DCS控制系統(tǒng)在氯乙烯精餾中的成功應(yīng)用

　　氯乙烯單體是生產(chǎn)聚氯乙烯不可缺少的原料,目前,大部分企業(yè)是利用電石法來制備氯乙烯單體。在制備氯乙烯單體過程中,氯乙烯精餾是至關(guān)重要的過程,它的傳熱、傳質(zhì)過程是非常復(fù)雜的,精餾塔的負(fù)荷經(jīng)常由于生產(chǎn)的要求而改變,造成精餾系統(tǒng)壓力波動(dòng)極大,操作難度較大,單體的純度容易超標(biāo),嚴(yán)重影響大批樹脂的質(zhì)量。針對以上的問題,同時(shí)為了配合氯乙烯擴(kuò)產(chǎn)技改項(xiàng)目的實(shí)施, 我公司采用了浙大中控J X -300XDCS 控制系統(tǒng)和相應(yīng)的控制方案,并于2003年5 月投入運(yùn)行,取得了很好的效果。

　　1 　工藝流程

　　粗氯乙烯經(jīng)壓縮機(jī)先進(jìn)入全凝器,借用工業(yè)水進(jìn)行冷卻,使粗氯乙烯冷凝液化。液體氯乙烯借位差進(jìn)入水分離器,再借密度連續(xù)分層,進(jìn)入低沸塔。全凝器中未冷凝氣體進(jìn)入尾氣冷凝器,作為回流液返回低沸塔頂部。低沸塔底部的加熱釜借轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水進(jìn)行加熱,以將沿塔板下流的液相中低沸物蒸出。氣相沿塔板向上流動(dòng)與塔板上液相進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換,最后經(jīng)塔頂冷凝器以- 10 ℃冷凍鹽水將其冷卻作為塔頂回流液,不冷凝氣體亦由塔頂經(jīng)全凝器通入尾氣處理,低沸塔底除去低沸物的氯乙烯借助位差經(jīng)過中間槽進(jìn)入高沸塔,經(jīng)過高沸塔的加熱,把沸點(diǎn)低的氯乙烯組分蒸餾出來,經(jīng)成品冷凝器進(jìn)行冷凝進(jìn)入單體貯槽中,高沸物由塔底的兩位閥排出（見圖1） 。

2 　系統(tǒng)構(gòu)成和控制方案實(shí)施

2. 1 　系統(tǒng)構(gòu)成

氯乙烯精餾DCS 控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件配置中,根據(jù)實(shí)際情況,配置了2 個(gè)操作站,1 個(gè)控制站。操作站選用了研華P4工控機(jī),通過Scne 過程控制網(wǎng)和控制站進(jìn)行通訊?？刂普緝?nèi)由電源、主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡以及輸入輸出卡等硬件構(gòu)成。此外還配置了打印機(jī)1 臺(tái)、UPS 不間斷電源1 個(gè)。

軟件配置中,J X - 300X 系統(tǒng)包括監(jiān)控軟件和組態(tài)軟件兩部分, 其組態(tài)軟件包括基本組態(tài)軟件（SCKey） 、流程圖制作軟件（ SCDraw） 、報(bào)表制作軟件（ SCForm） 、編程語言（ SCLang） 等。在組態(tài)軟件上很容易實(shí)現(xiàn)各種畫面的編輯和復(fù)雜控制的構(gòu)造。監(jiān)控軟件主要用于操作人員進(jìn)行操作和歷史查詢等。

2. 2 　控制方案的實(shí)施

氯乙烯精餾過程的特點(diǎn)是各物理量存在著很大的關(guān)聯(lián)性,而且進(jìn)入精餾系統(tǒng)的粗氯乙烯組分、流量、溫度等的變化對塔的控制影響也很大。針對這種情況,通過建立多變量解耦控制系統(tǒng),把相關(guān)的變量作為前饋信號(hào)引入,來消除擾動(dòng)、關(guān)聯(lián)和滯后。根據(jù)上面情況,精餾塔控制可分為低沸塔、高沸塔的控制兩部分。低沸塔控制由尾排壓力控制（PIRC - 103） 、過料控制（L IRC101） 、低沸釜加熱溫度控制（ TIRC102） 和低沸塔回流控制（ TIRC101） 四個(gè)回路和低塔溫差、壓力等檢測點(diǎn)組成。高沸塔控制檢測由高沸塔液位控制（L IRC201） 、高沸塔回流控制（ TIRC201） 、成品壓力控制（ PIRC201） 三個(gè)回路與高塔精餾段和提餾段溫差、壓力等檢測點(diǎn)組成。對于PIRC - 103 、TIRC102 、TIRC101 、TIRC201 、PIRC201 都是由單回路組成。

現(xiàn)具體分析低沸塔的過料控制（L IRC101） 和高沸塔的液位控制（L IRC201） ,這也是氯乙烯精餾控制最關(guān)鍵的部分。

2. 2. 1 　低沸塔的過料控制

粗氯乙烯進(jìn)入低沸塔中,它的組分、流量、溫度根據(jù)工況隨時(shí)在改變,這些變化可通過低沸塔溫差（ TDE101） 、低沸塔底的液位和低沸釜閥門開度反映出來,通過分析這些變量之間的趨勢和邏輯關(guān)系,該控制方案把液位作為控制對象,把溫差和加熱閥開度看成干擾量,作為前饋加入該控制回路中,既克服了干擾又提高了系統(tǒng)的精度。

2. 2. 2 　高沸塔的液位控制

除去低沸物的氯乙烯借助位差經(jīng)過中間槽進(jìn)入高沸塔,由于中間槽體積很小,沒有起到緩沖的作用,也就沒有把低沸塔和高沸塔之間的關(guān)聯(lián)解除,對高沸塔控制影響很大。為了克服這個(gè)問題,同時(shí)保證高沸物在質(zhì)量指標(biāo)之內(nèi),通過分析各變量,設(shè)計(jì)了多變量補(bǔ)償控制系統(tǒng)。具體的方案如下。

（1） 低沸塔過料閥開度、高沸塔回流閥開度、高沸塔液位閥開度以及高沸釜溫度對高沸塔液位控制回路的補(bǔ)償:當(dāng)上面幾個(gè)變量發(fā)生變化時(shí),高沸塔液位也相應(yīng)變化。因此把上面各變量按一定補(bǔ)償系數(shù)引入高沸塔液位控制回路中,作用高沸塔液位控制閥。

（2） 高沸塔壓差和高沸塔提餾段溫差對高沸塔液位控制回路的補(bǔ)償:高沸塔壓差和高沸塔提餾段溫差不是任何時(shí)候都起補(bǔ)償作用的,根據(jù)理論分析和操作經(jīng)驗(yàn),先設(shè)置一個(gè)設(shè)定值,由測量的實(shí)際值和設(shè)定值進(jìn)行比較來決定是否應(yīng)該引入補(bǔ)償。當(dāng)實(shí)際值大于設(shè)定值時(shí),補(bǔ)償則起作用,把它們相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)引入高沸塔液位控制回路,否則,不起補(bǔ)償作用。

通過不斷的摸索和分析,各變量對高沸塔液位補(bǔ)償系數(shù)分別為:L IC201BC IC - 1 ,0. 24 ;L IC201BC -2 ,0. 1 ; L IC201BC - 3 , 0. 7 ; L IC201BC - 4 , 0. 1 ;L IC201BC - 5 ,0. 15 ;L IC201BC - 6 ,0. 1。

3 　管理功能

該系統(tǒng)還具有顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警、記憶、打印等功能,特別指出的是:該系統(tǒng)通過信息管理網(wǎng)和公司的ERP 系統(tǒng)連接起來,把關(guān)鍵的數(shù)據(jù)及時(shí)地傳送到?jīng)Q策層,決策層根據(jù)市場情況,及時(shí)反饋到生產(chǎn)中,構(gòu)成了管控一體化。

4 　結(jié)語

該系統(tǒng)投運(yùn)半年以來,與老系統(tǒng)相比,生產(chǎn)很穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量有了明顯的提高,節(jié)約了能源,降低成本,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。