Experion PKS在PVC生产装置的应用

晁元德

(青海盐湖工业股份有限公司，青海 格尔木 816000)

PVC装置包括聚合工序和干燥、包装工序。聚合工序主要由溶剂配制、脱盐水输送VCM供料、回收、聚合、出料汽提、废水汽提和尾气回收部分以及装置内的变、配电和控制室组成。干燥和包装工序主要包括离心干燥、粉料输送与储存以及全自动包装和码垛。某企业年产12万聚氯乙烯树脂，可生产SG1～8型聚氯乙烯树脂，其主要设备为国产70m3聚合釜，并采用悬浮法PVC工艺生产线。为提高PVC的生产效率和产品质量，该企业采用Experion PKS设计了PVC生产装置的自控系统。

1 工艺流程简介①

生产装置中的聚合釜属三类受压容器，釜体为复合不锈钢材质，对其焊接质量要求100%无损探伤合格，釜体内壁光洁度要求达到EP-3(电解研磨)，釜内设有两层三叶后掠式搅拌和内冷挡板，搅拌转数98r/min，电机功率160kW，轴封采用机械密封和注水装置，釜体采用16MnR+0Crl8Ni9复合板材。VCM和水的贮存和加料工艺采用完全密闭式入料，提高了生产强度并减少了污染。原、辅助材料全部配置为溶液，使用等温水入料技术，达到了降低消耗、缩短生产辅助时间、减轻粘釜程度、便于自动化入料并提高了产品质量。VCM回收工艺技术采用全密闭高压直接冷凝回收VCM工艺，可达到无污染、占地少的目的。聚合涂壁技术采用目前世界先进的高效防粘釜液，并采用自动喷涂冲洗装置以适应低聚合度树脂的生产。浆料汽提选用目前国内先进的新型板式浆料塔汽提工艺，以保证浆料中VCM含量在0.03‰以下，从而保证PVC的干燥工艺过程达到环保标准。高效旋风干燥技术由高效旋风干燥床、旋风分离器组和密相粉体输送系统组成。

氯乙烯经精制后加入聚合釜，以纯水为分散相加入引发剂和分散剂，在46～60℃聚合成聚氯乙烯，再经离心分离、汽提、干燥和过筛得到成品。

软水经过滤器送至软水计量槽，计量后加入清洗好的聚合釜中，然后将溶解好的分散剂由入料孔加入，同时加入热稳定剂、消泡剂、pH缓冲剂及引发剂等。单体(精氯乙烯)则经单体过滤器过滤，由单体计量槽计量后，经封闭的进料系统加入聚合釜中，在规定的温度和压力下使单体聚合，聚合完毕后加入终止剂终止反应，回收未反应的单体，将物料用料泵打入沉析槽。由聚合釜压入沉析槽中的悬浮液，用汽提塔上料泵加入汽提塔顶部用蒸汽加温、汽提，在塔顶回收单体送回气柜，出汽提塔料液用汽提塔出料泵打入混料槽借压差流入离心机，脱去大部分水后的湿物料送干燥系统干燥。将离心干燥后的湿物料送至气流塔，同时空气经过滤器过滤、鼓风机升压和散热片加热后生成的热风也从下部送入气流塔，树脂随热风吹上，带有树脂的气流在较高速度下，以切线方向进入旋风干燥器迅速干燥。合格的粉状物料进入旋风分离器，沉降下来的PVC树脂被送至振动筛,过筛后通过粉料输送系统送至料仓A/B进行包装并码垛入库。

2 Experion PKS在PVC生产中的应用

2.1 计量仪表

VCM计量采用两套E+H质量流量计，分别计量新鲜单体和回收单体。无离子水采用两套E+H质量流量计，分别计量冷、热无离子水。为保证计量的高度准确，每套质量流量计采用两组串联，流量计的重复准精度±0.5%。

新鲜和回收VCM冷和热的无离子水，同时加入聚合釜，进料比例和程序由DCS控制。进料时，DCS连续检测和调整无离子水的流量，以确保在水完全加入前能使VCM完全加入釜内。冷、热无离子水加入量由DCS检测和调整，加料结束后釜内温度恰为反应初始温度，不得出现超调，其典型偏差为±0.25℃。

2.2 溶液加料

溶液配制时分批手动进行，但是这些化学品溶液的加入量和加料完全由DCS控制，分散剂溶液、引发剂溶液和其他化学药剂溶液的加入量用泵加入聚合釜内。引发剂溶液和其他化学药品溶液的偏差为±1%。

2.3 聚合

为了保证生产安全，并有高质量的产品，反应釜的温度控制精度足以保证产品规格和装置生产能力的要求。典型的温度控制精度为±0.10℃，最高不超过±0.25℃。通过Experion PKS计算并控制反应速度和体积收缩量为函数的注水量，以保持恒定的反应体积，具体如下：

a. 聚合釜周边和进料系统全部采用高测量精度的流量仪表，自动控制切断阀和调节阀选用具有ANSI VI级泄漏等级的金属密封阀门；

b. 采用Honeywell DCS，其控制器、总线、卡件和电源全部冗余配置，对工艺控制进行组态，保证系统的稳定性、可靠性和安全性；

c. 在危险区安装的电动仪表和阀门采用具有相应防爆等级的产品，如压力、流量、物位和温度调节仪表为隔爆仪表；

d. 测量有腐蚀性或易堵介质的压力选用膜片密封式法兰压力变送器；

e. 选用差压变送器测量腐蚀性介质，粘度物位选用平法兰或插入式差压变送器；

f. 可燃气体报警器设在操作室，传感器探头安装在泵房、设备和阀门附近。

阀门的额定控制和操作程序随产品不同而异，Experion PKS确认生产工艺配方各组分的量、上/下极限、反应温度、压力及反应终点等，其允许修改现存方案，并提供附加程序的容量。

尽早检测初步安全潜在因素，如反应超温、分散剂实效、爆聚、冷却水故障、搅拌器故障，以及所有与正常反应条件不同的偏差，均由Experion PKS通知操作人员，并自动校正，避免产出PVC次品，保证安全生产。

除阀位和程序步骤外，Experion PKS提供所检测的变量包括：放热速度、转化率、反应速率和温度设定值；反应釜内轴向温度分布(温度不大于±0.5℃)压力函数、压力值、温度压力的变化率、蒸汽压力、搅拌负载、传热系数及所有流量等，以便操作者判断聚合釜和聚合变量的状况。

出现故障时，控制系统根据故障原因，采取最适当的措施，减少了操作人员的工作负担。

3 Experion PKS操作功能的实现

正常操作功能包括：聚合釜调控和配方编制；加料量的确认，包括计算和打印各种溶液的重量；程序控制，包括每一周期的；聚合部分要考虑DCS故障时的备用控制；操作动作的确认(正常操作、故障时的操作以及自动或半自动操作)。

检查功能主要包括：操作状态的临界检查，操作步骤检查，操作形成检查和过程联锁；每一过程的操作时间检查；计量检查，即增量、反馈、上限和加料完毕的下限检查；重要数据的额定数据检查。

控制系统，包括检测出的各种非正常反应条件，如相分离、聚合釜不正常的料位、冷却水故障及超压等。控制系统通过报警反映这些情况，并在操作人员允许下采取相应的措施：加阻聚剂停止聚合，增加或减少注水量，聚合釜短时间开启VCM回收系统，全部回收VCM，聚合釜放空。

人-机通信功能的操作由CRT和键盘组成，CRT进行过程状态显示、趋势显示、报警显示和系统维护显示。每一次加料的生产记录、额定值的改变、紧急情况、报警和指示都可以打印存档。

控制系统设有数据储存和管理系统功能，包括：批次周期表，提供加料准确性数据、操作次数和反应数据；VCM使用情况报告，详细说明新鲜VCM和回收VCM的使用情况；工艺调查用任何选定模拟测定的瞬时数据记录。

4 结束语

Experion PKS将工作人员与过程控制、经营和资产管理融合在一起，提供了嵌入式决策支持、容错以太网和诊断技术，为决策者提供所需信息，安全组件保证系统安全环境独立于主控系统。通过图形化的控制组态工具和全套的过程控制算法库，使用户的控制工艺水平显著提高。