摘 要：介绍了SUPCON JX - 300X DCS在烧碱、PVC装置自动控制中的应用,并总结了其控制策略、控制特点及运行效果。
关键词：DCS;烧碱; PVC;应用
Application of SUPCON JX - 300X DCS in chloralkali devices
ZHAO Feng1 , YU Min - hang2 , LI Hai - yang2
（1. J iyuan Fangsheng Chemistry Co. ,L td. , J iyuan 454672, China;
2. Zhejiang Center Control Technology Co. ,L td. ,Hangzhou 310053,China）
Abstract: The application of SUPCON JX - 300X DCS in the auto - control systems of caustic soda and PVC devices is introduced. The control tactics, the control cha racte ristics and the running effect are alsosummarized.
Key words:DCS; caustic soda; PVC; application
浙江中控技术股份有限公司JX - 300X控制系统以其出众的性能、友好的人机界面赢得了国内外众多用户的信赖,其中在济源市方升化学有限公司“双五”项目即5 万t / a 离子膜法烧碱和5 万t/ aPVC项目上的成功投运,就是JX - 300X控制系统在国内氯碱行业的一个典型应用。
1 SUPCON JX - 300X DCS特点
SUPCON JX - 300X DCS是基于Web技术的网络化控制系统,突破了传统控制系统的层次模型,实现了多种总线兼容和异构系统综合集成,主要特点如下。
（1）系统安全性、抗干扰性高, 完全符合EMC国际标准。
（2）卡件、通道等硬件具有故障自诊断功能,并可以对变送器或传感器故障进行诊断,智能化程度高。
（3）系统具有离线调试和仿真功能, 大大缩短了现场的调试周期,降低了方案实施的风险。
（4）提供集成化组态工具,提供多种预定义图库对象,可以方便、快捷地生成图形界面,完成数据采集、回路控制、顺序控制、连锁保护等功能。
（5）良好的人机界面, 操作人员可方便地掌握和熟练操作,极大地提高生产效率。
2 项目的总体设计方案
济源市方升化学有限公司5万t/a离子膜法烧碱和5万t/aPVC树脂项目的控制系统共分为6个控制站和8个操作站,网络结构如图1所示。
3 控制难点及实施方案
该项目中烧碱和PVC工段用到了许多非常规控制方案,下面从几个比较重要同时也是难度较大的方面进行总结说明。
3. 1 离子膜法烧碱工序
离子膜法烧碱工序的主要设备是螯合树脂塔。过滤后的盐水进入电解槽之前,需经过离子交换树脂塔的净化,树脂具有很强的选择流通性,它可以吸附大量的钙、镁、锶等金属离子。该工序一般安排2台或3台树脂塔串联运行。1台树脂塔在离子吸附饱和后,进行树脂再生,另外1台进行离子吸附。通常情况下,树脂塔每运行24 h需清洗1次。在该项目中采用了3塔串联运行方式（如图2所示） 。
控制模式可以选择手动、半自动、全自动3种方式。
（1）手动方式。可以选择任意一塔的再生步骤,然后按“开始”按钮,该再生步骤开始运行,直至按“停止”或“时间到”,此时再生停止,但仍向其他两塔供应盐水,可以接着选择再生步骤。
（2）半自动方式。先在手动状态下选择再生塔及再生起始步,然后再选择“半自动”开始, 一直运行到该塔再生结束,除非按下“停止”或“急停”,完成后（再生阀门关闭、盐水供给继续）由人工选择下一塔进行再生。
（3）全自动方式。先在手动状态下选择再生塔及再生起始步,然后选择“自动”,程序开始,此时整个再生过程全部由程序控制, 再生完成后,自动进行到B再生, B再生完成后,自动进行到C再生,C再生完成后,自动进行到A再生,如此循环,再生起始塔可以选择,直至按下“停止”或“急停”。以上3种控制模式能满足不同状况现场的生产需要,保证了生产的稳定性。
3. 2 PVC工序
3. 2. 1 高沸塔液位控制
氯乙烯精馏工段高沸塔液位控制要求高,影响液位的关联量和不确定的因素较多,控制难度大。在该项目实施过程中,浙江中控技术股份有限公司技术人员与济源市方升化学有限公司工艺和操作人员经过长时间的探索和调试,优化了控制方案,在实际应用中取得了良好的效果。在该项目中,采用了预测加串级的控制方案,通过用液位、塔温度和进料量三者关系建立推理机制,对塔釜液位的变化进行预测,根据预测结果动态调整液位的控制值,使高沸塔液位控制稳定。如图3所示。
高沸塔液位处于正常区域时,液位与塔釜温度组成串级进行控制,同时参考进料量作前馈,修正釜温设定值,调节再沸器的热水量,以稳定液位。进料量变化时液位会大范围波动,为了抑制液位变化过快造成失控,在该区域中对液位变化率趋势进行预测,并参与控制。当变化率太高即液位上升太快时,参考进料量,适当降低液位给定值,使再沸器热水阀开大、塔釜蒸发量变大,最终降低液位;当变化率太低即液位下降太快时,参考进料量适当提高液位给定值,使再沸器热水阀开小、塔釜蒸发量变小,最终升高液位。在整个反应过程中对塔顶实行恒温控制以保证塔顶回流量的稳定。
高沸塔液位处于上限临界区域时,系统将热水阀强制打开一定开度,使液位迅速返回正常范围,为了抑制液位变化过快造成失控,该区域也引入了液位变化率趋势预测控制。当变化率太高即液位上升太快时,适当使再沸器热水阀开大,使塔釜蒸发量变大,最终降低液位;当变化率太低即液位有下降趋势时,适当使再沸器热水阀开小,使塔釜蒸发量变小,防止出现震荡调节,使液位下降趋于缓慢,最终返回正常区域,便于稳定控制。在调节的同时,适当提高塔顶温度设定值以适当降低塔顶回流量。通过以上措施调节,最终使液位以最快速度返回正常范围。
高沸塔液位处于上限异常区域时,系统将热水阀强制打开一定开度,同时适当提高塔顶温度设定值以降低塔顶回流量,并适当升高低沸塔液位给定值以降低出料量,液位迅速返回正常范围。高沸塔液位处于下限临界区域及下限异常区域时,参照以上调节思路,使液位迅速返回正常范围防止产生失控,保证精馏装置安全连续生产。当高沸塔釜温随着高沸物的累积越来越高时,系统报警,提示操作人员及时排放高沸物。
通过以上控制方案,很好地控制了高沸塔液位,满足了生产需要。
3. 2. 2 聚合釜温度控制
在聚合反应过程中,聚合釜温度要求非常高,为了控制好聚合釜的升温、过渡、恒温过程,采用串级PID控制,效果良好。
加热过程是采用两位式开关阀控制低压饱和蒸汽,目的是缩短升温时间。
过渡过程是设置切换温度点,结合控制经验,低于PVC聚合反应的设定温度, 避免出现超调,使PVC聚合釜温度能够平稳过渡。因此,当PVC聚合釜温度加热到切换温度点时,进入过渡过程的经验串级P ID控制,使温度平稳过渡到设定温度。当聚合釜温度平稳过渡到设定温度后,进入正常聚合反应的常规串级控制方式,保持PVC聚合釜温度恒定。过渡和保温过程的P ID参数是不同的,如图4所示。
4 装置运行情况
2005年6 月济源市方升化学有限公司的“双五”项目投运以来,运行稳定,控制功能完全满足工艺的要求。
（1）实现了PVC生产的全自动控制,达到了预期的控制目的,取得了良好的控制效果。它的成功应用使5台聚合釜具有很强的协调调度功能,大大缩短了加料和出料回收时间;同时系统运行稳定、安全可靠,自动化程度得到了很大的提高,控制精度达到拐点±0.5℃,保温±0.2℃。
（2）自投运以来,控制系统运行情况良好,减少了操作人员的劳动强度,各项技术指标符合要求。
（3）系统控制方便,界面清晰易懂,大大缩短了操作人员培训的时间。
（4）控制系统设计可靠,具有详尽的事故判断及快速反应能力,对各种意外情况能进行正确、有效的跟踪处理,对保护工艺装置以及安全运行起到了很好的作用。
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