PVC聚合釜溫度自控改造與優(yōu)化

謝仲陽

（廣西柳化氯堿有限公司電儀分廠，廣西柳州545625）

PVC聚合釜溫度自控改造與優(yōu)化

謝仲陽

（廣西柳化氯堿有限公司電儀分廠，廣西柳州545625）

通過測溫裝置測得聚合釜內(nèi)漿料和冷卻水出口的實時溫度，采用串級PID控制方法控制冷卻水流量，從而控制聚合釜內(nèi)的漿料溫度。

70m3聚合釜；串級控制；PID；DCS；智能定位器；智能溫度變送器

廣西柳化控股有限公司在20萬t/a燒堿和PVC項目中成功引進了上海森松制造的70m3PVC全流通聚合釜，并于2010年5月底成功投入生產(chǎn)。

1 70m3聚合釜技術(shù)與溫度控制系統(tǒng)概述

上海森松制造的70m3PVC全流通聚合釜是在充分消化吸收美國GOODRICH技術(shù)的基礎(chǔ)上，最大限度地增大傳熱面積制造而成的。它采用全流通半圓管夾套結(jié)構(gòu)，有利于提高冷卻水的流速，避免因夾套結(jié)構(gòu)而造成的水流短路，從而提高傳熱系數(shù)。在正常聚合時，使用循環(huán)水冷卻，夾套和擋板內(nèi)冷管冷卻水調(diào)節(jié)閥均有很大的調(diào)節(jié)余量，增大或減少閥門的開度，可以進一步改變聚合釜的傳熱能力。通過測溫裝置測得的聚合釜內(nèi)漿料和冷卻水出口的實時溫度，采用串級PID控制方法控制冷卻水流量，從而控制聚合釜內(nèi)的溫度。帶夾套聚合釜溫控系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 帶夾套聚合釜溫控系統(tǒng)示意圖

由釜底漿料雙支冗余溫度的平均值TIC_P100與冷卻水出口溫度TIC_P102組成串級PID控制系統(tǒng)見圖2，其中釜底漿料雙支冗余溫度的平均值TIC_P100作為Master,冷卻水出口溫度TIC_P102作為Slave。

圖2 釜底漿料溫度與冷卻水出口溫度串級PID控制系統(tǒng)示意圖

2 溫度控制系統(tǒng)硬件存在的問題

懸浮聚合工藝最重要的參數(shù)是釜內(nèi)壓力和漿料溫度。反應(yīng)開始后，壓力需維持在0.85MPa左右，溫度維持在57℃（±0.5）℃（SG5型）。與壓力相比，溫度的控制及精度要求更高，溫度控制采用了串級調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置到DCS系統(tǒng)允許的最小值（P為6.3、I為5、D為0），因此，溫度控制的調(diào)節(jié)閥和測溫裝置（電阻體）的響應(yīng)速度及精度必須很高，在儀表選型時需要非常注意。由于種種原因，在氯堿項目的籌建中，這2項要求都被不同程度地降低了。

圖4 機械式閥門定位器示意圖

一是在調(diào)節(jié)閥的選型上，選擇了國產(chǎn)單作用氣動氣缸型配機械式角行程閥門定位器V球調(diào)節(jié)閥，單作用氣缸示意圖見圖3。該調(diào)節(jié)閥存在很大的死區(qū)(10%左右)，從2010年運行至今，5臺釜已經(jīng)有3臺釜的調(diào)節(jié)閥不同程度地檢修和更換配件，其共同的問題是氣缸內(nèi)部的密封圈破損和彈簧都出現(xiàn)嚴重變形、長短不一，即使更換密封圈彈簧對氣缸活塞的推動力已不同程度地減小，這樣，更加影響了調(diào)節(jié)閥的精度。狀態(tài)時也要大量消耗壓縮空氣，若使用執(zhí)行器數(shù)量較多，能耗較大；噴嘴本身是一個潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作；常規(guī)定位器手動調(diào)校時需要使用專用設(shè)備，必須隔離控制回路，且零點和行程的調(diào)整互相影響，須反復(fù)整定，費時費力，非線性嚴重時，則更難調(diào)整，無法達到預(yù)期的調(diào)節(jié)效果。圖5為TV-P102夾套進水流量調(diào)節(jié)閥的趨勢見圖5。大波浪形的曲線是調(diào)節(jié)閥的開度趨勢，中間2條小波浪形的曲線是溫度的給定及測量值趨勢；在溫度曲線小范圍波動的時候，閥門開度需要很大的波動范圍才能滿足調(diào)節(jié)要求，一釜料聚合6~8 h的劇烈大范圍的開關(guān)調(diào)節(jié)，對閥門氣動、彈簧機構(gòu)是很大的考驗，也嚴重影響了閥門的使用壽命。如果在聚合時，閥門突然出現(xiàn)故障，導(dǎo)致溫度無法控制，整釜料有可能變成廢料，嚴重時還有可能導(dǎo)致釜壓急劇上升而產(chǎn)生爆炸。

圖5 TV_P102—夾套進水流量調(diào)節(jié)閥的趨勢圖

二是對于±0.5℃的高精度調(diào)節(jié)要求，采用機械式定位器（見圖4）也是不適合的，常規(guī)定位器多采用機械力平衡原理，采用噴嘴擋板機構(gòu)，可動件較多，容易受溫度波動、外界振動等干擾，適應(yīng)性差；彈簧的彈性系數(shù)在惡劣環(huán)境下會發(fā)生改變，造成調(diào)節(jié)閥非線性，導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；外界振動傳到力平衡機構(gòu)，易造成部件磨損以及零點和行程漂移，也使定位器難以工作；由于噴嘴本身的特性，執(zhí)行器在穩(wěn)定

三是測溫裝置的選擇，盡管選擇的是鉆孔式A級精度（0.150±0.002 ltl）（ltl為感溫元件的實測溫度絕對值，A級冗差不適用t＞650℃的溫度范圍，且不適合采用二線制），雙支PT100熱電阻，但由于溫度屬大滯后參數(shù)，電纜線路較長且長短不一又產(chǎn)生一定的影響，信號由DCS卡件采集后提供給軟件系統(tǒng)顯示，經(jīng)過反復(fù)的測量，有2個釜的雙支冗余溫度始終存在著0.2℃的差異，單獨更換測溫電阻體或卡件后差異仍然存在，這樣，對整個調(diào)節(jié)精度存在一定程度的影響。

3 溫度控制系統(tǒng)硬件新設(shè)計與測試

3.1 調(diào)節(jié)閥及定位器

閥門選擇偏心角行程氣動薄膜型調(diào)節(jié)閥，它是一種閥板為部分球面的偏心角行程調(diào)節(jié)閥,是目前最新穎的調(diào)節(jié)閥，在閥軸上裝有球面、閥芯，且閥體中心與閥軸中心偏離，當(dāng)閥軸旋轉(zhuǎn)時，閥芯對閥體中心作凸轉(zhuǎn)狀偏心旋轉(zhuǎn)，改變流通的開啟面積，實現(xiàn)調(diào)節(jié)。偏心角行程氣動薄膜型調(diào)節(jié)閥與偏心角行程氣動氣缸型調(diào)節(jié)閥的外表區(qū)別見圖6、圖7。

從使用的經(jīng)驗來看，前者的使用壽命和調(diào)節(jié)精度（同等的定位器情況下）均比后者優(yōu)越，在平時維護時，后者需要定期給氣缸內(nèi)部活塞加潤滑油，否則，氣缸密封圈就有磨損斷裂的可能，拆檢及回裝都增加了很大的工作量。

定位器必須選擇智能型的，如西門子、薩姆森、費希爾等知名品牌。智能電氣閥門定位器與傳統(tǒng)定位器從控制規(guī)律上基本相同，都是將輸入信號與位置反饋進行比較后，對輸出壓力信號進行調(diào)節(jié)，但在執(zhí)行元件上，智能定位器和傳統(tǒng)定位器完全不同。智能定位器以微處理器為核心，利用了新型的壓電閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)定位器中的噴嘴、擋板調(diào)壓系統(tǒng)來實現(xiàn)對輸出壓力的調(diào)節(jié)。由于新型控制元件如導(dǎo)電塑料和壓電閥的使用，可以使閥門定位達到很高精度。由于微處理的使用，可以使定位器的調(diào)校以及適用范圍有大的改善。主要特點是，（1）安裝簡易，可以進行自動調(diào)校。組態(tài)簡便、靈活，可以非常方便地設(shè)定閥門正反作用、流量特性、行程限定或分程操作等功能。（2）定位器的耗氣量極小。傳統(tǒng)定位器的噴嘴、擋板系統(tǒng)是連續(xù)耗氣型元件。由于智能定位器采用脈沖壓電閥替代了傳統(tǒng)定位器的噴嘴、擋板系統(tǒng),而且五步脈沖壓電閥控制方式可實現(xiàn)閥門的快速、精確定位。智能定位器只有在減小輸出壓力時才向外排氣，因此，在大部分時間內(nèi)，處于非耗氣狀態(tài)，其總耗氣量為20 L/h，相對于傳統(tǒng)定位器來說，可以忽略不計。（3）具有智能通訊和現(xiàn)場顯示功能，便于對定位器工作情況進行檢查維修。（4）具有豐富的自診斷功能。不僅可以對定位器本身的工作情況進行故障自診斷，還可對調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機構(gòu)的性能進行定量測量和診斷。如對閥門行程的變化檢測，對閥門極限位置變化的測量可診斷閥門的磨損情況;對閥門定位時間的測量可以診斷定位周期是否合適，是否會引起震蕩;還可以對氣動執(zhí)行機構(gòu)的密封情況等進行診斷，從而為閥門的維修提供科學(xué)依據(jù)。（5）可以非常方便地進行安全檢測測試與試動作，尤其在對閥門的可靠動作要求非常高的安全儀表系統(tǒng)中，可以在線驗證SIS安全儀表系統(tǒng)的閥門執(zhí)行的有效性。

3.2 測溫裝置

測溫裝置需要在鉆孔式A級精度雙支PT100熱電阻的基礎(chǔ)上增加智能溫度變送器，信號經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換為4~20mA電流信號后，傳送到DCS控制室，利用系統(tǒng)軟件模塊對輸入電流信號進行濾波等操作，降低信號干擾，也可以對同一點中的冗余雙支溫度本身存在的差異在智能變送器上進行修正，減少影響調(diào)節(jié)的因素，提高調(diào)節(jié)精度。智能變送器可選用的產(chǎn)品艾默生、ABB等知名廠家。

3.3 測試

硬件改造后，在DCS中編程下載進行測試，調(diào)節(jié)實現(xiàn)了及時智能跟蹤的目的，達到了良好的調(diào)節(jié)效果。

4 結(jié)束語

聚合控制是整個PVC生產(chǎn)流程中的重中之重，而聚合過程中溫度控制又是聚合控制的最關(guān)鍵要素。對聚合釜溫度控制系統(tǒng)的智能改造及優(yōu)化，既能提高聚合效率和產(chǎn)品質(zhì)量，又能節(jié)約空氣能源、節(jié)約維護成本，為長周期安全、穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

Reformation and optim ization of automatic controlof PVC polymerizer

XIEZhong-yang
(Guangxi Liuhua Chlor-alkaliCo.,Ltd.,Liuzhou 545600,China)

Using temperaturemeasuring device tomeasure the polymerization reactor slurry and the cooling water outlet temperature,using cascade PID controlmethod to control the flow of cooling water,and control the temperatureof the slurry.

70m3polymerizer;cascade control；PID;DCS；intelligent positioner；intelligent temperature transmitter

book=14,ebook=37

TQ325.3

B

1009－1785(2012)06-0014-03

2012-01-08

謝仲陽（1980—），工業(yè)儀表自動化工程師，現(xiàn)任廣西柳化氯堿有限公司電儀分廠副廠長。