關于聚氯乙烯生產過程控制的優化

張建喜

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

關鍵詞：PID；聚氯乙烯；生產過程；控制優化

前言：以某化工公司為例，聚氯乙烯的生產過程采用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過程控制的優化進行探討，以期解決聚氯乙烯工業生產存在的問題。

一、 控制流程優化

聚氯乙烯的工業生產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化為例，對聚氯乙烯生產系統優化過程及方法進行探索。

1、 混合脫水的優化

工業生產聚氯乙烯的流程中，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實現脫水處理。脫水的過程受控制器TIC-2104調節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化：（1）對PID參數進行調整，將TIC-2104處在可控制的范圍之內，在混合脫水中，適當提高TIC-2104的設定值，以實現對控制器TIC-2104充分利用。（2）將混脫設備放酸改為自控。增加一個液位調節閥實現混合器、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，將凝酸罐內的廢酸排放至濃酸罐中。

2、 精餾的優化

工業生產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，通過一級精餾實現對低沸物，諸如乙炔、氧氣、氮氣等的清除，再將經過一級精餾的液體送至高沸塔進行二級蒸餾，實現對高沸物諸如二氯乙烷的去除。經過精餾之后，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化：（1）尾冷切換自動化。尾冷切換的微機操作系統中有3個氯乙烯的尾氣冷凝器，切換物料的過程中，要確保逐臺設備的平衡切換需要3個調節閥。物料切換的關斷需要4個兩位閥。在微機操作中實現對水切換，每臺尾氣冷凝器需要3個兩位閥、1個調節閥，才能切換不同溫度的水。調節閥可以對溫度進行調節。在對尾冷切換自動化進行優化后的流程中，氯乙烯物料切換的閥門數據和水切換的閥門數據都會發生相應的變化，可以實現只對物料切換的微機操作。（2）精餾排水自動化。將調節閥和遠傳熱電偶增加在水分離器的排水管上，通過熱電偶和調節閥的連鎖，實現精餾排水的自動化。

二、技術路線

控制系統的硬件采用的是CEN-TUMCS3000系統，該系統是由YOKOGAWA公司研發推廣的。該系統具有DCS系統即集散控制系統的優點，能實現實時可靠的控制。該系統采用了雙網控制，雙網即V-net網和Ether-net網，該系統對于V-net網采用的控制方式是冗余控制。

該系統選擇內?？刂坪皖A測控制相結合的算法，并實現了和PID的結合，對PID控制器形式的優化主要是采用內模-PID技術和預測-PID技術。

現行的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，因而實現了較好的控制效果。例如可以采用如下的PID形式調節流量：

通過這種形式調節流量，濾除了流量調節閥對流量抖動的干擾，能實現對控制效果的改善。通過在DCS上調整組態能實現對PID控制形式的改變。

三、PID參數整定

隨著技術的發展，APC技術即先進控制技術得到了廣泛的應用，各種APC算法應運而生。諸如廣義預測控制法、模型算法控制、動態矩陣控制法以及預測函數控制法等。同時，各種軟件產品諸如SIMC、PMPCT、DMCPlus等相伴而生。運用這些算法和軟件，能提高生產過程的可靠性和安全性，能實現生產效益的提高。但是對這些算法和軟件的運用有賴于精確的數學模型。但是在聚氯乙烯的工業生產實際中，常常很難獲得精確的數學模型，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對PID控制器的參數和形式的優化，不僅實現了對PID魯棒性的保留，而且增強了先進控制的優勢。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和先進控制相結合的具體實現情況。

如下公式表示了普通PID和內模先進控制之間的關系：

這樣可以將PID控制器C由內?？刂艷c推導出，從而得到PID參數，實現對內模-PID的優化。

結語

對聚氯乙烯生產過程控制的優化，要優化PID算法和系統的控制流程，從而實現優化聚氯乙烯裝置控制系統的目的。提高系統自控率和運行穩定性，要將操作點進行投自動，整定PID參數和優化控制器形式，要采用先進控制思想。

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