XIAOZHONGMING

氯乙烯单体是生产聚氯乙烯不可缺少的原料，目前，大部分企业是利用电石法来制备氯乙烯单体。在制备氯乙烯单体过程中，氯乙烯精馏是至关重要的过程，它的传热、传质过程是非常复杂的，精馏塔的负荷经常由于生产的要求而改变，造成精馏系统压力波动极大，操作难度较大,单体的纯度容易超标，严重影响大批树脂的质量。针对以上的问题，同时为了配合氯乙烯扩产技改项目的实施，我公司采用了浙大中控JX-300XDCS控制系统和相应的控制方案，并于2003年5月投入运行，取得了很好的效果。


　　1 工艺流程


　　粗氯乙烯经压缩机先进入全凝器，借用工业水进行冷却，使粗氯乙烯冷凝液化。液体氯乙烯借位差进入水分离器，再借密度连续分层，进入低沸塔。全凝器中未冷凝气体进入尾气冷凝器，作为回流液返回低沸塔顶部。低沸塔底部的加热釜借转化器循环热水进行加热，以将沿塔板下流的液相中低沸物蒸出。气相沿塔板向上流动与塔板上液相进行热量和质量的交换，最后经塔顶冷凝器以-10℃冷冻盐水将其冷却作为塔顶回流液，不冷凝气体亦由塔顶经全凝器通入尾气处理，低沸塔底除去低沸物的氯乙烯借助位差经过中间槽进入高沸塔，经过高沸塔的加热,把沸点低的氯乙烯组分蒸馏出来，经成品冷凝器进行冷凝进入单体贮槽中，高沸物由塔底的两位阀排出。


　　2 系统构成和控制方案实施


　　2.1 系统构成


　　氯乙烯精馏DCS控制系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件配置中，根据实际情况,配置了2个操作站，1个控制站。操作站选用了研华P4工控机,通过Scne过程控制网和控制站进行通讯。控制站内由电源、主控卡、数据转发卡以及输入输出卡等硬件构成。此外还配置了打印机1台、UPS不间断电源1个。


　　软件配置中,JX-300X系统包括监控软件和组态软件两部分,其组态软件包括基本组态软件(SCKey)、流程图制作软件(SCDraw)、报表制作软件(SCForm)、编程语言(SCLang)等。在组态软件上很容易实现各种画面的编辑和复杂控制的构造。监控软件主要用于操作人员进行操作和历史查询等。


　　2.2 控制方案的实施


　　氯乙烯精馏过程的特点是各物理量存在着很大的关联性,而且进入精馏系统的粗氯乙烯组分、流量、温度等的变化对塔的控制影响也很大。针对这种情况，通过建立多变量解耦控制系统,把相关的变量作为前馈信号引入，来消除扰动、关联和滞后。根据上面情况,精馏塔控制可分为低沸塔、高沸塔的控制两部分。低沸塔控制由尾排压力控制(PIRC-103)、过料控制(LIRC101)、低沸釜加热温度控制(TIRC102)和低沸塔回流控制(TIRC101)四个回路和低塔温差、压力等检测点组成。高沸塔控制检测由高沸塔液位控制(LIRC201)、高沸塔回流控制(TIRC201)、成品压力控制(PIRC201)三个回路与高塔精馏段和提馏段温差、压力等检测点组成。对于PIRC-103、TIRC102、TIRC101、TIRC201、PIRC201都是由单回路组成。


　　现具体分析低沸塔的过料控制(LIRC101)和高沸塔的液位控制(LIRC201),这也是氯乙烯精馏控制最关键的部分。


　　2.2.1 低沸塔的过料控制


　　粗氯乙烯进入低沸塔中，它的组分、流量、温度根据工况随时在改变，这些变化可通过低沸塔温差(TDE101)、低沸塔底的液位和低沸釜阀门开度反映出来，通过分析这些变量之间的趋势和逻辑关系，该控制方案把液位作为控制对象,把温差和加热阀开度看成干扰量，作为前馈加入该控制回路中，既克服了干扰又提高了系统的精度。


　　2.2.2 高沸塔的液位控制


　　除去低沸物的氯乙烯借助位差经过中间槽进入高沸塔，由于中间槽体积很小,没有起到缓冲的作用，也就没有把低沸塔和高沸塔之间的关联解除，对高沸塔控制影响很大。为了克服这个问题，同时保证高沸物在质量指标之内，通过分析各变量,设计了多变量补偿控制系统。具体的方案如下。


　　(1)低沸塔过料阀开度、高沸塔回流阀开度、高沸塔液位阀开度以及高沸釜温度对高沸塔液位控制回路的补偿：当上面几个变量发生变化时，高沸塔液位也相应变化。因此把上面各变量按一定补偿系数引入高沸塔液位控制回路中，作用高沸塔液位控制阀。


　　(2)高沸塔压差和高沸塔提馏段温差对高沸塔液位控制回路的补偿：高沸塔压差和高沸塔提馏段温差不是任何时候都起补偿作用的，根据理论分析和操作经验，先设置一个设定值，由测量的实际值和设定值进行比较来决定是否应该引入补偿。当实际值大于设定值时，补偿则起作用，把它们相应的补偿系数引入高沸塔液位控制回路，否则，不起补偿作用。


　　通过不断的摸索和分析，各变量对高沸塔液位补偿系数分别为：LIC201BCIC-1,0.24;LIC201BC-2,0.1;LIC201BC-3,0.7;LIC201BC-4,0.1;LIC201BC-5,0.15;LIC201BC-6,0.1。


　　3 管理功能


　　该系统还具有显示、历史数据查询、报警、记忆、打印等功能,特别指出的是：该系统通过信息管理网和公司的ERP系统连接起来，把关键的数据及时地传送到决策层，决策层根据市场情况，及时反馈到生产中,构成了管控一体化。