浅谈氯乙烯聚合过程控制与预警系统的优化

（新疆石河子中发化工有限责任公司，石河子市，832000） 沈姗姗

1 前言

PVC树脂有氯乙烯聚合而成，产品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[1]。随着我国PVC树脂行业迅猛发展，装置规模不断扩大，为了保证PVC企业生产稳定运行和长周期经济运行，PVC生产企业基本上都采用了DCS自动控制系统[2]，实现了聚合过程进出料顺序控制,聚合过程温度自动控制,密闭进料、恒温进料控制。但从我国DCS控制应用整体发展状况来看，突出表现为PVC产品质量稳定性不好，控制参数范围较大，不安全因素较多等。中发公司在原有DCS控制的基础上，从化学反应工程入手对氯乙烯聚合生产过程中的DCS控制系统进行研究，针对聚合过程中反应温度的控制和生产安全的因素提出预警处理方案，建立PVC树脂生产过程控制预警机制，不仅有效的提高了产品质量，同时使PVC聚合工序的过程自动化控制更精确更安全有效。

2 氯乙烯聚合过程控制与预警系统的优化研究

氯乙烯聚合生产过程工艺复杂，影响工艺控制的因素较多，既有工艺配方的因素，也有人为操作控制的因素，还有设备控制精度的影响。为了提高产品的质量和过程控制的准确，需要建立相关的理论研究，在理论的指导下进行实际工艺实施，核算成工艺控制参数，设定相关变量，应用到控制系统中，根据结果进行再优化，达到前期预定的目标。

2.1 采用复合控温方式提高温度控制速度及精度

PVC树脂产品最关键的质量指标是聚合度，它与引发剂用量和转化率无关，而与聚合温度关系极大。而聚合反应温控对象的特性相当复杂，从控制原理分析该对象是一个大容量纯滞后时间长、时间常数大的被控对象，而且存在着非线性和时变性[3]。目前PVC行业DCS控制技术聚合过程主要控制回路采用单回路控制或简单的串级、比值等控制，釜温控制波动±（0.2～0.5）℃。对多变量控制、优化控制、批量控制及其它高级控制算法应用较少[4]。

在DCS串级PID温度控制基础上，引入以温度偏差补偿量e及其变化率作为输入变量，采用二维补偿控制结构形式，经过计算机推理，进行实时的调整补偿调节器PID 的三个参数，最终确定补偿值，构成一个补偿式控制+PID自适应控制结合的复合控温方法，控制系统框图如图所示。

图 补偿+PID自适应控制系统图框图

如图所示，在聚合反应升温阶段或温度偏差较大时，主调节器主要采用补偿式控制为主，这样能快速获得最优的精确控制，完成在最小能耗下缩短升温时间；当温度偏差较小时，主调节器则以在线自整定P1控制+变比例P2控制为主，同时辅以补偿调节微调，有效提高调节阀的可调范围和精度，使恒温控制段温度控制精度±0.1℃。该复合温度控制方法的采用保证了聚合升温阶段或温度偏差较大时的快速准确控制，同时提高聚合恒温阶段的控制精度。

2.2 聚合过程故障对策预警处理模型的建立

通过分析聚合反应过程中造成聚合事故停车、停止聚合注水或加大聚合注水、补加聚合助剂、短时间内开始回收系统、加入事故终止剂、非正常出料、安全阀开启前的手动放空等原因，确定事故异常表现特征参数并对其进行重点监控。具体实施过程中，在聚合反应装置上增加流量计、温度测控点，并组建等热量计量控制系统，对聚合反应过程中热量数据的采集，并通过计算机自动生成放热曲线，进而计算出聚合实时转化率，最终通过有效控制转化率的方式，表征聚合釜的反应情况。根据反应情况结合事故异常表现特征参数的监控数据，以及时间、釜型、投料工艺参数等，通过计算机运算最终建立聚合过程故障对策预警处理模型。

在控制系统硬件上也进行了改进，由于整个聚合工段生产过程控制较为复杂,影响聚合过程的因素较多，聚合过程时间较长以及生产连续性的要求，为了保证计算机在任何故障及随机错误产生的情况下连续不间断地运行，控制站采用4个CPU成对冗余热备系统；对高速RISC处理器采用供电系统、通讯网络和总线I/O模块，Vnet总线采用双重化及双重化结构交替工作模式实验对影响聚合反应过程因数的监控，并根据聚合釜实时反应情况进行测算最终产物情况，并作出相应的紧急处理，实现降低事故发生率，消除安全隐患，减少损失，保证质量目标和安全生产的目的。

2.3 基础配方体系的建立

通过对影响聚合反应的循环水温度、环境温度、设备情况等不可定条件进行研究，利用DCS控制系统的灵活性和系统性，对每釜投料配方的情况进行记录，并对应输入产品检测情况。通过计算机对反应温度、控制压力、反应终止点及反应过程所记录的数据与检测情况进行分析，提出相应的配方修改意见，与前期的数据和结论相统一结合，建立基础配方体系，为聚合最佳工艺、配方提供依据。

3 运行结果

中发公司聚合装置中2台30m3聚合釜同时进行相应的技术改造，并与其进行为期5个月的试运行，具体运行数据如表。

氯乙烯聚合过程控制与预警系统运行数据表

根据上表数据分析，氯乙烯聚合过程空运与预警系统的建立，优化了PVC树脂的生产工艺。通过实施，我公司的PVC树脂产品优等品率达到90%以上，一等品率达到100%；在投料量不变的情况下，聚合时间缩短，聚合釜的生产强度提高5%以上；事故排空率为零。该技术的应用使PVC聚合工序的过程自动化控制更精确安全，有效提高了产品的质量和生产强度，降低企业的生产成本，保证了生产装置的安全稳定运行。

[1]朱绍平.PVC聚合DCS系统的改造[J]石河子科技，2008(5)

[2]郑石子，颜才南等.聚氯乙烯生产与操作[M]，北京：化学工业出版社，2007

[3]周哲民,汤光华.PVC聚合釜温度自适应控制[J].工业控制计算机:2010(23)

[4]余春荣,郭开诚,廖宜英.PVC行业自动控制技术进展［J］聚氯乙烯,2001(1):48-52