專用樹脂DCS 控制優(yōu)化

張勝男

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司 河北 唐山063305）

DCS 控制在氯堿生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，它可以處理整個(gè)企業(yè)的全部生產(chǎn)活動(dòng)， 主要擔(dān)負(fù)過程控制和過程優(yōu)化任務(wù)， 完成重要的基礎(chǔ)控制和實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)控等功能。唐山三友氯堿有限公司聚氯乙烯專用樹脂微懸浮法DCS 加料控制采用的是公司自主研發(fā)專利—一種聚合釜生產(chǎn)聚氯乙烯糊樹脂DCS 加料控制方法。 通過全自動(dòng)加料，可以將五種原料的加料速比維持一致， 且此控制方法對(duì)全自動(dòng)加料過程中可能出現(xiàn)的流速偏差能及時(shí)做出調(diào)整，在加料末期通過閥門精加料控制達(dá)到五種原料加料同時(shí)完成， 提高加料的精確性， 保證聚合反應(yīng)的平穩(wěn)。

目前， 專用樹脂整個(gè)行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)工藝控制自動(dòng)化水平不高，除了全自動(dòng)加料外，助劑配置、聚合釜涂釜、 精餾系統(tǒng)的運(yùn)行等工藝控制的自動(dòng)化控制仍較為欠缺，對(duì)專用樹脂DCS 自動(dòng)化的提升總結(jié)如下。

1 助劑配置DCS 自動(dòng)化提升

1.1 助劑配置DCS 自動(dòng)化提升的背景

目前， 專用樹脂的助劑配置工序大部分環(huán)節(jié)均需要人工完成， 包括引發(fā)劑、SDS 等助劑的稱量，助劑溶解罐的投料操作、 助劑配置溶解后的放料操作等均存在人工操作偏差風(fēng)險(xiǎn)， 稱量值是否與配方值存在偏差、投料過程是否有灑料現(xiàn)象、溶解完成后放料是否罐內(nèi)有殘存等， 每一個(gè)助劑配置的細(xì)節(jié)對(duì)最終進(jìn)入聚合反應(yīng)的助劑加入量、 氯乙烯分散液的分散效果、 聚合反應(yīng)的劇烈程度及單體的轉(zhuǎn)化率等都起著關(guān)鍵的作用。

助劑中的乳化劑具有表面活性作用， 可以在水中穩(wěn)定的保護(hù)經(jīng)分散系統(tǒng)分散的氯乙烯單體的微小液滴，使反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。目前聚合二車間乳化劑的配制為一釜一配， 因乳化劑配制所需助劑量大且有時(shí)會(huì)遇到多釜同時(shí)配制的情況， 助劑配制人員工作強(qiáng)度增加。另外在往乳化劑罐中加入助劑時(shí)，或多或少會(huì)有部分助劑灑落到罐外，造成不必要的浪費(fèi)。

而聚合反應(yīng)速率由引發(fā)劑控制， 引發(fā)劑的加入量決定了聚合反應(yīng)的速率。 目前引發(fā)劑由助劑配制人員進(jìn)行手動(dòng)稱量， 引發(fā)劑的重量無法在主控室電腦上進(jìn)行顯示，而且在往引發(fā)劑A 配制罐和引發(fā)劑B 加料罐中投料時(shí)也可能出現(xiàn)引發(fā)劑灑落的現(xiàn)象，造成實(shí)際加入量與要求不符， 影響聚合反應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量。

為解決上述存在的問題， 提高工藝控制的精確性，提升系統(tǒng)DCS 自動(dòng)化控制水平，保證聚合反應(yīng)的高效平穩(wěn)進(jìn)行，現(xiàn)將乳化劑和SDS 的配置由一釜一配改為集中配制，將引發(fā)劑A 溶解槽由現(xiàn)場人工開閥放料至引發(fā)劑A 配制槽改為由DCS 遠(yuǎn)程開閥控制。

1.2 助劑配置DCS 自動(dòng)化提升的措施及效果

在聚合廠房內(nèi)增加4 臺(tái)不同容積的助劑儲(chǔ)罐，分別用于存放滿足一天用量的十二烷基硫酸鈉和高級(jí)醇，儲(chǔ)罐下方通過弧門秤和稱量罐相連，用于配制乳化劑時(shí)助劑的稱量，且弧門秤的稱重信號(hào)與DCS電腦相連接， 稱量槽配有氣錘， 防止助劑長時(shí)間存留。 稱量罐底部出口通過氣動(dòng)閥和可轉(zhuǎn)動(dòng)的加料管與乳化劑配制罐加料口連接。在DCS 確定助劑加入量準(zhǔn)確無誤后， 按照乳化劑配制加料順序分別打開稱量罐底部氣動(dòng)閥進(jìn)行助劑加料操作。

針對(duì)引發(fā)劑的配制操作， 將引發(fā)劑稱量后數(shù)據(jù)傳入DCS，避免引發(fā)劑加入量發(fā)生偏差。 進(jìn)行引發(fā)劑配制時(shí)，助劑工將對(duì)所配制引發(fā)劑進(jìn)行稱量，DCS確認(rèn)引發(fā)劑加入量符合要求后， 按照操作要求通知助劑工打開吊秤底部手閥加入引發(fā)劑溶解罐中。 引發(fā)劑溶解槽與配制槽相連管線增加氣動(dòng)切斷閥門和液位計(jì)，引發(fā)劑溶解后的投料操作可實(shí)現(xiàn)DCS 遠(yuǎn)程控制。

在對(duì)配制工藝進(jìn)行優(yōu)化后，乳化劑和SDS 由之前的一釜一配改為集中配制，很大程度提升了DCS自動(dòng)化控制水平， 避免了人工一釜一配時(shí)助劑灑落的情況，節(jié)約了助劑的使用量，提高了助劑配置的效率并縮短生產(chǎn)周期。引發(fā)劑稱量信號(hào)直接與DCS 電腦相連，稱量精度可達(dá)0.001 kg，避免了因?yàn)橐l(fā)劑加入量有誤而對(duì)聚合釜反應(yīng)造成影響， 降低了聚合系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。助劑配置DCS 自動(dòng)化提升改造示意圖見圖1。

圖1 助劑配置DCS自動(dòng)化提升改造示意圖

2 壓縮DCS 自控程序運(yùn)行優(yōu)化

2.1 壓縮DCS 自控程序運(yùn)行優(yōu)化的背景

壓縮工序是利用壓縮機(jī)將回收至氣柜內(nèi)的回收單體送至冷凝器， 絕大部分氣態(tài)單體通過冷凝器冷凝成液態(tài)單體，自冷凝器下液管線存至粗單體儲(chǔ)槽，而另一部分未被冷凝的氣態(tài)單體則由冷凝器氣態(tài)管線進(jìn)入變壓吸附工序， 利用吸附塔內(nèi)的吸附劑對(duì)混合氣體中不同組分氣體吸附容量的差異且對(duì)同一組分的氣體吸附量隨壓力變化而呈現(xiàn)差異的特性，吸附劑在加壓時(shí)選擇吸附原料氣中的氯乙烯等吸附能力較強(qiáng)的組分， 吸附能力較弱的組分如氮?dú)獾茸鳛閮艋瘹庥晌剿隹谂懦觯欧胖链髿猓晃降穆纫蚁┑玫浇馕鳛楫a(chǎn)品氣再次輸出至氣柜。

2.2 壓縮DCS 自控程序運(yùn)行優(yōu)化的措施

通過變壓吸附與壓縮系統(tǒng)的聯(lián)鎖運(yùn)行， 即變壓吸附進(jìn)氣量大小與氣柜高度聯(lián)鎖，氣柜高度越高，變壓吸附進(jìn)氣量相對(duì)增大，氣柜高度降低，變壓吸附進(jìn)氣量相對(duì)減少，這樣一來，不但有效避免了變壓吸附進(jìn)氣量的忽高忽低超高限顯示值的現(xiàn)象， 提高進(jìn)氣系統(tǒng)累計(jì)值的精確度， 而且通過進(jìn)氣量的有規(guī)律變化，也可以適當(dāng)提高壓縮系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，降低了壓縮系統(tǒng)的頻繁啟停，提高了設(shè)備利用率，最后通過壓縮系統(tǒng)和變壓吸附的聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行也大大降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及精確度。DCS優(yōu)化后變壓吸附運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1 變壓吸附進(jìn)氣量與氣柜高度匹配值

3 聚合溫控串級(jí)優(yōu)化

3.1 聚合溫控串級(jí)優(yōu)化的背景

目前專用樹脂生產(chǎn)聚合微懸浮生產(chǎn)過程中的釜溫調(diào)控完全由人為干預(yù)控制， 微懸浮聚合反應(yīng)控制過程屬于低溫差大水量調(diào)節(jié)，即DCS 程控人員通過釜溫的上漲和下降趨勢變化來調(diào)節(jié)聚合釜夾套5 ℃水調(diào)節(jié)閥開度來控制進(jìn)入聚合釜夾套的冷水溫度，進(jìn)而將釜溫變化控制在工藝指標(biāo)范圍以內(nèi)。 釜溫調(diào)節(jié)過程中完全由人工控制， 因此存在極大的人為誤操作安全風(fēng)險(xiǎn)， 可能導(dǎo)致聚合釜溫度壓力的超高或超低，同時(shí)微懸浮聚合反應(yīng)過程基本維持在14~19 h，反應(yīng)周期長，釜溫調(diào)控過程需嚴(yán)密監(jiān)視、調(diào)控，大大增加了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，基于此，DCS 技術(shù)相關(guān)人員對(duì)微懸浮聚合釜釜溫調(diào)控過程進(jìn)行了優(yōu)化并取得了可觀效果。

3.2 聚合溫控串級(jí)優(yōu)化的效果

為了既能保證微懸浮聚合反應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行，又能降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)度， 經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員對(duì)聚合釜溫的調(diào)控跟蹤監(jiān)測， 不斷調(diào)整釜溫調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)設(shè)定值， 并針對(duì)聚合反應(yīng)后期容易超溫現(xiàn)象來給出特定的5 ℃水設(shè)定值來達(dá)到聚合反應(yīng)整個(gè)過程的自動(dòng)化控制及平穩(wěn)運(yùn)行。

優(yōu)化過程分為聚合反應(yīng)前期、 聚合反應(yīng)中期和聚合反應(yīng)后期三個(gè)階段， 其中反應(yīng)前期釜夾套由熱水切換為冷水，此過程釜溫最易波動(dòng)，通過DCS 釜溫變化跟蹤決定增加聚合反應(yīng)前期的冷熱水切換釜溫度及冷水設(shè)定溫度可調(diào)參數(shù)、 聚合釜升溫結(jié)束時(shí)冷水溫度可調(diào)參數(shù)、 釜溫由自動(dòng)調(diào)節(jié)切換為串級(jí)調(diào)節(jié)時(shí)的水溫等來實(shí)現(xiàn)聚合前期剛進(jìn)入聚合反應(yīng)的溫控調(diào)節(jié)， 通過自動(dòng)調(diào)節(jié)讓聚合反應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平穩(wěn)，降低反應(yīng)前期的超溫現(xiàn)象；反應(yīng)中期相對(duì)來說反應(yīng)較穩(wěn)定，其DCS 釜溫調(diào)控主要通過串級(jí)調(diào)節(jié)來完成，不同聚合釜的PID 參數(shù)取值不同，因釜而異；反應(yīng)后期因反應(yīng)容易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象因此DCS 調(diào)節(jié)會(huì)根據(jù)釜溫的上漲變化情況提前賦予調(diào)節(jié)閥一個(gè)冷水的最低溫度值，防止釜溫超出規(guī)定值，保證聚合反應(yīng)體系的穩(wěn)定及安全。

4 其他方面DCS 程序自動(dòng)化改造

隨著研發(fā)技術(shù)人員對(duì)專用樹脂系統(tǒng)的不斷摸索、研發(fā)和調(diào)試，目前該公司專用樹脂的生產(chǎn)工藝自動(dòng)化控制越來越成熟，除了以上DCS 自動(dòng)化程控優(yōu)化取得顯著成效外，在聚合釜的自動(dòng)涂壁、其他輔助助劑的自動(dòng)化加入、 精餾系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行等方面俱已實(shí)現(xiàn)DCS 自動(dòng)化。

5 結(jié)語

以上所述列舉了專用樹脂生產(chǎn)過程中一部分DCS 升級(jí)改造項(xiàng)目，對(duì)這些優(yōu)化案例進(jìn)行了簡要分析總結(jié)，試圖不斷提升專用樹脂生產(chǎn)自動(dòng)化水平，一是盡可能消除了生產(chǎn)操作中因自動(dòng)化不完善造成的事故，很大程度上避免了事故風(fēng)險(xiǎn)，二是保證了整體生產(chǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)、連續(xù)運(yùn)行，縮短生產(chǎn)周期，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)提產(chǎn)的效果。

上述DCS 優(yōu)化措施在公司專用樹脂的生產(chǎn)中運(yùn)行效果良好， 顯著提高了生產(chǎn)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。