PVC汽提装置的自动控制系统设计

周哲民

（湖南化工职业技术学院，株洲 412004）

0 引言

聚氯乙烯(PVC)树脂具有良好的物理性能和化学性能，广泛应用于轻工、建材、农业、日常生活、包装、电力、公用事业等领域。PVC由VCM 单体经聚合反应而成。在VCM聚合过程中，为确保 PVC树脂的质量，聚合转化率一般控制在85% 左右，反应结束后，PVC 树脂浆料中仍残留有 1% 左右的 VCM。由于 VCM属极度危害性介质(《职业性接触毒物危险程度分级 GB 5044》)，因此，PVC树脂成品中残留的VCM含量必须控制在规定范围之内。残留在PVC颗粒中的 VCM与PVC颗粒的吸附力很强，要使这部分 VCM 脱吸，必须把浆料加热到一定温度，VCM 才会脱离PVC颗粒而逸出 。PVC汽提装置的原理正是利用含有VCM的PVC料浆在多孔的塔盘上往下流动时与塔底进入的蒸汽直接逆流接触，进行传热和传质。PVC颗粒吸附的VCM和水相中溶解的残留单体被加热汽化，随上升的水蒸汽汽提带逸出去，随着料浆的不断往下流动，温度逐渐升高且使水相中的VCM随温度的升高而降低，树脂内部VCM的含量与水相中VCM的含量形成浓度差，在这浓度差的推动力下，PVC内部的VCM不断向水相进行扩散，并逐渐被汽化，随上升的蒸汽带动经多块塔盘上的传热传质逐渐达到脱除料浆中的VCM之目的。

1 工艺流程简介

从料浆槽输送过来的PVC料浆经过节能换热器,与汽提排出的高温料浆热交换并被升温后,进入汽提塔顶部，料浆经塔内筛板小孔流下,与塔底进入的直接蒸气逆流接触，进行传质过程，树脂及水相中残留单体即被上升的水蒸汽汽提带逸，其中的水分在塔顶冷冻凝器,借管间通入的冷却水冷却而回流入塔内,不冷凝的氯乙烯气体借水环式真空泵抽送,排至气柜回收。塔底经汽提脱除大部分残留单体后的料浆,由料浆泵PU101抽出经热交换器降温后,进入离心干燥系统处理。利用蒸汽与料浆中VCM的浓度差,使树脂内部的VCM不断的扩散出来,随着蒸汽的上升而带走,从而使树脂中的残留单体减少。主要是控制汽提塔的出口压力和汽提塔的顶温来获得较好的控制效果。如图1所示为PVC汽提装置带控制点的工艺流程图。汽提塔的工艺控制指标：汽提塔的差压15～20kPa；汽提塔的压力30～50 kPa；汽提塔的温度100～105℃；蒸汽流量 3000～4000kg/h；塔底液位45～55%。

2 控制系统设计

2.1 汽提塔温度控制系统设计

2.1.1 汽提塔温度控制方案

当汽提塔温度升高，料浆中的VCM 汽化速度加快，残留VCM 量降低，当温度降低时，在相同的停留时间内，残留的VCM 量增大。PVC树脂在高温下易发生分解，放出氯化氢气体，使PVC 变色，影响产品白度过热稳定性。因此汽提塔塔顶温度控制指标100～105℃，在汽提塔内由于热能是以场的形式进行传递，具有明显的非线性、时变性、滞后性以及分布性，采用简单回路控制系统无法达到工艺控制要求，经过理论分析和实践验证，采用前馈-串级控制方案，蒸汽流量控制回路FIC102作为副环，汽提塔温度TIC101作为主环，前馈控制器采用静态前馈即可满足生产要求。前馈信号取自汽提塔PVC料浆进口流量FT101，静态前馈控制的传递函数为[2]：

式中，Kd为静态前馈系数，其控制器为比例调节器，用乘法器模块实现。如图2为汽提塔温度前馈+串级控制系统回路图。333 该不该

图1 PVC汽提装置带控制点的工艺流程图

图2 汽提塔温度前馈+串级控制系统回路图

2.1.2 汽提塔温度控制方案实现

PVC汽提装置采用浙大中控JX-300XP DCS，用功能块编辑器(FBD)实现汽提塔温度前馈+串级控制方案。根据IEC1131-3，FBD编辑器将基本的功能/功能块（EFB）和信号（变量、位号）组成功能块图（FBD）。图3 为汽提塔温度前馈+串级控制组态FBD图形编程。MUL-SFLOAT是半浮点型的乘法功能块，ADD-SFLOAT是半浮点型的加乘法功能块，BSC是单回路PID控制功能块。

图3 汽提塔温度前馈+串级控制组态FBD图形编程

2.2 汽提塔压力和液面控制设计

压力依温度而变，温度愈高，压力相应增加，两者的关系接近于该温度下的饱和蒸汽压力。因此汽提塔压力也是一个非常重要的工艺控制指标。汽提塔的压力PIC101控制指标为30～50 kPa。汽提塔液面影响工艺负荷的稳定，因此汽提塔液面LIC101控制指标为45～55%。汽提塔压力和液面控制均采用简单控制方案，基于节能理念，执行机构采用变频器，避免采用气动调节阀作为调节回流的调节手段，致使能量损失大等缺点，采用变频技术调节流量，调节效果明显、快捷、节能降耗。

2.3 仪表选型

2.3.1 差压变送器选型

汽提塔装置共采用三台差压变送器，分别为检测节能换热器进口压差变送器PdT101、检测节能换热器出口压差变送器PdT101和汽提塔压差变送器PdT103，其用途是检测节能换热器和汽提塔是否堵塞，由于检测介质均为PVC树脂，差压变送器采用日本横河公司的EJA438W-DASG2双法兰隔膜密封差压变送器。考虑现场环境易燃易爆场所，差压变送器采用本安型防爆仪表。

2.3.2 温度检测元件和流量变送器选型

温度检测元件TE101采用具有隔爆功能的PT100热电阻WZP-440-B。流量变送器FT101采用日本横河Yokogawa公司AE205MG-AR1电磁流量变送器。

2.3.3 执行器选型

汽提塔进口流量调节阀FV101采用气动V型调节球阀ZSHV-16；蒸汽流量调节阀FV101采用上海艾迪尔自控仪表有限公司的高温型平衡笼式HCB调节阀；汽提塔液面LV101和压力PV101执行机构采用西门子公司MicroMaster430变频器。

3 结束语

系统调试完毕后已投入运行，从运行效果看，系统的运行稳定，响应速度快，节能效果比较明显，提高了控制精度，保障了聚氯乙烯产品质量，提高了优级品率，达到了设计要求。

[1] 傅阗晨.10 万t / a PVC浆料汽提装置设计总结 [J].聚氯乙烯.2007(12).

[2] 蒋慰孙,俞金寿.过程控制工程 [M].北京:烃加工出版社,1988.