氯乙烯合成原料配比控制的優化

劉春艷 谷克宏 羅炳浩 張恒云

[摘 要] 乙炔和氯化氫的配比對VCM的產量、質量、原料消耗、安全及環保等都有很大的影響，反應機制要求控制其摩爾比一般為1.05∶1.0。氯化氫和乙炔流量利用孔板流量計進行測量，通過對孔板流量測量進行溫壓補償，對流量調節的PID參數進行整定，實現了氯乙烯原料的配比自動控制優化。

[關鍵詞] 氯化氫；乙炔；比值調節系統；溫壓補償；參數整定；優化控制

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 028

[中圖分類號] TP273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）17- 0049- 02

1 前 言

乙炔和氯化氫的配比對VCM的產量、質量、原料消耗、安全及環保等都有很大的影響。從乙炔和氯化氫的反應機制分析，提高原料氣的濃度（或分壓）或使一種原料氣過量，都有利于反應速度和轉化率的增加。但是當乙炔過量時，會引起觸媒中毒、精餾塔系統的負荷增加等一系列惡果。若氯化氫過量太多，則增加原料單耗，在合成反應中易加劇進一步與氯乙烯加成生成1，1-二氯乙烷等副反應：CH2=CHCl+HCl→CHCl3-CHCl。根據生產數據分析，控制氯化氫和乙炔的摩爾比為1.05∶1.0，在保證轉化率的同時降低原料消耗。

在電石法VCM實際生產中，要求乙炔與氯化氫始終保持一定的比例，該比例不隨原料流量的改變而變化。此外，在氯化氫中含游離氯的特殊情況下，不及時處理可能會造成混合器或預熱器及相關管道內發生燃燒甚至爆炸，引發安全生產事故。因此，從工藝和安全兩個角度考慮，乙炔與氯化氫自動配比系統不僅應滿足調節品質的需要，還必須兼顧安全。

2 乙炔和氯化氫的流量測量

2.1 孔板流量測量原理

乙炔和氯化氫的流量采用孔板測量。孔板流量計是利用流體流經銳孔板時的節流作用，使流體的流速增大，壓強減小，也即不同的流體流速（或流量），而獲得相對應的壓強差。在既定的銳孔板上流速越大則壓強差越大。變送器輸出信號為壓差信號，故需要根據孔板規格換算為流量，并根據氣體壓力和溫度進行補償計算，最后得出實際氣體流量。

2.2 流量測量的溫壓補償

用于測量氯化氫、乙炔流量的孔板是在標況下標定的，在實際的應用中，實際工藝條件與標況下相差甚遠，因此，必須對流量進行壓力、溫度補償。生產線采用的是橫河CS3000系統，系統中有特定的溫壓補償模塊TPCFL。

TPCFL塊是在使用壓縮機構差壓式流量計測定流量中，執行溫壓補償，或者把與理想氣體比較過的氣體流量以溫度及壓力為準補正。溫壓補償運算，執行溫度和壓力兩方面的補正運算。在測定流量Fi、基準壓力Pb、基準溫度Tb、測定壓力P及測定溫度T中，以“kPa”為壓力單位的補正運算式為：

F0=■×Fi（1）

式中，Fi：測定流量 ，F0：補償完畢流量；

P：測定壓力[kPa]；T：測定溫度（℃）；

Pb：基準壓力[kPa]，流量計的工作表壓（工作絕壓-地區大氣壓），一般廠級設計時地區大氣壓取100 kPa，實際中地區大氣壓會有差異，所以在設定時要取當地地區大氣壓（如甘肅地區為83kPa）；

Tb：基準溫度（℃），流量計的設計溫度（工作溫度）。

3 控制實現

3.1 比值調節系統

在化工生產中，經常需要兩種或兩種以上的物料按一定的比例混合后進行反應。比值調節系統正是解決此類控制難題的一種控制方案。乙炔、氯化氫的配比控制原理如圖1所示。

在乙炔、氯化氫的配比控制系統中，氯化氫為主物料，乙炔為從物料。從乙炔流量的控制情況可知，它是一個隨動的閉環控制回路，而主物料氯化氫流量的控制則是開環控制回路。氯化氫的流量經比值運算后輸出信號作為乙炔流量PID調節器的給定值，從而使乙炔和氯化氫兩種物料在不斷變化的流量數值下保持一個近似固定的比例關系，這樣不但可實現乙炔流量隨氯化氫流量的變化而變化，而且還可以克服乙炔流量本身干擾對比值控制的影響。

3.2 比值調節控制方案

乙炔、氯化氫比值調節控制具體方案如圖2所示。

3.3 PID參數整定

對乙炔和氯化氫的流量調節控制器進行PID參數整定采用的是經驗數據法和試湊法，具體步驟是根據表1中的參數經驗數據進行P/I賦值，通過閉環運行，觀察系統的響應曲線，然后根據各參數對系統的影響，反復湊試參數，直至出現滿意的響應，從而確定PID控制參數，實現配比調節的自動控制。

4 結 語

比較改進前后比值控制的設定值和實際值的數據發現，乙炔、氯化氫比值控制明顯優化，為保證控制效果，使P乙炔略大于P氯化氫，且兩者壓力相對穩定。比值調節控制優化后，首先減輕了操作人員的勞動強度，其次產生的鹽酸量較優化前減少，接近于理論值。

主要參考文獻

[1]惠正綱，李榮.乙炔、氯化氫的自動配比與氯乙烯精餾裝置的優化控制[J].聚氯乙烯，2007（8）.