diào)值不大于2 MPa，對應(yīng)閥位大約為0.04%。分析為當(dāng)前PD的作用弱，建議將當(dāng)前參數(shù)由0.260改為0.264［5］。

4 結(jié)束語

在充分了解控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的功能特性，結(jié)合實際工藝生產(chǎn)條件，對脈沖閥參數(shù)優(yōu)化后，反應(yīng)器分解問題得到明顯改善。使裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)、改善了產(chǎn)品質(zhì)量、提高了目的產(chǎn)品反應(yīng)率、降低分解概率，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

［1］艾鐵峰.高壓管式反應(yīng)器一峰分解的原理分析及解決辦法［J］.中國科技博覽，2014（26）：46-48.

［2］吳振闊.PID參數(shù)整定和優(yōu)化［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2010，（22）：16.

［3］大慶石化公司.高壓一裝置操作規(guī)程［M］.大慶：［出版者不詳］，2012：13-14.

［4］大慶石化公司.高壓一裝置工藝技術(shù)規(guī)程［M］.大慶：［出版者不詳］，2009：26-27.

［5］孫輝.高壓管式反應(yīng)超溫分解的原因分析及措施［J］.中國科技博覽，2015，27（9）：15-17.

Control parameter optimization of pulse valve in HDPE plant

Song Guangwei
（Plastics Plant of PetroChina Daqing Petrochemical Company,Daqing 163714，China）

The pulse valve in HDPE plant is used for intermittent discharge of the melted polyethylene generated from reactor reaction and unreacted gas to HP separator in order to keep constant reaction condition,prevent polymer from adhering to the inner wall of reactor,so to facilitate removal of polymerization heat,discharge of melted PE product and to make automatic pulsation by using the impulse valve at reactor end in certain time period and under certain depressurization.Several times of control system reformation was made in this plant,but reaction instability and the PE decomposition inside of reactor often happened.By optimizing the control parameters of the pulse valve,these kinds of problems were effectively solved.

PE plant;pulse control;hydraulic valve;parameter optimization

TQ325.12

B

1671-4962（2017）06-0061-02

2017-10-17

宋光偉，男，工程師，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）自動化專業(yè)，現(xiàn)從事化工儀器儀表維護及管理工作。