關(guān)于聚氯乙烯生產(chǎn)過程控制的優(yōu)化

張建喜

摘要：對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化主要從以下兩方面著手：一是對控制流程進行優(yōu)化，二是對PID算法進行改進。通過將操作點進行投自動，實現(xiàn)系統(tǒng)自控率和運行穩(wěn)定性的提高，以改善裝置自動控制效果；通過先進控制思想實現(xiàn)對PID參數(shù)的整定和控制器形式的優(yōu)化，以加快相應速度、增強抗干擾性、改善裝置平穩(wěn)效果。

關(guān)鍵詞：PID；聚氯乙烯；生產(chǎn)過程；控制優(yōu)化

前言：以某化工公司為例，聚氯乙烯的生產(chǎn)過程采用DCS控制，改造了部分裝置的自動程序，但仍存在諸多問題，例如控制回路眾多且自動化程度低，重復的人工操作，頻繁的裝置操作等。下文對聚氯乙烯生產(chǎn)過程控制的優(yōu)化進行探討，以期解決聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)存在的問題。

一、 控制流程優(yōu)化

聚氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)過程包括一系列的程序和流程，諸如混合脫水、廢酸解析、精餾等。本文以混合脫水和精餾的優(yōu)化為例，對聚氯乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化過程及方法進行探索。

1、 混合脫水的優(yōu)化

工業(yè)生產(chǎn)聚氯乙烯的流程中，混合脫水工序大致如下：由V—2103來的混合氣體，經(jīng)過一級石墨和二級石墨冷卻器、酸霧過濾器、熱水和蒸汽預熱器等工序?qū)崿F(xiàn)脫水處理。脫水的過程受控制器TIC-2104調(diào)節(jié)閥的控制運行溫度范圍影響較大。主要從以下兩個方面進行優(yōu)化：（1）對PID參數(shù)進行調(diào)整，將TIC-2104處在可控制的范圍之內(nèi)，在混合脫水中，適當提高TIC-2104的設(shè)定值，以實現(xiàn)對控制器TIC-2104充分利用。（2）將混脫設(shè)備放酸改為自控。增加一個液位調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)混合器、石墨冷卻器、除霧器中凝酸在新增積酸罐中的集中放置。利用積酸罐液位連鎖，將凝酸罐內(nèi)的廢酸排放至濃酸罐中。

2、 精餾的優(yōu)化

工業(yè)生產(chǎn)中聚氯乙烯的精餾流程工序大致如下：當氯乙烯氣體液化為液體時，將液體送至低沸塔，通過一級精餾實現(xiàn)對低沸物，諸如乙炔、氧氣、氮氣等的清除，再將經(jīng)過一級精餾的液體送至高沸塔進行二級蒸餾，實現(xiàn)對高沸物諸如二氯乙烷的去除。經(jīng)過精餾之后，精氯乙烯氣體就會留在塔頂，成品冷凝器對其進行冷凝之后將之送到一期單體貯罐或者二期球罐。通過以下措施進行精餾的優(yōu)化：（1）尾冷切換自動化。尾冷切換的微機操作系統(tǒng)中有3個氯乙烯的尾氣冷凝器，切換物料的過程中，要確保逐臺設(shè)備的平衡切換需要3個調(diào)節(jié)閥。物料切換的關(guān)斷需要4個兩位閥。在微機操作中實現(xiàn)對水切換，每臺尾氣冷凝器需要3個兩位閥、1個調(diào)節(jié)閥，才能切換不同溫度的水。調(diào)節(jié)閥可以對溫度進行調(diào)節(jié)。在對尾冷切換自動化進行優(yōu)化后的流程中，氯乙烯物料切換的閥門數(shù)據(jù)和水切換的閥門數(shù)據(jù)都會發(fā)生相應的變化，可以實現(xiàn)只對物料切換的微機操作。（2）精餾排水自動化。將調(diào)節(jié)閥和遠傳熱電偶增加在水分離器的排水管上，通過熱電偶和調(diào)節(jié)閥的連鎖，實現(xiàn)精餾排水的自動化。

二、技術(shù)路線

控制系統(tǒng)的硬件采用的是CEN-TUMCS3000系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由YOKOGAWA公司研發(fā)推廣的。該系統(tǒng)具有DCS系統(tǒng)即集散控制系統(tǒng)的優(yōu)點，能實現(xiàn)實時可靠的控制。該系統(tǒng)采用了雙網(wǎng)控制，雙網(wǎng)即V-net網(wǎng)和Ether-net網(wǎng)，該系統(tǒng)對于V-net網(wǎng)采用的控制方式是冗余控制。

該系統(tǒng)選擇內(nèi)模控制和預測控制相結(jié)合的算法，并實現(xiàn)了和PID的結(jié)合，對PID控制器形式的優(yōu)化主要是采用內(nèi)模-PID技術(shù)和預測-PID技術(shù)。

現(xiàn)行的PID控制方案采用單一的PID控制形式，而不考慮各種因素的影響，諸如壓力、液位、流量和溫度，也不考慮加熱爐或者分餾塔的具體特點，因而實際的控制效果并不理想。新方案在選用PID控制形式時，考慮到了不同對象的具體特點，因而實現(xiàn)了較好的控制效果。例如可以采用如下的PID形式調(diào)節(jié)流量：

通過這種形式調(diào)節(jié)流量，濾除了流量調(diào)節(jié)閥對流量抖動的干擾，能實現(xiàn)對控制效果的改善。通過在DCS上調(diào)整組態(tài)能實現(xiàn)對PID控制形式的改變。

三、PID參數(shù)整定

隨著技術(shù)的發(fā)展，APC技術(shù)即先進控制技術(shù)得到了廣泛的應用，各種APC算法應運而生。諸如廣義預測控制法、模型算法控制、動態(tài)矩陣控制法以及預測函數(shù)控制法等。同時，各種軟件產(chǎn)品諸如SIMC、PMPCT、DMCPlus等相伴而生。運用這些算法和軟件，能提高生產(chǎn)過程的可靠性和安全性，能實現(xiàn)生產(chǎn)效益的提高。但是對這些算法和軟件的運用有賴于精確的數(shù)學模型。但是在聚氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)實際中，常常很難獲得精確的數(shù)學模型，加上對象的特性時刻處于變化之中，導致使用效果不理想。

通過采用先進控制思想實現(xiàn)對PID控制器的參數(shù)和形式的優(yōu)化，不僅實現(xiàn)了對PID魯棒性的保留，而且增強了先進控制的優(yōu)勢。當前實施先進控制的形式如圖2所示：

圖2 當前實施先進控制的形式

圖2左上顯示的是常規(guī)的PID控制形式，圖2右上和左下顯示的是實施先進控制的形式。圖2右下顯示的是PID和先進控制相結(jié)合的具體實現(xiàn)情況。

如下公式表示了普通PID和內(nèi)模先進控制之間的關(guān)系：

這樣可以將PID控制器C由內(nèi)模控制Gc推導出，從而得到PID參數(shù)，實現(xiàn)對內(nèi)模-PID的優(yōu)化。

結(jié)語

對聚氯乙烯生產(chǎn)過程控制的優(yōu)化，要優(yōu)化PID算法和系統(tǒng)的控制流程，從而實現(xiàn)優(yōu)化聚氯乙烯裝置控制系統(tǒng)的目的。提高系統(tǒng)自控率和運行穩(wěn)定性，要將操作點進行投自動，整定PID參數(shù)和優(yōu)化控制器形式，要采用先進控制思想。

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