腈纶生产自动化控制方案

河北吉藁化纤有限责任公司 果大东

腈纶生产自动化控制方案

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对于一个简单/复杂调节系统，首先是合理，它包含着工艺上的合理性和控制理论的合理性，一个调节系统是调节对象，测量单元，调节器和调节阀组成的。动态控制设计思想是，产品质量符合规定的调节，物料平衡的调节，限制条件的调节。

DCS；控制；调节系统

一、简单调节回路

被调参数：关键参数、工艺质量指标；

调节参数：能够降低干扰，确保调节系统可正常运行的参数；

例如：腈纶聚合AN-VA洗涤塔（D-105）液位的控制。根据要求，在进行D-105液位调节时，必须将之控制在设定的SP值范围内，否则，无论过高还是过低，都会对AN-VA淋浴效果产生干扰。

在液位变松测量值达到PV时，DCS系统会作出下列处理：

△e=sp-pv

mv=∫0+e（t）dt + de（t）/dt + ke（t）

（mv：DCS输出值，控制的是气动薄膜调节阀开度，进而达到调节洗涤塔塔底出料的效果。）

二、串级调节方案

串级调节系统：主要由主、副两个回路组成，是一种以其中一个调节器输出作为另一个调节器给定值的调节系统。

去溶剂回收塔前，加热溶剂，注意加热过程中加热器液位应保持相对稳定，若过高，则无法达到相应的溶剂温度；若过低，则会导致溶剂温度过高，溶剂回收效果降低。若采用单回路调节系统，被调参数：换热器液位；调节参数：高压蒸汽。但是在该调节系统中，并不能客服流量变化问题，因此需要引进一个座位副回路的调节回路。

在液位刚发生变化时，DCS就会向流量调节器输出一个值（设定值），这时流量调节器会立即进行偏差运算，并输出运算结果，对调节阀开度进行调节。按照干扰产生点的位置，可将调节动作分为以下3种情况。

干扰产生点位于副回路：在高压蒸汽压力波动下，高压蒸汽的流量受到影响，但换热器液位暂时不变，液位调节器不发生调节动作，其输出信号依旧，流量调节给定值也不会发生变化，但是这时流量变送器送来的信号已然发生改变，按照信号，流量调节器会进行偏差调节，使之向给定值靠拢。同时，液位调节器会输出另一个值，帮助流量快速达到给定值，但因调节幅度较小，引发振荡的机率较小。

干扰产生点位于主回路：在其他因素的影响下，换热器液位发生变化，这时主调节器的输出会改变副调节器的给定值，调节器动作，是阀门开度发生改变，液位回到给定值。在整个调解过程中，高压蒸汽的量处于不断变化中，这种变化不是因为干扰而直接产生的，而是处于液位调节的需要。

干扰产生点会同时影响主回路和副回路：若在干扰作用下，高压蒸汽流量以及液位均产生了变化，若两者均增加，在液位调节器的反作用下，相应的输出信号减少，而在流量调节器的气反作用下，测量信号增加，这时对于给定值的偏差e=R-E就会增大，流量调节器输出大大减少，因此需要大幅度的调小调节阀，以将高压蒸汽流量控制在相应范围内，这时高压蒸汽流量大幅度减少，塔液位也就会逐渐向给定值靠拢。整个调节过程中，随着E和R变化，流量调节器感受的偏差值也不断发生着变化，进而不断输出信号对调节阀门的开度进行调节，直至反应温度降至给定值。

由上述分析可知，串级调节系统中，通过副回路的引入，能够及时克服干扰对主参数的影响，因此能够极大提升调节系统质量，使生产需求得到充分满足。

三、比例调节系统

腈纶生产中，需按照一定的比例混合两种物料或进行化学反应，若比例失调，就可能引发事故。例如：在聚合釜中加入的单体就需要按照一定比例混合，否则生产出来的产品质量就会不合格。比值调节系统中，在对两种物料进行比值关系调节时，其中必然有一种物料处于主导，为主流料。主流料流量即为流量，另一种物料则会随着主流料流量的变化而变化。

其中，部分回流，至1#蒸发塔，另外部分流入DMA汽提塔，在腈纶制造工艺中，要求分别进入1#蒸发塔和DMA冷凝塔中的容积水溶液也保持相应的比值关系，否则DMA的汽提效果就会受到影响。

开环比值调节系统中，面对副流量，并无抗干扰能力，只适用于副物料平稳且比值要求相对较低产品的生产。弱点较为突出，为克服该弱点，可采用双闭环比值调节系统。

1、双闭环比值调节系统

产品生产过程中，AN、VA、RM需按照一定比例华参与到聚合反应中，其中RM、VA需随着AN的变化而变化，且三种物料流量需保持比较平稳的状态，这时就需要采用闭环流量回路。

2、变比值调节系统

上述介绍的比值调节系统的调节目的均是使两种物料达到固定的比值关系，但是在实际生产中，一些化学反应过程若想要正常进行，则需要两种物料的比例随第三种参数不断校正。例如：新鲜溶剂、回收溶剂既需要达到相应的比例，也需要听从粘度调节器不断校正。

3、比值调节系统投运、整定

比值调节系统结构即为串级调节系统，在进行主调节器整定时，按照串级调节系统进行整定即可。

遵照工艺要求，对两种物料的比值进行计算；

将积分时间设置为最大，由大到小对比例度进行调节，直至系统正好处于振荡和不振荡的临界值。

放宽比例情况下，放大20%，之后由大到小调节积分时间，直至出现微振荡。

四、分程调节系统

反馈调节系统中，一个调节器输出以带动一只调节阀的方案十分常见。在实际生产中，一个调节器输出，带动两只及以上调节阀的方案同样十分常见，这种调节方案被称为分程调节。

设置分程调节一方面是为了使调节系统的品质得到改善，进一步扩发调节阀可调范围，另一方面是为了使工艺操作上的特殊要求得到充分满足。

在分程调节方案中，调节阀开闭形式包括阀门同向动作和阀门异向动作两种。

例如：灌顶N2封的分程调节：为防止化工原料、产品接触空气中的氧气变质或引发爆炸，可采用顶充氮气的方法，以隔绝氧气。

在实行N2封时，技术要求：储罐内N2呈微正压，贮存物料增加时，灌顶压力会升高，反之则降低，这时就需要及时进行调节，否则储罐就可能在压力差之下发生变形。因此，储罐内液面上升时，可适量排出一些N2，同时停止N2的补充；储罐内液面下降时，则停止外放N2，同时向罐内补充N2。

以上所介绍的各种控制方案包含了整个多个回路的各个典型。由于量太大具有相似性不能一一介绍，只能就典型例子加以说明。希望读者以此为例研究其它各种控制方案，以达到生产过程全自动地平稳进行。