腈綸生產(chǎn)自動(dòng)化控制方案

河北吉藁化纖有限責(zé)任公司 果大東

腈綸生產(chǎn)自動(dòng)化控制方案

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對(duì)于一個(gè)簡單/復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)，首先是合理，它包含著工藝上的合理性和控制理論的合理性，一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)對(duì)象，測(cè)量單元，調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥組成的。動(dòng)態(tài)控制設(shè)計(jì)思想是，產(chǎn)品質(zhì)量符合規(guī)定的調(diào)節(jié)，物料平衡的調(diào)節(jié)，限制條件的調(diào)節(jié)。

DCS；控制；調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一、簡單調(diào)節(jié)回路

被調(diào)參數(shù)：關(guān)鍵參數(shù)、工藝質(zhì)量指標(biāo)；

調(diào)節(jié)參數(shù)：能夠降低干擾，確保調(diào)節(jié)系統(tǒng)可正常運(yùn)行的參數(shù)；

例如：腈綸聚合AN-VA洗滌塔（D-105）液位的控制。根據(jù)要求，在進(jìn)行D-105液位調(diào)節(jié)時(shí)，必須將之控制在設(shè)定的SP值范圍內(nèi)，否則，無論過高還是過低，都會(huì)對(duì)AN-VA淋浴效果產(chǎn)生干擾。

在液位變松測(cè)量值達(dá)到PV時(shí)，DCS系統(tǒng)會(huì)作出下列處理：

△e=sp-pv

mv=∫0+e（t）dt + de（t）/dt + ke（t）

（mv：DCS輸出值，控制的是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥開度，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)洗滌塔塔底出料的效果。）

二、串級(jí)調(diào)節(jié)方案

串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：主要由主、副兩個(gè)回路組成，是一種以其中一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器給定值的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

去溶劑回收塔前，加熱溶劑，注意加熱過程中加熱器液位應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定，若過高，則無法達(dá)到相應(yīng)的溶劑溫度；若過低，則會(huì)導(dǎo)致溶劑溫度過高，溶劑回收效果降低。若采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)參數(shù)：換熱器液位；調(diào)節(jié)參數(shù)：高壓蒸汽。但是在該調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，并不能客服流量變化問題，因此需要引進(jìn)一個(gè)座位副回路的調(diào)節(jié)回路。

在液位剛發(fā)生變化時(shí)，DCS就會(huì)向流量調(diào)節(jié)器輸出一個(gè)值（設(shè)定值），這時(shí)流量調(diào)節(jié)器會(huì)立即進(jìn)行偏差運(yùn)算，并輸出運(yùn)算結(jié)果，對(duì)調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。按照干擾產(chǎn)生點(diǎn)的位置，可將調(diào)節(jié)動(dòng)作分為以下3種情況。

干擾產(chǎn)生點(diǎn)位于副回路：在高壓蒸汽壓力波動(dòng)下，高壓蒸汽的流量受到影響，但換熱器液位暫時(shí)不變，液位調(diào)節(jié)器不發(fā)生調(diào)節(jié)動(dòng)作，其輸出信號(hào)依舊，流量調(diào)節(jié)給定值也不會(huì)發(fā)生變化，但是這時(shí)流量變送器送來的信號(hào)已然發(fā)生改變，按照信號(hào)，流量調(diào)節(jié)器會(huì)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，使之向給定值靠攏。同時(shí)，液位調(diào)節(jié)器會(huì)輸出另一個(gè)值，幫助流量快速達(dá)到給定值，但因調(diào)節(jié)幅度較小，引發(fā)振蕩的機(jī)率較小。

干擾產(chǎn)生點(diǎn)位于主回路：在其他因素的影響下，換熱器液位發(fā)生變化，這時(shí)主調(diào)節(jié)器的輸出會(huì)改變副調(diào)節(jié)器的給定值，調(diào)節(jié)器動(dòng)作，是閥門開度發(fā)生改變，液位回到給定值。在整個(gè)調(diào)解過程中，高壓蒸汽的量處于不斷變化中，這種變化不是因?yàn)楦蓴_而直接產(chǎn)生的，而是處于液位調(diào)節(jié)的需要。

干擾產(chǎn)生點(diǎn)會(huì)同時(shí)影響主回路和副回路：若在干擾作用下，高壓蒸汽流量以及液位均產(chǎn)生了變化，若兩者均增加，在液位調(diào)節(jié)器的反作用下，相應(yīng)的輸出信號(hào)減少，而在流量調(diào)節(jié)器的氣反作用下，測(cè)量信號(hào)增加，這時(shí)對(duì)于給定值的偏差e=R-E就會(huì)增大，流量調(diào)節(jié)器輸出大大減少，因此需要大幅度的調(diào)小調(diào)節(jié)閥，以將高壓蒸汽流量控制在相應(yīng)范圍內(nèi)，這時(shí)高壓蒸汽流量大幅度減少，塔液位也就會(huì)逐漸向給定值靠攏。整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，隨著E和R變化，流量調(diào)節(jié)器感受的偏差值也不斷發(fā)生著變化，進(jìn)而不斷輸出信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至反應(yīng)溫度降至給定值。

由上述分析可知，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，通過副回路的引入，能夠及時(shí)克服干擾對(duì)主參數(shù)的影響，因此能夠極大提升調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量，使生產(chǎn)需求得到充分滿足。

三、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)

腈綸生產(chǎn)中，需按照一定的比例混合兩種物料或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，若比例失調(diào)，就可能引發(fā)事故。例如：在聚合釜中加入的單體就需要按照一定比例混合，否則生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)不合格。比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，在對(duì)兩種物料進(jìn)行比值關(guān)系調(diào)節(jié)時(shí)，其中必然有一種物料處于主導(dǎo)，為主流料。主流料流量即為流量，另一種物料則會(huì)隨著主流料流量的變化而變化。

其中，部分回流，至1#蒸發(fā)塔，另外部分流入DMA汽提塔，在腈綸制造工藝中，要求分別進(jìn)入1#蒸發(fā)塔和DMA冷凝塔中的容積水溶液也保持相應(yīng)的比值關(guān)系，否則DMA的汽提效果就會(huì)受到影響。

開環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，面對(duì)副流量，并無抗干擾能力，只適用于副物料平穩(wěn)且比值要求相對(duì)較低產(chǎn)品的生產(chǎn)。弱點(diǎn)較為突出，為克服該弱點(diǎn)，可采用雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1、雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，AN、VA、RM需按照一定比例華參與到聚合反應(yīng)中，其中RM、VA需隨著AN的變化而變化，且三種物料流量需保持比較平穩(wěn)的狀態(tài)，這時(shí)就需要采用閉環(huán)流量回路。

2、變比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

上述介紹的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)目的均是使兩種物料達(dá)到固定的比值關(guān)系，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，一些化學(xué)反應(yīng)過程若想要正常進(jìn)行，則需要兩種物料的比例隨第三種參數(shù)不斷校正。例如：新鮮溶劑、回收溶劑既需要達(dá)到相應(yīng)的比例，也需要聽從粘度調(diào)節(jié)器不斷校正。

3、比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)投運(yùn)、整定

比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即為串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在進(jìn)行主調(diào)節(jié)器整定時(shí)，按照串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行整定即可。

遵照工藝要求，對(duì)兩種物料的比值進(jìn)行計(jì)算；

將積分時(shí)間設(shè)置為最大，由大到小對(duì)比例度進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至系統(tǒng)正好處于振蕩和不振蕩的臨界值。

放寬比例情況下，放大20%，之后由大到小調(diào)節(jié)積分時(shí)間，直至出現(xiàn)微振蕩。

四、分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)

反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出以帶動(dòng)一只調(diào)節(jié)閥的方案十分常見。在實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出，帶動(dòng)兩只及以上調(diào)節(jié)閥的方案同樣十分常見，這種調(diào)節(jié)方案被稱為分程調(diào)節(jié)。

設(shè)置分程調(diào)節(jié)一方面是為了使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)得到改善，進(jìn)一步擴(kuò)發(fā)調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍，另一方面是為了使工藝操作上的特殊要求得到充分滿足。

在分程調(diào)節(jié)方案中，調(diào)節(jié)閥開閉形式包括閥門同向動(dòng)作和閥門異向動(dòng)作兩種。

例如：灌頂N2封的分程調(diào)節(jié)：為防止化工原料、產(chǎn)品接觸空氣中的氧氣變質(zhì)或引發(fā)爆炸，可采用頂充氮?dú)獾姆椒ǎ愿艚^氧氣。

在實(shí)行N2封時(shí)，技術(shù)要求：儲(chǔ)罐內(nèi)N2呈微正壓，貯存物料增加時(shí)，灌頂壓力會(huì)升高，反之則降低，這時(shí)就需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，否則儲(chǔ)罐就可能在壓力差之下發(fā)生變形。因此，儲(chǔ)罐內(nèi)液面上升時(shí)，可適量排出一些N2，同時(shí)停止N2的補(bǔ)充；儲(chǔ)罐內(nèi)液面下降時(shí)，則停止外放N2，同時(shí)向罐內(nèi)補(bǔ)充N2。

以上所介紹的各種控制方案包含了整個(gè)多個(gè)回路的各個(gè)典型。由于量太大具有相似性不能一一介紹，只能就典型例子加以說明。希望讀者以此為例研究其它各種控制方案，以達(dá)到生產(chǎn)過程全自動(dòng)地平穩(wěn)進(jìn)行。