高压聚乙烯装置脉冲阀控制参数优化

宋光伟

（中国石油大庆石化公司塑料厂，黑龙江大庆163714）

高压聚乙烯装置脉冲阀控制参数优化

宋光伟

（中国石油大庆石化公司塑料厂，黑龙江大庆163714）

高压聚乙烯装置脉冲阀将反应器中生成的熔融聚乙烯和未反应的气体间歇排到高压分离器，为了保持恒定的反应条件，防止聚合物粘在反应器内壁，排出熔融聚乙烯产品，通过反应器末端的脉冲阀按一定的时间周期和降压深度进行自动脉冲。装置经过多次控制系统改造，经常出现反应不稳定，反应器内聚乙烯分解问题。通过优化脉冲阀控制系统控制参数，提高控制精度、改善控制效果，有效的解决了该类问题。

聚乙烯装置；脉冲控制；液压阀；参数优化

高压聚乙烯装置反应器的压力对聚合过程影响很大，因此，保证反应压力的稳定对产品质量的控制十分重要。同时，反应压力升高，安全问题又比较突出，为确保压力检测信号的可靠性，故现场采用压力应变片三重检测方式，控制系统内对测量信号自动选取其中的最高值。

1 调节器控制

高压装置聚乙烯反应器的压力调节器设有1个按钮用于PD-PID控制模式的切换。正常生产时由PID进行控制，只有当脉冲时才由PID切换到PD，同时控制参数也发生相应改变。脉冲后压力恢复到一定值时，再由PD切换到PID。这种变换是自动进行的，只有PD不能自动切换到PID时，才通过手动切换按钮进行切换。反应器压力调节器的输出信号控制现场脉冲阀上的伺服阀，控制阀位使高压反应器内的压力维持在设定值附近［1］。

由于高压装置反应器内的聚合物粘稠，易粘在反应器壁上，将会影响反应热的撤出。为了清除粘附在管壁上的聚合物，使反应热很好地带走实现装置长周期的运行。因此，反应器压力控制器设计了周期性脉冲压降控制系统，使反应器内的物料产生脉动流，用来冲刷粘附在管壁的聚合物，以达到良好的传热效率。一般根据牌号，脉冲周期设定在30～100 s，脉冲深度10～30 MPa。

控制回路中，现场用差动线圈用来检测阀位，液压伺服阀控制阀位输出，伺服放大板作为输入输出的转换器。检测差动线圈的频率信号转换成4～20 mA信号送回控制室，并将控制室对液压伺服阀控制4～20 mA信号转换成±60 mA信号控制液压伺服阀动作。伺服放大板还具有调节灵敏度、调节反转电压、调节行程、调节零点等功能［2］。

2 工作模式

反应器压力控制工作在连续脉冲模式下，在每个脉冲的开始，首先调节阀全开400 ms，同时记录脉冲前阀位的输出，脉冲过后，将阀位输出恢复成记录的阀位输出值上。同时调节回路PD起作用，使压力快速恢复到设定值附近，经过一段时间的延时后，当压力恢复到一定数值时（目前设定为设定值的97%），调节回路PID起作用。如果压力始终恢复不到预设值时，经过最大延时时间TD后，强制PID起作用。以消除稳态误差，使得压力平稳过渡到设定值［3］。

当前最大延时时间TD为脉冲周期的时间减去1 s，PD/PID的比例参数为0.26，在实际生产中发生多次PD切回不到PID的现象，实际压力值始终比设定值低。原因为当工艺过程出现波动后，由于PD作用较弱，无法使压力快速恢复到设定值附近，由于没有达到预设值，PID不起作用，无法消除余差，无法使压力恢复到设定值。基于如上现象，需对脉冲阀的调节参数进行修正。

3 参数优化方法

当前PD转PID的最大延时时间TD是随动的，数值为脉冲周期时间减去1 s，当前设定的脉冲周期为50 s，该参数为49 s，建议修改该参数为20 s。正常情况下，PD转PID的时间在8～15 s之间，PID起作用20 s后，调节基本趋于稳定。修改该参数后使PID的作用至少保持30 s以上，应能消除余差。

该参数调整后的风险：

如果当PD作用过程中，由于PV值与SP值偏差过大，而此时由于突然转换成PID作用，由于积分的作用有可能会引发超调的现象［4］。

适当放大BUMP FACTOR系数（该参数直接影响PD切换PID的设定压力值，切换值=SP-SP×BUMP FACTOR）。

该参数作用为当PV值大于SP-SP×BUMP FACTOR时，PD自动转为PID。当该参数设定为3%，建议设为3.5%～4.0%。当前设定值234 MPa，当PV值大于226.98后，进行PD/PID转换，修改该参数后，当PV大于224.64～225.81 MPa就可以自动PD/PID转换。

该参数调整后的风险：

该参数设定过大会引发超调现象，过小可能会发生PD无法转换PID现象。

适当放大脉冲后阀位修正系数。

该参数的作用是在脉冲前记录阀位输出，脉冲过后恢复原始阀位，并加上阀位修正值（值得大小取决于修正系数Vavle Revise）。举例当脉冲发生时阀位的输出为85，脉冲过后将阀位的输出调整为85+85×Vavle Revise，PV的偏差值10 MPa，对应阀位大约为0.2个阀位。因此建议修改该参数为0.20～0.25。

该参数调整后的风险：

该参数设定过大会引发超调现象，过小可能会发生PD无法转换PID的现象。

适当增加PD调节器的作用。

结合正常工况变化的情况，调节平稳时整体的平均压力比改造前偏低，而工艺需求为在脉冲过后应有一小段超调，超调值不大于2 MPa，对应阀位大约为0.04%。分析为当前PD的作用弱，建议将当前参数由0.260改为0.264［5］。

4 结束语

在充分了解控制系统与现场设备的功能特性，结合实际工艺生产条件，对脉冲阀参数优化后，反应器分解问题得到明显改善。使装置安全平稳生产、改善了产品质量、提高了目的产品反应率、降低分解概率，提高了企业的经济效益。

［1］艾铁峰.高压管式反应器一峰分解的原理分析及解决办法［J］.中国科技博览，2014（26）：46-48.

［2］吴振阔.PID参数整定和优化［J］.中国高新技术企业，2010，（22）：16.

［3］大庆石化公司.高压一装置操作规程［M］.大庆：［出版者不详］，2012：13-14.

［4］大庆石化公司.高压一装置工艺技术规程［M］.大庆：［出版者不详］，2009：26-27.

［5］孙辉.高压管式反应超温分解的原因分析及措施［J］.中国科技博览，2015，27（9）：15-17.

Control parameter optimization of pulse valve in HDPE plant

Song Guangwei
（Plastics Plant of PetroChina Daqing Petrochemical Company,Daqing 163714，China）

The pulse valve in HDPE plant is used for intermittent discharge of the melted polyethylene generated from reactor reaction and unreacted gas to HP separator in order to keep constant reaction condition,prevent polymer from adhering to the inner wall of reactor,so to facilitate removal of polymerization heat,discharge of melted PE product and to make automatic pulsation by using the impulse valve at reactor end in certain time period and under certain depressurization.Several times of control system reformation was made in this plant,but reaction instability and the PE decomposition inside of reactor often happened.By optimizing the control parameters of the pulse valve,these kinds of problems were effectively solved.

PE plant;pulse control;hydraulic valve;parameter optimization

TQ325.12

B

1671-4962（2017）06-0061-02

2017-10-17

宋光伟，男，工程师，2007年毕业于中国石油大学（北京）自动化专业，现从事化工仪器仪表维护及管理工作。