氯乙烯合成原料配比控制的优化

刘春艳 谷克宏 罗炳浩 张恒云

[摘 要] 乙炔和氯化氢的配比对VCM的产量、质量、原料消耗、安全及环保等都有很大的影响，反应机制要求控制其摩尔比一般为1.05∶1.0。氯化氢和乙炔流量利用孔板流量计进行测量，通过对孔板流量测量进行温压补偿，对流量调节的PID参数进行整定，实现了氯乙烯原料的配比自动控制优化。

[关键词] 氯化氢；乙炔；比值调节系统；温压补偿；参数整定；优化控制

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 028

[中图分类号] TP273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）17- 0049- 02

1 前 言

乙炔和氯化氢的配比对VCM的产量、质量、原料消耗、安全及环保等都有很大的影响。从乙炔和氯化氢的反应机制分析，提高原料气的浓度（或分压）或使一种原料气过量，都有利于反应速度和转化率的增加。但是当乙炔过量时，会引起触媒中毒、精馏塔系统的负荷增加等一系列恶果。若氯化氢过量太多，则增加原料单耗，在合成反应中易加剧进一步与氯乙烯加成生成1，1-二氯乙烷等副反应：CH2=CHCl+HCl→CHCl3-CHCl。根据生产数据分析，控制氯化氢和乙炔的摩尔比为1.05∶1.0，在保证转化率的同时降低原料消耗。

在电石法VCM实际生产中，要求乙炔与氯化氢始终保持一定的比例，该比例不随原料流量的改变而变化。此外，在氯化氢中含游离氯的特殊情况下，不及时处理可能会造成混合器或预热器及相关管道内发生燃烧甚至爆炸，引发安全生产事故。因此，从工艺和安全两个角度考虑，乙炔与氯化氢自动配比系统不仅应满足调节品质的需要，还必须兼顾安全。

2 乙炔和氯化氢的流量测量

2.1 孔板流量测量原理

乙炔和氯化氢的流量采用孔板测量。孔板流量计是利用流体流经锐孔板时的节流作用，使流体的流速增大，压强减小，也即不同的流体流速（或流量），而获得相对应的压强差。在既定的锐孔板上流速越大则压强差越大。变送器输出信号为压差信号，故需要根据孔板规格换算为流量，并根据气体压力和温度进行补偿计算，最后得出实际气体流量。

2.2 流量测量的温压补偿

用于测量氯化氢、乙炔流量的孔板是在标况下标定的，在实际的应用中，实际工艺条件与标况下相差甚远，因此，必须对流量进行压力、温度补偿。生产线采用的是横河CS3000系统，系统中有特定的温压补偿模块TPCFL。

TPCFL块是在使用压缩机构差压式流量计测定流量中，执行温压补偿，或者把与理想气体比较过的气体流量以温度及压力为准补正。温压补偿运算，执行温度和压力两方面的补正运算。在测定流量Fi、基准压力Pb、基准温度Tb、测定压力P及测定温度T中，以“kPa”为压力单位的补正运算式为：

F0=■×Fi（1）

式中，Fi：测定流量 ，F0：补偿完毕流量；

P：测定压力[kPa]；T：测定温度（℃）；

Pb：基准压力[kPa]，流量计的工作表压（工作绝压-地区大气压），一般厂级设计时地区大气压取100 kPa，实际中地区大气压会有差异，所以在设定时要取当地地区大气压（如甘肃地区为83kPa）；

Tb：基准温度（℃），流量计的设计温度（工作温度）。

3 控制实现

3.1 比值调节系统

在化工生产中，经常需要两种或两种以上的物料按一定的比例混合后进行反应。比值调节系统正是解决此类控制难题的一种控制方案。乙炔、氯化氢的配比控制原理如图1所示。

在乙炔、氯化氢的配比控制系统中，氯化氢为主物料，乙炔为从物料。从乙炔流量的控制情况可知，它是一个随动的闭环控制回路，而主物料氯化氢流量的控制则是开环控制回路。氯化氢的流量经比值运算后输出信号作为乙炔流量PID调节器的给定值，从而使乙炔和氯化氢两种物料在不断变化的流量数值下保持一个近似固定的比例关系，这样不但可实现乙炔流量随氯化氢流量的变化而变化，而且还可以克服乙炔流量本身干扰对比值控制的影响。

3.2 比值调节控制方案

乙炔、氯化氢比值调节控制具体方案如图2所示。

3.3 PID参数整定

对乙炔和氯化氢的流量调节控制器进行PID参数整定采用的是经验数据法和试凑法，具体步骤是根据表1中的参数经验数据进行P/I赋值，通过闭环运行，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定PID控制参数，实现配比调节的自动控制。

4 结 语

比较改进前后比值控制的设定值和实际值的数据发现，乙炔、氯化氢比值控制明显优化，为保证控制效果，使P乙炔略大于P氯化氢，且两者压力相对稳定。比值调节控制优化后，首先减轻了操作人员的劳动强度，其次产生的盐酸量较优化前减少，接近于理论值。

主要参考文献

[1]惠正纲，李荣.乙炔、氯化氢的自动配比与氯乙烯精馏装置的优化控制[J].聚氯乙烯，2007（8）.