中控 氯碱行业－PVC自动化解决方案

　　一、前言

　　在PVC行业，中控有着丰富的技术改造和新上装置的工程实践经验和完善的行业自动化生产过程解决方案。自1998年开始，先后在杭电化、西化、太化、福二化、株化、宜宾天原、内蒙古三联化工、包头明天、河南神马、四川金路、青岛海晶和阳泉煤业等三十多家企业的100多套装置上得到成功应用，生产工艺技术涉及悬浮法、本体法和乳液法，釜型有13m3、30m3、45m3、48m3、70m3等。

　　目前国内约60%的氯碱行业装置选用了中控的WebField系列的DCS，完全扭转了过去基本依赖进口DCS产品的局面。中控期待着为更多的PVC行业用户提供优质的产品、完善的服务，帮助更多的PVC行业用户提高经济效益与社会效益。

　　二、PVC生产工艺流程简介

　　PVC的聚合基本方法有四种：悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合。树脂产品的物理形态有粒状、粉状、糊状、溶液和清漆等，它们各自适应一定的加工工艺或使用范围。目前我国主要用悬浮法生产，成品为某种粗细的粒状树脂，适宜于压延、挤出、注射、吹塑等成型加工工艺，对悬浮法作适当的改进，可生产代糊用树脂。乳液法糊树脂均采用国外的技术，其产量约占10％，随着硬质树脂使用范围的扩大，其比重有所下降。本体法PVC聚合在我国仅宜宾天原化工二厂和内蒙古海吉氯碱化工股份有限公司采用，其产品和悬浮法相近，但产品质量较悬浮法有一定的优势，随着生产装置的国产化和单套装置产量的增加，其产品具有很强的市场竞争力。

　　电石法制取PVC工艺流程主要由乙炔制备、氯乙烯合成及精馏、聚合、干燥等工序构成。

　　

　　三、PVC生产过程主要控制方案

　　3.1 氯乙烯（VCM）合成

　　关键控制：

　　氯化氢气体和乙炔气体流量比值控制

　　干燥的氯化氢气体和乙炔气体以一定的流量自动配比同时分别进入混合器，乙炔流量跟随氯化氢流量变化。控制难点是这两种气体的流量如何准确测量、变比值系数的确定以及调节阀的防腐选型。

　　混合器温度压力联锁保护

　　当混合器内的温度或压力超限时自动切断乙炔流量并采取一系列的保护措施。

　　乙炔稳压控制

　　进入混合器前的乙炔压力必须稳定，为此在乙炔总管设稳压调节回路。

　　3.2 氯乙烯（VCM）精馏

　　

　　关键控制：

　　低沸塔再沸器的加热控制

　　低沸塔再沸器的加热控制方块图如下图所示，该控制系统的设定值为低沸塔的塔底温度，然后加入两个前馈：即塔顶温度和塔釜液位的前馈，如有可能再加入提馏段的温差，此控制系统若加入提馏段温差前馈，则可以对进料扰动做较快的补偿，从而提高整个控制系统的稳定性。

　　

　　低沸塔塔顶冷剂量控制

　　低沸塔塔顶冷剂量控制方块图如下图所示，该控制系统的设定值为低沸塔塔顶温度，然后也加入两个前馈：即塔釜温度（提馏段温差）和塔釜液位的前馈，同样可以对进料扰动做相应的补偿，从而提高整个控制系统的稳定性。

　　

　　低塔到高塔的中间过料量控制

　　低塔到高塔的中间过料量控制系统的设定值为低塔液位，因为低塔液位的波动对整个精馏过程和产品质量的影响很大，所以低塔釜液位需要恒定控制，它也受进料量、进料状态及低塔釜加热量波动的影响，故加入了这二个前馈量。

　　

　　高塔再沸器加热量控制

　　高塔再沸器加热量控制系统的设定值为高沸塔塔釜液位，此控制系统是通过控制加热量，从而控制塔釜中的蒸气量达到控制塔釜液位的目的，但高塔釜液位受塔釜温度（提馏段温差）、塔顶温度（精馏段温差）、塔顶冷剂量和从低塔到高塔的过料量的影响也很大，因此也加入了这几个前馈作为扰动补偿，从而提高整个控制的稳定性。

　　

　　VCM精馏高沸塔、低沸塔采用浙大中控先进控制的控制效果和常规控制效果对比如下图：

　　

　　3.3 PVC聚合

　　1. 小釜控制

　　PVC聚合釜温度的控制在反应过程中基本上采用了釜内温度与夹套温度的串级调节方案，以聚合釜内温度为主调参数，夹套温度为副调参数。采用夹套温度副回路，可以使冷却水阀前压力和温度等扰动都能很快地克服，即温度副回路起迅速的粗调作用，温度主回路起进一步的细调作用，同时用户考虑冷却水温度较高，控制效果不理想，参照70M3的温控原理，采用内冷单独控制方式。

　　特色控制策略：

　　加热—实行位式控制，目的为了缩短升温时间。

　　过渡—设置切换温度点，同时结合工艺专家的控制经验，做到动态切换，避免超调。当PVC聚合釜内温度达到切换温度点时，进入过渡过程的经验PID控制，使PVC聚合釜温度平稳过渡到设定温度。

　　保温—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聚合釜内温度恒定，考虑到该厂采用二种冷却水方式（外冷采用工业水循环水，内冷采用+5度冷冻水），我们考虑外冷采用分程控制，内冷采用主环输出直接控制，以减小内冷冷冻水动作幅度大产生较大的干扰。

　　2. 悬浮法70m3PVC聚合控制

　　关键控制：

　　等温水入料控制

　　在古德里奇技术中，脱盐水采用热水进料。当脱盐水、VCM单体、分散剂、其它助剂加料完成后，聚合釜温度约高于聚合反应温度，加入引发剂后即可直接进入聚合反应过程，省去了升温环节，不但缩短了单釜操作时间，提高单釜产能，而且提高了产品质量。

　　聚合反应过程控制

　　在聚合阶段，控制程序要完成釜温控制、 温度分布检测、压力检测、测点检测、粗料预估、注水控制、反应终止判定和满釜检测等。

　　釜温控制

　　该控制采用聚合釜釜温和盘管冷却水温的串级控制，通过调节盘管和内冷管进水量来稳定釜温。

　　四、典型业绩

　　中控近年来承担了国内30家PVC企业的新建或扩建技术改造工程的50多个自控项目，从乙炔制备、氯乙烯合成精馏，到聚合、干燥，整个生产线全面由DCS控制自动优化运行。

　　在VCM精馏部分的高沸塔、低沸塔工艺控制中，使用中控APC先进控制软件，使精馏效果达到高效和高质量安全运行。

　　中控DCS已经应用于各种规格的PVC聚合釜控制，例如30 m3、48 m3和70 m3。应用的聚合工艺类型有本体法和悬浮法。

　　下面是我们在PVC行业部分典型项目: