用户中心

资讯 > 应用案例

预测控制(PFC)在氯乙烯精馏过程中的应用

作者:薛健、秦乔良、陈冬萌、范明华,南通江山农药化工股份有限公司2006.05.19阅读 8610

  引  言
  VCM精馏过程是聚氯乙烯生产中的一个重要环节。经精馏处理后的单体质量对最后的成品质量起着决定性的作用。由于精馏过程具有非线性、大滞后、模型阶次高、动态响应慢、控制变量多、控制参数关联性强、在线测量困难等特点,常规PID控制难以达到满意的控制效果,往往造成单体的纯度不稳定,影响聚氯乙烯的质量,并可造成能耗加大、尾气排放超标、污染生态环境等严重后果。

VCM精馏工艺流程图

预测函数控制基本原理图

预测函数基本控制原理图

  针对VCM精馏过程存在的控制难题,我公司采用浙大中控预测函数控制软件(APC-PFC)建立精馏过程的先进控制系统,并于2005年3月成功投入运行,VCM精馏使用先进控制后大大减轻了操作人员的工作强度,应用预测模型对被控变量的变化趋势进行预测,时时对控制回路的给定值进行滚动优化和偏差校正,提高各工艺关键变量的控制精度和平稳度,从而保证产品质量和保持操作工况的平稳CONTROL ENGINEERING China版权所有,获得了满意的控制效果。
  VCM精馏过程工艺和特点
  VCM精馏过程通常由低沸塔系统和高沸塔系统构成,是一个典型的二级串级精馏工艺。其工艺流程如图1所示。从压缩机出来的粗氯乙烯先送入全凝器,使大部分气体冷凝液化,经水分离器除水后进入低沸塔,未冷凝气体进
入尾气冷凝器,冷凝液全部返回水分离器,低沸塔再沸器由热水加热,低沸塔所分离出的低沸物由塔顶汇入全凝器通至尾气冷凝器处理,尾气冷凝器未冷凝的气体经尾气吸附器回收氯乙烯后,剩下的惰性气体排出。塔釜液通过中间槽流入高沸塔,高沸塔的再沸器由热水加热,将氯乙烯蒸发,经塔身分离成精氯乙烯进入成品冷凝器,被冷凝氯乙烯储放到成品槽中,为保证单体纯度,高沸塔底部物料含有一定量的高沸物,需根据工况定期做排出处理。
  由于生产的连续性,VCM精馏过程与前工段的合成和后工段的聚合紧密相连,合成工段的出料就是VCM精馏工段的进料CONTROL ENGINEERING China版权所有,因此www.cechina.cn,VCM精馏的低沸塔进料流量和进料组分会经常变化,这是VCM精馏工段的主要干扰因素。VCM进料流量的变化既改变了物料平衡的关系,也改变了能量平衡的关系。因粗氯乙烯在精馏塔中滞后时间长,通常的反馈调节无法及时克服进料流量的扰动。进料组分变化对各层塔板温度及达到一定产品纯度时的馏出量影响很大,尤其是VCM精馏,进料成份复杂,不可测量,给产品质量的平稳控制带来很大难度。
  对于高沸塔来说,进料变化也很频繁,并且变化幅度比较大,塔釜液位难以控制。同时,高沸塔液位的频繁变化会导致塔釜温度的变化,塔釜温度又影响到塔釜的液位以及高沸塔塔顶的温度和塔釜压力;回流量等因素又与塔釜液位及温度相互关联、相互影响,故高沸塔的各操作参数间存在复杂的耦合关系,众多因素共同作用最终决定装置的运行状况。高沸塔单元的操作存在一定的约束条件控制工程网版权所有,各操作参数均有其允许操作区域限制,控制时要协调各操作变量,以保证高沸塔的整体控制水平和最终产品质量。因此www.cechina.cn,高沸塔的控制问题在氯乙烯精馏装置中就显得尤为突出。
  浙大中控APC-PFC先进控制软件原理和特点
  1. 基本原理
  APC-PFC控制软件技术的核心算法是预测函数控制(PFC),即预测模型、滚动优化、反馈校正。PFC隶属于模型预测控制家族的一种,由法国ADERSA公司的J.Richalet等人于1986年提出。与传统的模型预测控制算法不同,PFC注重控制变量的结构形式,将控制输入视为基函数的加权组合,引入误差反馈校正,进行在线优化。PFC基本原理如图2所示。
  2. APC-PFC控制软件的主要特点
  1) 算法简单,在线计算量小,对模型精度要求低。在线控制时,仅有向量的点积计算,没有矩阵求逆等复杂运算。实现容易,可以方便地集成到任何主流DCS中工作;
  2) 为了保证未来控制输入的合理性,在受控变量和操纵变量满足位置和速度硬约束的前提下,每个被控变量可以按照指定的闭环性能达到设定值;

闭环系统的性能与调节手段之间的关系

  3) 对可测扰动的前馈控制控制工程网版权所有,及时地抑制扰动;
  4) APC-PFC先进控制系统的调节参数较少,各个调节参数对控制性能的影响各有侧重,可以依照性能要求迅速的调整参数,大大缩短整定时间。闭环系统的性能与调节手段之间的关系如表1所示;
  表1中的数字0,1,2表示调节手段对控制性能的影响程度,数字越大表示影响程度越大,0表示没有影响。
  VCM精馏预测控制方案设计
  在VCM精馏预测控制方案设计之前,对VCM精馏过程的变量做一个描述。低沸塔和高沸塔的被控变量、操作变量及干扰变量如表2所示。  
  从表2可以看出,VCM精馏过程是多变量的控制系统,各个变量之间耦合性强,同时由于可测、不可测的多重干扰存在以及进料的流量、组分经常发生强度和持续时间不同的波动,采用常规控制很难有效地考虑该装置中的各种控制作用之间的耦合特性,因而,控制效果不是非常好,需要通过人工经验的方法加以修正。

低沸塔预测控制投运前后控制效果比较图
高沸塔预测控制投运前后控制效果比较图

  由于低沸塔和高沸塔之间有中间缓冲罐,低沸塔和高























版权声明:版权归控制工程网所有,转载请注明出处!

频道推荐

关于我们

控制工程网 & CONTROL ENGINEERING China 全球工业控制、自动化和仪器仪表领域的先锋媒体

CE全球

联系我们

商务及广告合作
任小姐(北京)                 夏小姐(上海)
电话:010-82053688      电话:18616877918
rendongxue@cechina.cn      xiashuxian@cechina.cn
新闻投稿:王小姐

关注我们的微信

关于我们 | 网站地图 | 联系我们
© 2003-2020    经营许可编号:京ICP证120335号
公安机关备案号:110102002318  服务热线:010-82053688