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XDPS-400+ DCS在宝塔间歇聚丙烯智能控制的应用

作者:孙彦军 元美华 孔德林 宝塔石化集团设计院(有限公司) 上海新华控制技术(集团)有限公司 宝塔石化集团宁东能源化工基地2009.02.20阅读 4073

  1引言
  目前,由于间歇聚丙烯生产过程中化学反应间歇过程的特性相当复杂,具有严重的非线性和时变特性。在不少间歇工业生产,仍采用手动或半自动操作,尤其是在反应期内,过程控制难度更大,这就要求控制策略适应各个时间段不同的特点。根据间歇聚丙烯生产的特点,宝塔集团通过社会招标,最终选择采用上海新华XDPS-400+DCS为此装置的控制系统,此系统具有使用性强,可靠性高,操作简单等特点;克服了监测区域面积大、参数实时准确性要求高、现场通讯互联设备多等困难,很好的完成了实现现场数据的实时采集和信息化管理,大大的提高了间歇聚丙烯生产工作的效率,取得了明显的经济效益和社会效益,对聚丙烯产量和优化品率的提高,质量的稳定,起到了关键的作用并大幅度降低了单体、蒸汽、水等的消耗;降低了岗位工人的劳动强度。
  2工艺特点
  本装置(工艺见下附图)的主体是8个聚合釜,采用间歇式液相本体法聚合工艺,以气体分馏装置生产的纯度≥99.5%(mol%)的精丙烯为原料,并经过各精制填料塔吸附脱除了丙稀中微量的酸性物质、水分、硫、砷和氧等杂质,精制后的丙稀与聚合釜高压回收的丙稀一起贮存在精丙稀罐,由丙稀输送泵送入聚合釜

。本工艺采用CS-1型高效催化剂(Ticl3),以三乙基铝(Al(C2H5)3)为活化剂,以氢气为聚合物分子量调节剂。液相精丙烯经质量流量计准确计量后分三次加入聚合釜,并将活化剂、催化剂和分子量调节剂按一定比例和顺序加入聚合釜。各物料加完后,开始向聚合釜夹套通90℃左右热水给釜内物料升温升压,这时釜内温度及压力上升。当温度升至55℃以上、压力在2.4 MPa左右时釜内开始反应,放出热量。由于反应放出的热量会加剧反应的进行控制工程网版权所有,所以应及时停止加热,打开循环冷却水使釜内温度或压力按一定速度上升www.cechina.cn,当釜内温度升至73℃左右、釜压升到3.55左右MPa时进行恒温恒压反应过程。随着反应时间的延长,液相丙烯逐渐减少控制工程网版权所有,聚丙烯颗粒的浓度增加。最后,釜内液相丙烯基本消失,釜压下降,此时认为反应结束。其中,升温升压阶段约30 min,恒温恒压阶段为4.5 h左右。
  3控制思想
  结合工艺特点,该控制系统过程可分为3个阶段。升温升压阶段、过渡阶段、恒温恒压阶段。
  3.1  升温升压阶段
  目的就是要在适当的时间内,控制热水阀的开度向夹套加水,使温度、压力按照较理想的速率上升,上升太慢影响产量,太快则可能使后期反应过于激烈,难以控制。所以一般都采用位式控制的方式。根据实际特点,在这个阶段中,本系统分两个阶段来控制,压力小于2 .0Mpa时,热水阀开100%,让釜充分升温升压,压力在2.0-2.4.时热水阀从100%逐渐关至50%,2.40-2.75时保持全关。这样既缩短了升温时间又使后期反应得到一定的缓解。
  3.2 过渡阶段
  过渡阶段是整个控制的难点,控制的目的就是要依据反应的强弱即压力的变化来控制分程冷水阀及内冷控制阀,使压力控制在3.55Mpa左右(因为压力和温度是线性关系)。在这个过程中如果控制不好,有可能超压,引起高压回收,甚至安全阀动作,反之则可能造成"僵釜"。同时还得考虑到由于原料引起反应过弱的情况,所以在设计模糊控制系统的同时,得考虑选用恰当的参数,使压力在3.5MPa之前时压力能平稳的上升,也就是说,如何克服模糊控制的稳态误差,经过作者探索,当压力在[3.3,3.5]时,在速率的[-0.1,0.1]区间中引入三角sinX函数,对模糊系统的EC项进行修正,而在3.5-3.6MPa时快速的控制压力。按照上述要求仿照人工控制的经验,设计出智能的二维模糊控制器,输入变为釜内压力和釜压的变化率,输出变量为冷水阀的开度。模糊控制的任务为:在过渡过程的2.75~3.60 MPa阶段,用双输入单输出的模糊控制,代替人的手动操作,实现快速平稳过渡。
  通过工艺规律,可以得到模糊IF-THEN规则
  IF 压力太低,速率为零,THEN 阀门不开
  IF 压力偏低,速率小, THEN 阀门小开。
  IF 压力稍低,速率中,THEN 阀门中开。
  IF 压力正常,速率大,THEN 阀门全开。
  …….
  (1)选择描述输入输出变量的词集
  通过分析历史数据控制工程网版权所有,取输入变量釜压PT的
  基本论域:[2.75,3.15,3.35,3.55]MPa
  4个参量分别表示釜内压力太低,偏低、稍低和正常。取压力变化PEC的
  基本论域:[0,0.07,0.14,0.20]MPa/min
  4个参量分别表示压力上升速度为零,小CONTROL ENGINEERING China版权所有,中,大。
  取冷水阀开度(控制量)Y的
  基本论域:[0,33,66,100]
  各参量对应的阀门状态分别为全关,小开,中开,全开。
  (2)定义各模糊变量的模糊子集
  根据手动策略,隶属函数采用等腰三角形的形式。由隶属函数曲线可以得出各模糊变量在论域上的赋值表
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