乙丙橡胶中试装置进料单元优化控制研究

2014-06-09张铮天张志杰孙海英杨静涛孙建刚

弹性体 2014年5期

张铮天，张志杰，孙海英，杨静涛，孙建刚

(1.中国石油吉林石化公司研究院，吉林吉林 130021；2.中国石油吉林石化公司有机合成厂，吉林吉林 130021；3.中国石油吉林石化公司动力厂，吉林吉林 132021)

乙丙橡胶中试装置进料单元，由于管线细、压力大、系统扰动、波动大,而工艺要求的流量小，精确度高等特点，参与聚合反应各物料含量一直波动较大，处于无法自动控制状态，生产实验运行期间，在线分析仪器检测含量后，操作人员再用手动控制手阀进行流量控制。工艺实验条件变化大，反应变化复杂，人为调整频率高，操作困难，调节严重滞后，实验制备的乙丙橡胶质量不稳定，新牌号开发实验突破艰难。本文对中试装置进料单元改造和优化控制后，中试实验稳定可控，取得了很好的效果[1-2]。

1 改造及优化控制

1．1 改造及优化原因

乙丙橡胶中试装置进料单元乙烯管径9 mm，丙烯管径6 mm，氢气管径3 mm，乙烯、氢气通过图1中压力调节阀⑦、⑧进行减压，而实际上管线细，工艺压力要求的调节阀的调整能力达不到。由于3条管线的流量压力波动太大，导致图1中④、⑤、⑥阀门流量的调节和控制也无法达到设计和工艺进料的精确要求。主催化剂和助催化剂等进料用调频泵通过流量控制进行进料，由于流量、压力的原因，催化剂含量经常波动，造成聚合反应不稳定，产品性能不确定，胶的相对分子质量波动幅度增加，胶液达不到工艺要求牌号的性能指标，导致实验失败或者效果不理想。

乙丙橡胶中试装置聚合反应原料中乙烯、丙烯、氢气来源于有机合成厂乙丙橡胶B装置，管线压力都在2.0 MPa以上，需要经过减压后才能满足聚合反应使用条件，由于原料输送管线管径小、减压幅度大、实际流通量小，造成进料流量波动幅度大，直接影响聚合反应的稳定性。聚合反应的波动又会造成聚合反应温度和压力的波动，需要频繁地调节乙烯、丙烯和氢气进料量，操作难度“巨大”，严重影响聚合物的各项性能指标，甚至会造成聚合反应实验失败。

1．2 优化控制原则

乙丙橡胶中试装置进料单元管线原则上不进行修改，保证原工艺设计的进料流量范围不缩小，原管线上的仪表不进行更换。

1．3 优化控制目标

进行乙丙橡胶中试装置进料单元仪表改造和优化控制研究，使乙烯、丙烯、氢气等流量工艺要求值得到控制，对进料单元乙烯、丙烯、氢气等流量控制操作和工艺性能要求进行分析，根据实际数据对仪表的各类参数进行调整，增加仪表的操作准确性、平稳性，提升乙丙橡胶中试装置进料单元的控制能力，有力保障了高/低门尼粘度及相对分子质量分布较窄的乙丙橡胶中试技术开发要求。

1．4 控制方法

(1) 在乙烯、丙烯、氢气等进料管线上分别加1台自力式减压阀，自力式减压阀使压力得到大幅度调整，称之为“大调节”，自力式减压阀后的气动调节阀可以使压力得到小幅度调整，称之为“小调节”，这样能够保证进料流量调节能在一个非常稳定的压力范围内进行，压力范围由工艺人员分别对3条管线给出和确认。改造的3条主管线进料运行情况如表1所示。

表1 进料管线仪表实际运行情况

(2)通过上述改造后，仪表调节能力得到了控制，通过PID重新整定后，运行结果得到了很大的改善。虽然解决了主管线上的压力控制，但是由这3条管线进入聚合反应釜的物料质量决定胶的性能指数,其控制过程如图2所示，图2中④、⑤、⑥调节阀调节物料的体积流量比为X：Y：Z，将X、Y、Z根据工艺设计和实验经验相结合编制程序数据库，工程师调试后，控制器根据偏差e(Δk)进行计算输出控制。主催化剂和助催化剂调频泵①、②、③等进料系统引入AL/VOCL3等的偏差e(Δk)进行PD控制。微分调节作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适的情况下，可以减少超调，减少调节时间[3]。不需要等待已经实验生产出来的胶液分析结果，可以进行适时的调节控制。

图1 优化前控制图

图2 优化后控制图

2 结果与讨论

乙丙橡胶中试装置在实验生产和开发新牌号的过程中，工艺管线精细，来料管线阀前压力高、波动大、变化大，而阀后要求压力小，压差大，控制的流量又小，A牌号乙丙橡胶进料中，乙烯流量为7.0 kg/h，丙烯流量为16.5 kg/h，氢气流量为2.5 g/h，催化剂进料流量更小，而工艺要求各控制含量比例又非常准确，根据中试的特点采取 “大调”加“小调”控制压力，再进行小流量稳定、准确、自动的进料控制，各管线流量控制效果非常稳定，其改造优化控制前后进料控制曲线如图3所示，优化前各进料量波动范围值明显大于优化后进料量波动范围值，优化后控制值非常接近工艺要求设定值，稳定性非常好。聚合反应优化前后温度、压力曲线如图4和图5所示，优化前温度和压力波动非常大，聚合反应不均匀，开发的橡胶性能不稳定，优化控制后温度、压力曲线明显平稳，进料量波动非常小，对乙丙橡胶中试实验生产和新牌号开发都有很好的效果。