橫河DCS在聚氯乙烯生產中的應用

　　中國石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠的聚氯乙烯裝置于2002年8月引進美國西方化學公司的專利一懸浮法PVC生產技術。該裝置共有6臺135 m 聚合釜，2條回收、汽提干燥生產線（每3臺釜對應1條線），以K一67計算整個裝置的年生產能力為40萬t，控制系統采用了日本橫河公司的CENTUM CS3000集散控制系統。
1 工藝簡介
　　工藝流程示意圖見圖1。

　　該裝置最大的特點是間歇性批量控制。主要的生產原料是氯乙烯單體，配合各種化學品，先后加人聚合釜中。在批量程序的控制下，實時調節聚合釜的溫度．經歷配方時間生產出PVC漿料。然后，經過汽提、干燥工藝生成粉末的PVC產品。其中未反應的單體進人回收單元處理．作為加料用。在批量生產的過程中．聚合釜的溫度控制是整個控制系統的核心。
2 控制系統硬件構成
　　該裝置采用的是YOKOGAWA公司推出的CENTUM CS3000系統。它延續了集散控制系統（簡稱DCS）的控制可靠、實時的特點。采用了v—net／ethernet雙網的控制策略．對于系統控制網v—net采用了冗余控制。整個系統的硬件構成如圖2所示。

　　該系統包括6臺控制站（簡稱FCS）。1臺工程站（簡稱EWS）、7臺操作站（簡稱HIS）。EWS用于系統組態與調試；操作站作為系統與操作員之問的人機接口，具有監控全裝置的能力：控制站具有雙重化冗余結構的現場控制單元（簡稱FCU）、I／0模件和通訊模件。
3 聚合釜溫度控制方案的可行性
　　聚合釜溫度控制簡圖見圖3。

　　聚合反應是在帶攪拌和帶夾套的聚合釜中進行。該反應在各種化學品的作用下將游離的氯乙烯單體在指定的溫度下聚合生成聚氯乙烯顆粒。該裝置采用了熱態同步進料技術，進料的各組分的熱量分布均按照配方嚴格計算，進料結束時的釜溫接近或達到聚合溫度，無需升溫，直接進入反應過程。
　　聚合反應溫度是該裝置中重要的控制參數，反應溫度也決定了產品的分子量。溫度過高或過低會導致聚合反應緩慢或停滯，直接影響反應進程和樹脂質量。因該反應屬于放熱反應，為保持恒定的反應溫度，聚合反應所產生的熱量要及時地撤走。
　　在本系統中，聚合反應的撤熱主要有3個渠道：聚合釜內冷擋板、聚合釜夾套和聚合釜釜頂冷凝器。其中夾套和內冷擋板通入的是22℃冷水，釜頂回流冷凝器通人的是32℃循環水。因為該裝置的主要特點是批量控制。方案中采用了批量控制程序和常規控制相結合的途徑，使聚合溫度保持在設定的范圍內。
4 聚合反應溫度控制方案的實現
　　聚合反應開始后．內冷擋板中冷水流量逐漸增加，流量上升到最大經濟流量．并且在整個放熱過程中始終以此恒定的流量散熱。在聚合反應初期，釜頂冷凝器未投用，主要通過夾套使聚合釜的溫度與設定值相近，當達到冷凝器投用條件后，投用冷凝器。冷凝器的設定值以一定的變化率向上爬坡（RAMP），冷凝器流量控制器打開循環水流量閥，達到規定的最大設定值。這時．夾套的溫度控制調節閥打串級（簡稱CAS）。反應進行至此，釜頂冷凝器的散熱量也是固定的。整個聚合反應主要靠調節夾套溫度進行溫度控制。在整個聚合反應過程中，批量程序實時地根據不同的情況進行PID調節．確保反應溫度平穩。DCS組態功能如圖4所示。

　　圖4中方形塊為內部儀表功能塊，塊中橫線上方字母為位號名，下方字母代表該功能塊的功能；矩形塊為輸入，輸出地址，內部字母為地址號；矩形尖頭塊為控制站間采樣標志塊。內部字母為采樣位號及信號類型；圖中箭頭線表示控制回路的信號流程。其中，PVI：輸入指示模塊；PID：PID控制模塊；AS—M：自動選擇模塊（中選）；FOUT：串級信號分配模塊；RATIO：比率設定模塊；SPLIT：控制信號分程模塊；MLD—SW：手操器；CALCU：通用計算模塊。在聚合釜溫度控制方案中．為提高控制精度，從多個方面作了細致的考慮。
　?。?）為使聚合釜的采樣溫度更加精確，在聚合釜的上部和下部分別設有3個聚合釜溫度采樣點：T10lA、T101B、T101C。通過系統自動選擇模塊AS—M選擇中間值作為聚合釜溫度送給溫度主控制器TIC95，使顯示在DCS上的聚合溫度保持比較精確的值。
　　（2）對聚合釜釜頂冷凝器的控制，采用的是最直接反應冷凝器負荷的參數一冷凝器的撤熱量Q102。通過計算聚合產生的反應熱來控制冷凝器流量調節閥的開度。從而達到實時撤熱的目的。
　　（3）對夾套溫度的控制，采用了分程一比例一分程的控制方案。滿足了工藝生產不同負荷對自控的要求，亦適應了工藝要求采用多種介質（循環水、冷卻水）和多種手段（單回路、CAS）進行控制。且擴大了調節閥的可調比，在閥門極限可調范圍內，提高了調節品質，增強了控制能力。
5 系統常見故障及處理
5．1 功能模塊的次序
　　在1幅Control Drawing圖上完成1個復雜控制系統的組態時，要用到很多的功能塊。各功能塊的名稱在該圖的左側有1個排列次序表。若功能塊端子之間的連線呈現虛線狀態，則可調整左側的功能塊排列次序，使之恢復為實線狀態，否則，功能實現上可能出現問題。
5.2 串級回路的主回路直接控制
　　傳統的PID功能塊可以切換MAN／AUTO／CAS（手動／自動／串級）模式。在CS3000中提供了1個新功能，可以實現主回路直接控制。當串級回路的副環出現故障時，把副環調節器的Tuning（調整）畫面調出后，其工具欄上有1個主回路直接控制（PRD）按鈕呈現可選狀態，將其按下，此調節器就變成1條短接通路，此時，主調節器直接控制現場閥門，而不經過副調節器．且系統會自動完成無擾動切換的一些處理動作。待副回路正常后，可通過方式（MODE）再將主控方式切換回來。
5．3 鏡像功能
　　對于有多個操作站的復雜控制系統．若系統組態（如流程圖）出現改動，改動每個操作站是相當麻煩的?？梢允褂谜迟N快捷方式功能，將操作站映射成工程師站，則只改工程師站的內容，操作站跟著刷新。具體做法是刪除操作站如HIS0163的Windows下的文件．復制工程師站HISO164的Windows下的文件粘貼到HISO163的Windows下，但要用paste shortcut而不是paste（粘貼）。
6 結語
　　該系統投人運行以來，穩定可靠、操作簡便，使工藝指標進一步優化。充分發揮了現有設備的生產能力。聚合從投料到放料全部實現自動化控制，提高了PVC樹脂的產量、質量，穩定了工藝指標，簡化了現場操作，減輕了操作人員的勞動強度，提高了生產效率。聚合生產700釜不清釜、不開蓋，聚合崗位上基本沒有單體的氣味，大大改善了聚合工序的工作環境。由于該套系統功能齊全、技術先進、環保安全、故障率較低。節約了大量的維護資金，經濟效益和社會效益顯著。