PVC聚合釜温度自控改造与优化

谢仲阳

（广西柳化氯碱有限公司电仪分厂，广西柳州545625）

PVC聚合釜温度自控改造与优化

谢仲阳

（广西柳化氯碱有限公司电仪分厂，广西柳州545625）

通过测温装置测得聚合釜内浆料和冷却水出口的实时温度，采用串级PID控制方法控制冷却水流量，从而控制聚合釜内的浆料温度。

70m3聚合釜；串级控制；PID；DCS；智能定位器；智能温度变送器

广西柳化控股有限公司在20万t/a烧碱和PVC项目中成功引进了上海森松制造的70m3PVC全流通聚合釜，并于2010年5月底成功投入生产。

1 70m3聚合釜技术与温度控制系统概述

上海森松制造的70m3PVC全流通聚合釜是在充分消化吸收美国GOODRICH技术的基础上，最大限度地增大传热面积制造而成的。它采用全流通半圆管夹套结构，有利于提高冷却水的流速，避免因夹套结构而造成的水流短路，从而提高传热系数。在正常聚合时，使用循环水冷却，夹套和挡板内冷管冷却水调节阀均有很大的调节余量，增大或减少阀门的开度，可以进一步改变聚合釜的传热能力。通过测温装置测得的聚合釜内浆料和冷却水出口的实时温度，采用串级PID控制方法控制冷却水流量，从而控制聚合釜内的温度。带夹套聚合釜温控系统示意图见图1。

图1 带夹套聚合釜温控系统示意图

由釜底浆料双支冗余温度的平均值TIC_P100与冷却水出口温度TIC_P102组成串级PID控制系统见图2，其中釜底浆料双支冗余温度的平均值TIC_P100作为Master,冷却水出口温度TIC_P102作为Slave。

图2 釜底浆料温度与冷却水出口温度串级PID控制系统示意图

2 温度控制系统硬件存在的问题

悬浮聚合工艺最重要的参数是釜内压力和浆料温度。反应开始后，压力需维持在0.85MPa左右，温度维持在57℃（±0.5）℃（SG5型）。与压力相比，温度的控制及精度要求更高，温度控制采用了串级调节，PID调节参数设置到DCS系统允许的最小值（P为6.3、I为5、D为0），因此，温度控制的调节阀和测温装置（电阻体）的响应速度及精度必须很高，在仪表选型时需要非常注意。由于种种原因，在氯碱项目的筹建中，这2项要求都被不同程度地降低了。

图4 机械式阀门定位器示意图

一是在调节阀的选型上，选择了国产单作用气动气缸型配机械式角行程阀门定位器V球调节阀，单作用气缸示意图见图3。该调节阀存在很大的死区(10%左右)，从2010年运行至今，5台釜已经有3台釜的调节阀不同程度地检修和更换配件，其共同的问题是气缸内部的密封圈破损和弹簧都出现严重变形、长短不一，即使更换密封圈弹簧对气缸活塞的推动力已不同程度地减小，这样，更加影响了调节阀的精度。状态时也要大量消耗压缩空气，若使用执行器数量较多，能耗较大；喷嘴本身是一个潜在故障源，易被灰尘或污物颗粒堵住，使定位器不能正常工作；常规定位器手动调校时需要使用专用设备，必须隔离控制回路，且零点和行程的调整互相影响，须反复整定，费时费力，非线性严重时，则更难调整，无法达到预期的调节效果。图5为TV-P102夹套进水流量调节阀的趋势见图5。大波浪形的曲线是调节阀的开度趋势，中间2条小波浪形的曲线是温度的给定及测量值趋势；在温度曲线小范围波动的时候，阀门开度需要很大的波动范围才能满足调节要求，一釜料聚合6~8 h的剧烈大范围的开关调节，对阀门气动、弹簧机构是很大的考验，也严重影响了阀门的使用寿命。如果在聚合时，阀门突然出现故障，导致温度无法控制，整釜料有可能变成废料，严重时还有可能导致釜压急剧上升而产生爆炸。

图5 TV_P102—夹套进水流量调节阀的趋势图

二是对于±0.5℃的高精度调节要求，采用机械式定位器（见图4）也是不适合的，常规定位器多采用机械力平衡原理，采用喷嘴挡板机构，可动件较多，容易受温度波动、外界振动等干扰，适应性差；弹簧的弹性系数在恶劣环境下会发生改变，造成调节阀非线性，导致控制质量下降；外界振动传到力平衡机构，易造成部件磨损以及零点和行程漂移，也使定位器难以工作；由于喷嘴本身的特性，执行器在稳定

三是测温装置的选择，尽管选择的是钻孔式A级精度（0.150±0.002 ltl）（ltl为感温元件的实测温度绝对值，A级冗差不适用t＞650℃的温度范围，且不适合采用二线制），双支PT100热电阻，但由于温度属大滞后参数，电缆线路较长且长短不一又产生一定的影响，信号由DCS卡件采集后提供给软件系统显示，经过反复的测量，有2个釜的双支冗余温度始终存在着0.2℃的差异，单独更换测温电阻体或卡件后差异仍然存在，这样，对整个调节精度存在一定程度的影响。

3 温度控制系统硬件新设计与测试

3.1 调节阀及定位器

阀门选择偏心角行程气动薄膜型调节阀，它是一种阀板为部分球面的偏心角行程调节阀,是目前最新颖的调节阀，在阀轴上装有球面、阀芯，且阀体中心与阀轴中心偏离，当阀轴旋转时，阀芯对阀体中心作凸转状偏心旋转，改变流通的开启面积，实现调节。偏心角行程气动薄膜型调节阀与偏心角行程气动气缸型调节阀的外表区别见图6、图7。

从使用的经验来看，前者的使用寿命和调节精度（同等的定位器情况下）均比后者优越，在平时维护时，后者需要定期给气缸内部活塞加润滑油，否则，气缸密封圈就有磨损断裂的可能，拆检及回装都增加了很大的工作量。

定位器必须选择智能型的，如西门子、萨姆森、费希尔等知名品牌。智能电气阀门定位器与传统定位器从控制规律上基本相同，都是将输入信号与位置反馈进行比较后，对输出压力信号进行调节，但在执行元件上，智能定位器和传统定位器完全不同。智能定位器以微处理器为核心，利用了新型的压电阀代替传统定位器中的喷嘴、挡板调压系统来实现对输出压力的调节。由于新型控制元件如导电塑料和压电阀的使用，可以使阀门定位达到很高精度。由于微处理的使用，可以使定位器的调校以及适用范围有大的改善。主要特点是，（1）安装简易，可以进行自动调校。组态简便、灵活，可以非常方便地设定阀门正反作用、流量特性、行程限定或分程操作等功能。（2）定位器的耗气量极小。传统定位器的喷嘴、挡板系统是连续耗气型元件。由于智能定位器采用脉冲压电阀替代了传统定位器的喷嘴、挡板系统,而且五步脉冲压电阀控制方式可实现阀门的快速、精确定位。智能定位器只有在减小输出压力时才向外排气，因此，在大部分时间内，处于非耗气状态，其总耗气量为20 L/h，相对于传统定位器来说，可以忽略不计。（3）具有智能通讯和现场显示功能，便于对定位器工作情况进行检查维修。（4）具有丰富的自诊断功能。不仅可以对定位器本身的工作情况进行故障自诊断，还可对调节阀和执行机构的性能进行定量测量和诊断。如对阀门行程的变化检测，对阀门极限位置变化的测量可诊断阀门的磨损情况;对阀门定位时间的测量可以诊断定位周期是否合适，是否会引起震荡;还可以对气动执行机构的密封情况等进行诊断，从而为阀门的维修提供科学依据。（5）可以非常方便地进行安全检测测试与试动作，尤其在对阀门的可靠动作要求非常高的安全仪表系统中，可以在线验证SIS安全仪表系统的阀门执行的有效性。

3.2 测温装置

测温装置需要在钻孔式A级精度双支PT100热电阻的基础上增加智能温度变送器，信号经过变送器转换为4~20mA电流信号后，传送到DCS控制室，利用系统软件模块对输入电流信号进行滤波等操作，降低信号干扰，也可以对同一点中的冗余双支温度本身存在的差异在智能变送器上进行修正，减少影响调节的因素，提高调节精度。智能变送器可选用的产品艾默生、ABB等知名厂家。

3.3 测试

硬件改造后，在DCS中编程下载进行测试，调节实现了及时智能跟踪的目的，达到了良好的调节效果。

4 结束语

聚合控制是整个PVC生产流程中的重中之重，而聚合过程中温度控制又是聚合控制的最关键要素。对聚合釜温度控制系统的智能改造及优化，既能提高聚合效率和产品质量，又能节约空气能源、节约维护成本，为长周期安全、稳定生产创造条件。

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

谢仲阳（1980—），工业仪表自动化工程师，现任广西柳化氯碱有限公司电仪分厂副厂长。