| DCS稱重配料系統在聚丙烯控制方案的應用 | 2020-03-07 |
| 工程概述 本裝置（寶塔石化）設計能力為40000T/a聚丙烯，以石油液化氣分餾分離出的丙烯為原料。采用的是間歇式液相本體聚合法。主要設備為8臺12立方米聚合反應釜配料系統和8臺閃蒸反應釜配料系統等輔助設備形成的一套間歇式生產裝置，每四小時每反應釜配料系統可投料出料一次，每反應釜配料系統可生產聚丙烯粉料3T左右。 1引言 由于間歇聚丙烯生產過程中化學反應間歇過程的特性相當復雜，具有嚴重的非線性和時變特性。目前在不少間歇工業生產，仍采用手動或半自動操作，尤其是在反應期內，過程控制難度更大，這就要求控制策略適應各個時間段不同的特點。 2工藝特點 本裝置的主體是A、B、C、D、E、F、G、H8個聚合反應釜配料系統，采用間歇式液相本體法聚合工藝，以液相丙烯為原料，采用CS-1型高效催化劑（Ticl4），以三乙基鋁為活化劑，以氫氣為聚合物分子量調節劑。液相丙烯經計量進入聚合反應釜配料系統，并將活化劑、催化劑和分子量調節劑按一定比例和順序加入聚合反應釜配料系統。各物料加完后，開始向聚合反應釜配料系統夾套通熱水給反應罐內物料升溫升壓，這時反應釜內溫度及壓力上升。當溫度升至55℃以上、壓力在2.4MPa左右時反應釜內開始反應，放出熱量。由于反應放出的熱量會加劇反應的進行，所以應及時停止加熱，打開循環冷卻水使反應釜內溫度或壓力按一定速度上升，當反應釜內溫度升至73℃左右、反應釜壓升到3.55左右MPa時進行恒溫恒壓反應過程。隨著反應時間的延長，液相丙烯逐漸減少，聚丙烯顆粒的濃度增加。最后，反應釜內液相丙烯基本消失，反應釜內主要是聚丙烯固體顆粒和未反應的氣相丙烯，即達到所謂“干鍋”狀態，反應釜配料系統壓下降，此時認為反應結束。其中，升溫升壓階段約30min，恒溫恒壓階段為4.5h左右。 控制思想 結合工藝特點，該稱重配料系統過程可分為3個階段。升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段。 1．升溫升壓階段。目的就是要在適當的時間內，控制熱水閥的開度向夾套加水，使溫度、壓力按照較理想的速率上升，上升太慢影響產量，太快則可能使后期反應過于激烈，難以控制。 所以一般都采用位式控制的方式。根據實際特點，在這個階段中，本稱重配料系統分兩個階段來控制，壓力小于2.0Mpa時，熱水閥開99%，讓反應釜配料系統充分升溫升壓，壓力在2-2.4.時熱水閥從99%逐漸關至50%，2.4-2.85時保持全關。這樣既縮短了升溫時間又使后期反應得到一定的緩解。 2.過渡階段 過渡階段是整個控制的難點，DCS稱重配料系統采用PID控制方式，其目的就是要依據反應的強弱控制相應閥門，使之升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段。使壓力控制在3.55Mpa左右(因為壓力和溫度是線性關系)。在這個過程中如果控制不好，有可能超壓，引起高壓回收，甚至安全閥動作，反之則可能造成“僵反應釜配料系統”。同時還得考慮到由于原料引起反應過弱的情況，所以在設計模糊稱重配料系統的同時，得考慮選用恰當的參數，使壓力在3.5Mpa之前時壓力能平穩的上升，也就是說，如何克服模糊控制的穩態誤差，經過本人的探索，當壓力在[3.3,3.5]時，在速率的[-0.1,0.1]區間中引入三角sinX函數，對模糊稱重配料系統的EC項進行修正，而在3.5-3.6Mpa時快速的控制壓力。按照上述要求仿照人工控制的經驗，設計出智能的二維模糊控制器，輸入變為反應釜內壓力和混合釜壓的變化率，輸出變量為冷水閥的開度。模糊控制的任務為：在過渡過程的2.85～3.6MPa階段，用雙輸入單輸出的模糊控制，代替人的手動操作，實現快速平穩過渡。 通過工藝規律，可以得到模糊IF-THEN規則 IF壓力太低，速率為零,THEN閥門不開 IF壓力偏低，速率小,THEN閥門小開。 IF壓力稍低，速率中,THEN閥門中開。 IF壓力正常，速率大,THEN閥門全開。 (1)選擇描述輸入輸出變量的詞集 通過分析歷史數據，取輸入變量反應釜配料系統壓PT的基本論域：［2.8，3.2,3.4.3.6］MPa 4個參量分別表示反應釜配料系統內壓力太低，偏低、稍低和正常。取壓力變化PEC的 基本論域：［0，0.56,0.11,0.17］MPa/min 4個參量分別表示壓力上升速度為零，小，中，大。 取冷水閥開度(控制量)Y的 基本論域：［0,33,66,100］ 各參量對應的閥門狀態分別為全關，小開，中開，全開。 (2)定義各模糊變量的模糊子集 根據手動策略，隸屬函數采用等腰三角形的形式。由隸屬函數曲線可以得出各模糊變量在論域上的賦值表。 通過上述論域，采用DCS中的模糊控制功能塊，便可以構建一個控制方案，事實證明這種方案是非常有效的，它不但解決了壓力超調的問題，也解決了反應強弱的問題。并縮短了反應時間。 3．PID控制 自動配料系統采用PID控制方式。在切入恒溫恒壓時，這時反應可能還比較強，所以單純PID控制，在這個階段并不理想。所以引入速率前饋。這也使得稱重配料系統在較早切入恒溫系統得到保障。從而使得稱重配料系統能較快的向著設定的目標值靠近。同時又能作出快速的響應。達到更好的控制精度。 4．內冷系統的控制 內冷系統是為了保障稱重配料系統超壓的有力手段，一般壓力在3.45Mpa之后，主要是在壓力快速上升時，而分程控制閥已全開時開啟內冷閥。針對其特點，在設計稱重配料系統時，當壓力大于3.45且分程冷水閥開度大于75度時切自動。及時投入調節。 運行結果 用以上控制的方法，從開始加熱到反應釜內壓力上升到3.5±0.1MPa，所用時間為25-30min左右，超調量為±0.03MPa。而手動控制時，從開始加熱到反應釜壓平穩上升到3.55±0.1MPa，一般需要40～60min，在快速性上顯然不如智能復合控制方案。 另外手動控制時，在2.85～3.3MPa這段范圍內，控制往往不及時，易引起超調，特別是對于經驗不豐富的運行人員來說更難。影響后續反應的平穩性，對產品的質量影響也比較大，回收的機率也大。采用本稱重配料系統，運行人員在自動投料結束后，只要操作啟動升溫按鈕，程序會全程控制熱水閥、冷水閥、內冷閥，無需手動干預，直到出料。以前一個人操作一個反應釜配料系統都忙不過來，采用自動后，一個人可以很輕松操作4個反應釜系統。 | |
