关于聚氯乙烯生产过程控制的优化

张建喜

摘要：对控制系统进行优化主要从以下两方面着手：一是对控制流程进行优化，二是对PID算法进行改进。通過将操作点进行投自动，实现系统自控率和运行稳定性的提高，以改善装置自动控制效果；通过先进控制思想实现对PID参数的整定和控制器形式的优化，以加快相应速度、增强抗干扰性、改善装置平稳效果。

关键词：PID；聚氯乙烯；生产过程；控制优化

前言：以某化工公司为例，聚氯乙烯的生产过程采用DCS控制，改造了部分装置的自动程序，但仍存在诸多问题，例如控制回路众多且自动化程度低，重复的人工操作，频繁的装置操作等。下文对聚氯乙烯生产过程控制的优化进行探讨，以期解决聚氯乙烯工业生产存在的问题。

一、 控制流程优化

聚氯乙烯的工业生产过程包括一系列的程序和流程，诸如混合脱水、废酸解析、精馏等。本文以混合脱水和精馏的优化为例，对聚氯乙烯生产系统优化过程及方法进行探索。

1、 混合脱水的优化

工业生产聚氯乙烯的流程中，混合脱水工序大致如下：由V—2103来的混合气体，经过一级石墨和二级石墨冷却器、酸雾过滤器、热水和蒸汽预热器等工序实现脱水处理。脱水的过程受控制器TIC-2104调节阀的控制运行温度范围影响较大。主要从以下两个方面进行优化：（1）对PID参数进行调整，将TIC-2104处在可控制的范围之内，在混合脱水中，适当提高TIC-2104的设定值，以实现对控制器TIC-2104充分利用。（2）将混脱设备放酸改为自控。增加一个液位调节阀实现混合器、石墨冷却器、除雾器中凝酸在新增积酸罐中的集中放置。利用积酸罐液位连锁，将凝酸罐内的废酸排放至浓酸罐中。

2、 精馏的优化

工业生产中聚氯乙烯的精馏流程工序大致如下：当氯乙烯气体液化为液体时，将液体送至低沸塔，通过一级精馏实现对低沸物，诸如乙炔、氧气、氮气等的清除，再将经过一级精馏的液体送至高沸塔进行二级蒸馏，实现对高沸物诸如二氯乙烷的去除。经过精馏之后，精氯乙烯气体就会留在塔顶，成品冷凝器对其进行冷凝之后将之送到一期单体贮罐或者二期球罐。通过以下措施进行精馏的优化：（1）尾冷切换自动化。尾冷切换的微机操作系统中有3个氯乙烯的尾气冷凝器，切换物料的过程中，要确保逐台设备的平衡切换需要3个调节阀。物料切换的关断需要4个两位阀。在微机操作中实现对水切换，每台尾气冷凝器需要3个两位阀、1个调节阀，才能切换不同温度的水。调节阀可以对温度进行调节。在对尾冷切换自动化进行优化后的流程中，氯乙烯物料切换的阀门数据和水切换的阀门数据都会发生相应的变化，可以实现只对物料切换的微机操作。（2）精馏排水自动化。将调节阀和远传热电偶增加在水分离器的排水管上，通过热电偶和调节阀的连锁，实现精馏排水的自动化。

二、技术路线

控制系统的硬件采用的是CEN-TUMCS3000系统，该系统是由YOKOGAWA公司研发推广的。该系统具有DCS系统即集散控制系统的优点，能实现实时可靠的控制。该系统采用了双网控制，双网即V-net网和Ether-net网，该系统对于V-net网采用的控制方式是冗余控制。

该系统选择内模控制和预测控制相结合的算法，并实现了和PID的结合，对PID控制器形式的优化主要是采用内模-PID技术和预测-PID技术。

现行的PID控制方案采用单一的PID控制形式，而不考虑各种因素的影响，诸如压力、液位、流量和温度，也不考虑加热炉或者分馏塔的具体特点，因而实际的控制效果并不理想。新方案在选用PID控制形式时，考虑到了不同对象的具体特点，因而实现了较好的控制效果。例如可以采用如下的PID形式调节流量：

通过这种形式调节流量，滤除了流量调节阀对流量抖动的干扰，能实现对控制效果的改善。通过在DCS上调整组态能实现对PID控制形式的改变。

三、PID参数整定

随着技术的发展，APC技术即先进控制技术得到了广泛的应用，各种APC算法应运而生。诸如广义预测控制法、模型算法控制、动态矩阵控制法以及预测函数控制法等。同时，各种软件产品诸如SIMC、PMPCT、DMCPlus等相伴而生。运用这些算法和软件，能提高生产过程的可靠性和安全性，能实现生产效益的提高。但是对这些算法和软件的运用有赖于精确的数学模型。但是在聚氯乙烯的工业生产实际中，常常很难获得精确的数学模型，加上对象的特性时刻处于变化之中，导致使用效果不理想。

通过采用先进控制思想实现对PID控制器的参数和形式的优化，不仅实现了对PID鲁棒性的保留，而且增强了先进控制的优势。当前实施先进控制的形式如图2所示：

图2 当前实施先进控制的形式

图2左上显示的是常规的PID控制形式，图2右上和左下显示的是实施先进控制的形式。图2右下显示的是PID和先进控制相结合的具体实现情况。

如下公式表示了普通PID和内模先进控制之间的关系：

这样可以将PID控制器C由内模控制Gc推导出，从而得到PID参数，实现对内模-PID的优化。

结语

对聚氯乙烯生产过程控制的优化，要优化PID算法和系统的控制流程，从而实现优化聚氯乙烯装置控制系统的目的。提高系统自控率和运行稳定性，要将操作点进行投自动，整定PID参数和优化控制器形式，要采用先进控制思想。

参考文献

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