TiSNet-P600 DCS在聚氯乙烯树脂工程中的应用

TiSNet-P600 DCS在聚氯乙烯树脂工程中的应用
1、        引言
聚氯乙烯是由氯乙烯单体（VCM）聚合而成的高分子化合物，是世界上第二大合成树脂，产品具有良好的物理性能和化学性能，广泛应用于轻工、建材、农业、日常生活，包装、电力、公用事业等领域。
平顶山汇源双十氯碱树脂工程为汇源公司继氧化铝产品后又一重点发展项目。所谓双十，即年产１０万吨离子膜烧碱及１０万吨聚氯乙烯树脂，其中聚氯乙烯树脂工程采用新华公司新一代的DCS产品——TiSNet-P600，实现了VCM工序及公用部分的自动化控制。
2、        系统构成
a）        硬件配置：
操作员站6套，采用DELL高性能工控机，三星21’CRT显示器。其中集控室布置4台，另外两台一台在冷冻室，一台在调度室，与集控室之间用光纤连接。所有操作员站均为同等地位。如果设置工程师权限，可以把任何操作员站当作工程师站使用。
工程师站1台，硬件配置同操作员站，用于工程调试兼作操作员站：控制回路组态、画面生成、报表生成、过程趋势和参数的整定等。只要设置相应的权限亦可兼作操作员站。
系统大约1000点，配置控制机柜3面个，采用2对高性能冗余控制器——XCU-Net，对过程数据和现场设备进行处理和控制；根据工艺控制要求，对重要回路的输入/输出模块进行冗余配置（AI、AO、DI、DO）。
通讯机柜1个，配置3台以太网工业交换机（星形网）及8台MOXA Turbo-Ring光端机（环形网）用于系统内部HMI与控制器之间的网络通讯，配置1台Nport 485串口服务器用于P600系统与其他控制系统的通讯。
A3黑白激光打印机（HP 5100LE）3台，用于打印流程图、报表、趋势图等。
b）网络结构
c）软件配置
操作系统：控制器——嵌入式操作系统Windows CE.net，人机接口HMI站——Windows 2000/XP。
控制软件：TiSNet可视化图形组态软件OnXDC，包含两部分——人机界面可视化图形组态软件（xHMI）与控制策略图形组态编程软件（xCU）
3、        工艺生产过程简介
本系统包含电石破碎、乙炔发生、VCM转化、VCM精馏，单体压缩等工序，其中最重要，最关键的工序就是VCM精馏了。VCM精馏过程通常由低沸塔系统和高沸塔系统构成，是一个典型的二级串级精馏工艺，见图1－VCM精馏（1）和图2－VCM精馏（2）。从压缩机出来的粗氯乙烯先送入全凝器，经冷却水冷却使大部分气体冷凝液化，进入水分离器，未冷凝的气体放到尾气冷凝器继续液化，得到的冷凝液全部返回水分离器。冷凝液在水分离器中进行液水分离后进入低沸塔，低塔再沸器的加热使得低沸塔中低沸物（沸点低于氯乙烯）被蒸发，放到尾气冷凝器继续循环。得到的塔釜液含有纯度较高的氯乙烯，送到高沸塔进一步提纯。高塔再沸器被热水加热，使高沸塔中沸点较低的氯乙烯气化，放入成品冷凝器进行液化，沉积在高沸塔底部的高沸物定期排放到高沸物储罐。经过成品冷凝器的氯乙烯液进入固碱干燥器干燥后得到精氯乙烯，送入下一工段——单体储存。
4、        工艺过程主要参数及干扰因素
从图中可以看出，精馏过程的主要参数有氯乙烯低沸塔入口温度、低塔再沸器温度、低沸塔塔顶温度、低沸塔液相出口温度、低沸塔液位、尾气冷凝器出口温度和压力、高沸塔顶部温度、高塔再沸器温度、单体储灌平衡管压力。
氯乙烯低沸塔入口温度是非常重要的一个参数。如果温度过高，进料就含有过多的氯乙烯气，使氯乙烯液产量降低；如果温度过低，进料的低沸点杂质含量过多，加重低沸塔的负荷，降低蒸发的效率，并且使得能耗上升。
低塔再沸器温度决定蒸发的速度，是再沸器和低沸塔循环对流，进行热交换的动力源，并且直接影响低沸塔出料温度。
低沸塔塔顶温度同样影响蒸发的质量，适当的塔顶温度会大大减少蒸发掉的氯乙烯气，也就是减少了产品的损耗，同时也提高了尾气冷凝器的回收效率。而低沸塔液相出口温度则表征了塔底液的热含量状况，它与低塔再沸器温度、排料温度紧密相关。
低沸塔液位的平衡反应了进料量、蒸发量和出料量的平衡，也就是物料平衡，并且合适的液位能确保低沸塔和再沸器之间的热交换自循环。
尾气冷凝器出口温度和压力决定尾气回收的效率和质量，高沸塔的参数与低沸塔相应位置的参数所起的作用基本一致，而单体储灌平衡管压力则确保成品不致于逆流。
从图中不难看出，进入全凝器的氯乙烯混合汽流量的变化直接影响低沸塔进料的温度和流量，从而影响低沸塔的液位；而低沸塔进料的成分变化使得蒸发时液体汽化吸收的热量发生变化，从而影响塔釜液的温度。由于低塔再沸器的出料就是高沸塔的进料，因此低沸塔进料流量的变化和进料成分的变化同样影响高沸塔的蒸馏质量，这是系统中最主要的两个干扰因素。
5、        系统控制方案
我们知道，过程控制无非就是控制两种平衡，即物料平衡和能量平衡。这里的物料平衡就是低沸塔的进料量和蒸发量、出料量之间的平衡，物料平衡的标志就是低沸塔液位，如果液位不涨不跌保持平稳，则说明进料总量与出料总量已经达到平衡。而能量平衡指的是系统热水给水所含的热量与蒸馏吸收的热量、塔釜液带走的热量、系统热损耗之间的平衡。低塔再沸器温度是能量平衡的标志，因为只有低塔再沸器温度保持稳定，提供的热量和消耗的热量才是相等的，否则不是热水给水量过大就是过小。
在控制过程中，利用对塔釜液的排放量控制系统的物料平衡是一个直接而有效的办法。而对低塔再沸器温度的控制，如果只是调节热水给水阀，由于温度的惯性较大，则很难减小干扰的影响，因此应增加一个参量进行串级调节，这里我们选择低沸塔液相出口温度作为这个参量。低沸塔进料的成分变化首先在低沸塔液相出口温度的变化上反应出来，利用它作前馈变量有利于缩短调节过程所需的时间，并能较好的克服进料流量、酒量成分变化带来的扰动。而对低沸塔液位进行控制时同样引入低沸塔液相出口温度进行串级调节，使得在保持液位平稳的同时，蒸馏温度也同时处于一个合适的平衡点，最大程度上避免了系统的内部的互扰带来的振荡。
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