DCS控制系統在氯乙烯精餾中的應用

[摘　要] 介紹了杭州電化集團有限公司在氯乙烯精餾中采用浙大中控JX - 300X DCS 控制系統的情況,并分析了精餾中關鍵的控制方案。

　氯乙烯單體是生產聚氯乙烯不可缺少的原料,目前,大部分企業是利用電石法來制備氯乙烯單體。在制備氯乙烯單體過程中,氯乙烯精餾是至關重要的過程,它的傳熱、傳質過程是非常復雜的,精餾塔的負荷經常由于生產的要求而改變,造成精餾系統壓力波動極大,操作難度較大,單體的純度容易超標,嚴重影響大批樹脂的質量。針對以上的問題,同時為了配合氯乙烯擴產技改項目的實施, 我公司采用了浙大中控J X -300XDCS 控制系統和相應的控制方案,并于2003年5 月投入運行,取得了很好的效果。

1 　工藝流程

粗氯乙烯經壓縮機先進入全凝器,借用工業水進行冷卻,使粗氯乙烯冷凝液化。液體氯乙烯借位差進入水分離器,再借密度連續分層,進入低沸塔。全凝器中未冷凝氣體進入尾氣冷凝器,作為回流液返回低沸塔頂部。低沸塔底部的加熱釜借轉化器循環熱水進行加熱,以將沿塔板下流的液相中低沸物蒸出。氣相沿塔板向上流動與塔板上液相進行熱量和質量的交換,最后經塔頂冷凝器以- 10 ℃冷凍鹽水將其冷卻作為塔頂回流液,不冷凝氣體亦由塔頂經全凝器通入尾氣處理,低沸塔底除去低沸物的氯乙烯借助位差經過中間槽進入高沸塔,經過高沸塔的加熱,把沸點低的氯乙烯組分蒸餾出來,經成品冷凝器進行冷凝進入單體貯槽中,高沸物由塔底的兩位閥排出（見圖1） 。

2 　系統構成和控制方案實施

2. 1 　系統構成

氯乙烯精餾DCS 控制系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成。硬件配置中,根據實際情況,配置了2 個操作站,1 個控制站。操作站選用了研華P4工控機,通過Scne 過程控制網和控制站進行通訊。控制站內由電源、主控卡、數據轉發卡以及輸入輸出卡等硬件構成。此外還配置了打印機1 臺、UPS 不間斷電源1 個。

軟件配置中,J X - 300X 系統包括監控軟件和組態軟件兩部分, 其組態軟件包括基本組態軟件（SCKey） 、流程圖制作軟件（ SCDraw） 、報表制作軟件（ SCForm） 、編程語言（ SCLang） 等。在組態軟件上很容易實現各種畫面的編輯和復雜控制的構造。監控軟件主要用于操作人員進行操作和歷史查詢等。

2. 2 　控制方案的實施

氯乙烯精餾過程的特點是各物理量存在著很大的關聯性,而且進入精餾系統的粗氯乙烯組分、流量、溫度等的變化對塔的控制影響也很大。針對這種情況,通過建立多變量解耦控制系統,把相關的變量作為前饋信號引入,來消除擾動、關聯和滯后。根據上面情況,精餾塔控制可分為低沸塔、高沸塔的控制兩部分。低沸塔控制由尾排壓力控制（PIRC - 103） 、過料控制（L IRC101） 、低沸釜加熱溫度控制（ TIRC102） 和低沸塔回流控制（ TIRC101） 四個回路和低塔溫差、壓力等檢測點組成。高沸塔控制檢測由高沸塔液位控制（L IRC201） 、高沸塔回流控制（ TIRC201） 、成品壓力控制（ PIRC201） 三個回路與高塔精餾段和提餾段溫差、壓力等檢測點組成。對于PIRC - 103 、TIRC102 、TIRC101 、TIRC201 、PIRC201 都是由單回路組成。

現具體分析低沸塔的過料控制（L IRC101） 和高沸塔的液位控制（L IRC201） ,這也是氯乙烯精餾控制最關鍵的部分。

2. 2. 1 　低沸塔的過料控制

粗氯乙烯進入低沸塔中,它的組分、流量、溫度根據工況隨時在改變,這些變化可通過低沸塔溫差（ TDE101） 、低沸塔底的液位和低沸釜閥門開度反映出來,通過分析這些變量之間的趨勢和邏輯關系,該控制方案把液位作為控制對象,把溫差和加熱閥開度看成干擾量,作為前饋加入該控制回路中,既克服了干擾又提高了系統的精度。

2. 2. 2 　高沸塔的液位控制

除去低沸物的氯乙烯借助位差經過中間槽進入高沸塔,由于中間槽體積很小,沒有起到緩沖的作用,也就沒有把低沸塔和高沸塔之間的關聯解除,對高沸塔控制影響很大。為了克服這個問題,同時保證高沸物在質量指標之內,通過分析各變量,設計了多變量補償控制系統。具體的方案如下。

（1） 低沸塔過料閥開度、高沸塔回流閥開度、高沸塔液位閥開度以及高沸釜溫度對高沸塔液位控制回路的補償:當上面幾個變量發生變化時,高沸塔液位也相應變化。因此把上面各變量按一定補償系數引入高沸塔液位控制回路中,作用高沸塔液位控制閥。

（2） 高沸塔壓差和高沸塔提餾段溫差對高沸塔液位控制回路的補償:高沸塔壓差和高沸塔提餾段溫差不是任何時候都起補償作用的,根據理論分析和操作經驗,先設置一個設定值,由測量的實際值和設定值進行比較來決定是否應該引入補償。當實際值大于設定值時,補償則起作用,把它們相應的補償系數引入高沸塔液位控制回路,否則,不起補償作用。

通過不斷的摸索和分析,各變量對高沸塔液位補償系數分別為:L IC201BC IC - 1 ,0. 24 ;L IC201BC -2 ,0. 1 ; L IC201BC - 3 , 0. 7 ; L IC201BC - 4 , 0. 1 ;L IC201BC - 5 ,0. 15 ;L IC201BC - 6 ,0. 1。

3 　管理功能

該系統還具有顯示、歷史數據查詢、報警、記憶、打印等功能,特別指出的是:該系統通過信息管理網和公司的ERP 系統連接起來,把關鍵的數據及時地傳送到決策層,決策層根據市場情況,及時反饋到生產中,構成了管控一體化。

4 　結語

該系統投運半年以來,與老系統相比,生產很穩定,產品質量、產量有了明顯的提高,節約了能源,降低成本,提高了勞動生產率。