（系统工程专业论文）线性低密度聚乙烯生产过程监控系统的集成与开发.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 随着生产技术的发展和生产过程的日 益复杂，为确保生产装置安全、高效 地运行， 需要对与系统的稳定及产品质量密切相关的重要过程进行实时监视和控 制， 因此， 开发一套适合于生产过程的实时监控系统越来越重要。 本文所介绍的 线性聚乙 烯生产过程监控系统正是基于这样的应用需求， 以 线性聚乙 烯生产装置 这样一个典型的复杂工业生产过程为应用背景进行的研究与开发工作。 实现一个工业生产过程的实时监控系统涉及许多方面的内容和技术， 主要包 括工业生产装置 ( 如线性聚乙 烯生产装置) 的模型化、 生产流程的集成监测与控 制、 计算机硬件系统的网络配置、 监控应用软件及其接口、 实时数据库设计、 人 机交互界面设计等等， 本文结合工业流化床聚乙 烯生产过程的实际应用， 提出了 有针对性的总体系统结构和解决方案。主要研究内容和成果如下: 1 .阐述了聚乙烯生产过程监控技术主要研究内容， 综述了线性低密度聚乙烯生 产过程监控技术的发展和应用情况; 从工业流化床聚乙烯生产过程的工艺特 点出发，介绍了线性低密度聚乙 烯生产过程工艺流程和相应的过程控制要 求，为应用打下基础; 2 .综合工业流化床聚乙烯生产过程的工艺特点和设计要求， 给出了生产装置的 计算机集成监控系统设计及其总体系统结构，具体包括界面平台的设计、 生 产工艺包和实时数据库及其接口; 3 .进行了线性低密度聚乙烯生产装置监控系统的具体实现。 系统的开发采用基 于 w e b的操作平台 以工艺包程序为核心，以实时数据库为数据交换中心， 构成了完整的聚乙烯生产过程实时监控系统; 4 .实现了线性低密度聚乙烯生产过程监控系统的现场长期运行， 给出了实施运 行后的若干主要运行结果及其效果分析， 包括产率控制、 熔融指数控制、密 度控制、牌号切换控制等。结果表明， 该系统达到了 预期的设计目 的， 提高 了线性低密度聚乙烯装置的自 动化水平。 最后，总结本文的研究成果，指出了线性低密度聚乙烯生产过程监控系统 的集成、开发与实施的若干体会与心得。 关键词 聚乙 烯 过程生产监控 实时数据库 软件接口 牌号切换 熔融指0 浙江大学硕士学位论文 ab s t r a c t wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g y a n d t h e i n c r e as i n g c o m p l e x i t y o f p r o d u c t i o n , i t i s r e q u i r e d t o m o n i t o r a n d c o n t r o l t h e v e r y i m p o rt a n t p r o c e s s w h i c h i s r e l e v a n t t o t h e s t a b i l i t y o f s y s t e m a n d p r o d u c t q u a l i t y f o r t h e s a f e l y a n d h i g h l y e f f i c i e n t l y r u n n i n g o f p r o d u c i n g e q u i p m e n t , t h e r e f o r e , a g e n e r a l a n d e f f i c i e n t d e s i gn a p p r o a c h u s i n g a r e a l t i m e m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m t o c o p e w i t h a c o m p l e x i n d u s t r i a l p r o d u c i n g p r o c e s s b as e d o n l l d p e i s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r . i n o r d e r t o r e a l i z e t h e r e a l t i m e m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m o f a i n d u s t r i a l p r o d u c i n g p r o c e s s , i n c l u d i n g t h e m o d e l in g o f t h e in d u s t r i a l p l a n t ( l l d p e e .g .) , t h e i n t e g r a t e d m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l o f t h e p r o d u c i n g p r o c e s s , t h e c o n f i g u r i n g o f t h e c o m p u t e r h a r d w a r e s y s t e m , t h e i n t e r f a c e a n d s o ft w a r e o f m o n i t o r i n g a n d c o n tr o l , t h e d e s i gn o f t h e r e a l t i m e d a t a b as e , a n d t h e d e s i gn o f t h e h mi , t h i s p a p e r r e p r e s e n t s a m e t h o d c o m b i n e d w i t h t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f i n d u s t r i a l g a s - fl u i d iz e d b e d p o ly e t h y l e n e p r o c e s s . c o n t e n t s i n t h i s p a p e r a r e a s f o l l o w i n g : 1 . t h e p a p e r s u m m a r i z e s t h e d e f i n i t i o n , c o n t e n t , d e v e l o p in g t e n d e n c y a n d m o d e l i n g m e t h o d s o f t h e m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m f o r i n d u s t r i a l li n e a r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e p r o c e s s , a n d i n t r o d u c e s t h e i n d u s tr i a l l i n e a r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e p r o c e s s a n d p r o c e s s c o n t r o l r e q u i r e m e n t s b a s e d o n i t . 2 . a n a ly z i n g t h e c h a r a c t e r s a n d d e s i gn r e q u i r e m e n t s o f t h e g a s - fl u i d i z e s p o l y e t h y l e n e p r o c e s s , t h i s p a p e r p r o p o s e s t h e d e s i gn o f t h e c o m p u t e r i n t e g r a t e d m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m o f t h e p l a n t a n d t h e s t r u c t u r e o f t h e s y s t e m , m a i n l y i n c l u d i n g t h e d e s i gn o f t h e p l a t f o r m , t h e p r o d u c in g s o ft w a r e p a c k e t , t h e r e a l t i m e d a t a b a s e a n d it s i n t e r f a c e . 3 . t h i s p a p e r r e a l i z e s t h e m o n i t o r in g a n d c o n t r o l s y s t e m f o r i n d u s t r i a l li n e a r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e p r o c e s s . t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s y s t e m a p p l i e s t h e o p e r a t in g p l a t f o r m b as e d o n we b . t h e m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m f o r in d u s t r i a l l i n e a r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e p r o c e s s c o m p r i s e s t h e s o ft w a r e p a c k e t a s t h e c o r e a n d t h e r e a l t i m e d a t a b a s e a s t h e d a t a e x c h a n g e c e n t e r . 浙江大学硕士学位论文 4 . wi t h t h e l o n g - t i m e l i v e o p e r a t in g o f t h e m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m f o r i n d u s t r i a l l i n e a r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e p r o c e s s , a s e r i e s o f r e s u lt s a n d t h e i r a n a l y s i s h a s b e e n g i v e n o u t , m a i n l y i n c lu d i n g th e c o n t r o l o f p r o d u c t i o n r a t e , m e l t i n d e x , d e n s i t y a n d g r a d e c h a n g e o v e r . t h e r e s u l t s d e m o n s t r a t e t h a t t h e s y s t e m h a s r e a c h e d t h e a n t i c i p a t e d d e s i g n r e q u ir e m e n t s a n d a d v a n c e d t h e a u t o m a t i c c o n t r o l p e r f o r m a n c e o f i n d u s t r i a l l in e a r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e p l a n t . f i n a l l y , t h e w h o l e t h e s i s i s s u m m a r i z e d , a n d s o m e e x p e r i e n c e s o f t h e i n t e g r a t i n g , d e v e l o p in g a n d e x e c u t i n g t h e m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m f o r i n d u s t r i a l l i n e a r l o w d e n s i t y p o l y e t h y l e n e p r o c e s s a r e g i v e n o u t . k e y w o r d s : p o l y e t h y l e n e ; mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l o f p r o d u c i n g p r o c e s s ; r e a l t i m e d a t a b a s e ; i n t e r f a c e o f s o ft w a r e ; g r a d e c h a n g e o v e r ; me l t i n d e x ; i v 浙江大学硕士学位论文 致谢 从2 0 0 2 年入学至今的两年多的学习和工作中，我得到了 很多老师和同学的 帮 助和关心。 在论文即 将完成、 学业即 将结束之际， 向 所有关心过我的 老师、 同 学、朋友和亲人们表示诚挚的谢意。 首先要衷心感谢的是我的恩师梁军教授。 您三年来对我学习和研究的悉心指 导和谆谆教诲令我终身受益。 在您的指导下， 我在各方面的能力都得到了相应的 提高。 您的睿智、 对知识孜孜不倦的追求、 对教育科学研究的热爱、 严谨的治学 态度让我学到了如何做事， 您在生活中的宽 容、 豁达教会了 我如何做人。 千言万 语在此刻化为了一句 “ 谢谢您! ” 。 感谢浙江大学系统工程研究所的所有老师， 感谢你们给我的指导和帮助; 你 们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉， 也是完成本论文的基础; 浙江大学 系统工程研究所是一个团结友爱， 积极向上的集体， 为我提供了舒适的学习条件 和良 好的科研氛围，在此表示衷心感谢。 感谢师兄刘育明、 陈国金、 汪小勇和万力的 热心指导和帮助， 本论文涉及的 研究和开发工作的顺利完成得益于大家亲密无间的合作和众位师兄的先期成果; 感谢高枫和沈倩等师弟妹的关心与支持; 感谢我们实验室的所有同学， 从你们身 上我学到了很多的新知识和新方法。 感谢齐鲁石化塑料厂杨宝柱厂长、 信息中心刘风周主任、 刘志鹏主任、 王文 庆副主任， 在我的科研项目中， 你们给我提供了 便利的工作条件， 并给予了 密切 配合和积极支持。 感谢我的室友们， 你们的开怀大笑、 你们的精神鼓励、 你们的无私帮助给了 我快乐和温馨的感觉，给了我永远无法忘记的研究生生活。 特别要感谢我在远方家里的亲人们， 你们给我生活上的关怀和精神上的鼓励 是我学习的动力，谨以此文献给你们。 吴军强 2 0 0 5 年1 月2 5日 于求是园 浙江大学硕士学位论文 第一章 绪论 摘要 本章分析了线性低密度聚乙烯生产过程监控系统的集成与开发的方法、现 状，阐述了其中的主要技术环节，讨论了相应监控系统的工业应用设计与实施。 最后概述了本文的主要研究内容。 关键词 聚乙烯 生产过程监控 集成 1 . 1 引言 随着生产技术的发展和生产过程的日 益复杂，为确保生产装置安全、高效 地运行， 需要对与系统的稳定及产品质量密切相关的重要过程进行实时监视和控 制，因 此，开发一套适合于生产过程的实时监控系统越来越重要 1 -0 j聚乙 烯是 合成 树脂工业中的大宗产品， 在国民经济中 发挥着重要的 作用5 1聚乙 烯反应工 程近几年发展很快， 特别是近年来由于多种学科的协同、 交叉与渗透， 聚乙烯反 应工程的界定己从高分子科学、 化学与工艺和过程工程原理的结合， 演变为强调 和控制工程原理的结合6 - 10 1 。 研究工作一般包括: 聚合与化学改性反应动力学， 数学 模型与仿真， 聚合反应器的设计与放大， 特殊变送器的 研制与过程监控， 聚 合反 应器的 优化、 状态估计与 计算 机控制等 1 1 -1 4 1 。 在聚乙 烯生产 过程中， 主要 质 量参数熔融指数和密度的可调范围内有上百种的品种牌号， 对熔融指数和密度进 行实 时 监视和 控制， 在企业的 经济效 益方面 具 有十分重 要的 意 义 1 5 -2 0 1 。 可 是 在许 多聚乙 烯生产装置中，存在着一大部分生产变量，由于技术或是经济上的原因， 很难通过传感器进行直接测量。 为了解决此类过程的控制问 题， 以前往往采用两 种方法: 一种方法是采用间接的质量指标控制， 但此法难以 保证最终质量指标的 控制精度; 另一种是采用设备投资较大的在线分析仪表， 维护成本高， 测量滞后 较大， 而使得调节品质不理想。 为了 解决上述问题， 掌握质量指标和聚合条件之 间的定量关系是控制成功与否的关键，利用这些关系建立软测量模型工艺包 2 1-2 5 1 ，目 前 在实施软测量模型一般采用两层结构， 底层用d c s 运算模块或可编 程语言 实现软测量在线数据采集、 数据滤波和显著误差检验、 数据预处理和软测 量值计算;上层工业p c机或实时数据库的应用程序实现软测量模型的组态、自 校 正 和 离 线 维 护 2 6 -2 9 1 浙江大学硕士学位论文 1 .2 流化床气相聚合工艺流程 流化床气相聚合工艺流程 ( 图1 )的关键设备有流化床反应器、循环气体压 缩机等。 反应气体的循环是该工艺的特征。 这里循环气体包括乙 烯、 丁烯 ( 或己 烯) 、氢气、氮气及其他惰性气体，这些气体为流化床的反应提供了流化和传热 的介质， 并为聚合物颗粒的长大提供了所需要的反应物。 循环气体通过反应器时 一方面流化聚乙烯颗粒，另一方面部分乙烯被聚合 ( 转化率为1 -2 %) ，从反应 器出来的循环气首先进入循环气压缩机， 再经过循环气体冷却器， 之后重新回到 反应器。精致乙烯、氢气、丁烯 ( 或己烯) 、三乙 基铝催化剂从流化床循环管路 进入聚合系统。 催化剂直接向 流化床反应器内 注入， 流化床的出料机构将生成的 聚合物放出，同时保持流化床料位高度恒定。 图 1 un i p o l 聚乙场工艺流程示意图 f i g . l ur n i p o l p r o c e s s 时 g a s p h a s e p o l y meri z a t i o n o f e t h y l e n e 浙江大学硕士学位论文 1 . 3 质量控制与牌号切换 在工业生产中， 聚合物的分子量和共聚物组成通常用熔融指数 ( me l t i n d e x , 简 称m i ) 和密度 ( d e n ) 表征 1 7 ,3 0 熔融 指 数和 密 度的 大小可以 直接影响 树脂 额使用性能和加工性能， 因此， mi 和d e n成为衡量聚合物质量的主要指标。 在 生产过程中， 聚乙烯的熔融指数和密度受到反应器中诸多因素的影响。 气相流化 床聚乙烯反应器的产品质量是很重要的一部分， 包括熔融指数和密度， 而生产操 作中影响树脂性质的操作变量主要是床温、h 2 / c 2 浓度比 和共聚用单体/ c 2 的 浓 度比，这些控制变量的调整值的大小取决于树脂性质对于设定目标值的偏离 15 ,3 1 。 当 催 化剂 确定 之 后， 产 品 的 性 能 主 要 受 到 聚 合 温 度、 氢 气 / 乙 烯比 、 共 聚 单体/ 乙 烯比的影响。一般温度提高， 链转移反应加快，聚合物分子量下降，熔 融指数升高; 氢气作为链转移剂加入反 应体系中主要用来控制熔融指数。 氢烯比 的提高使得树脂分子量降 低， 而树脂的 熔融指数随之提高。 对一般的 催化体系而 言， 它的影响是相当大的， 是调节树脂熔融指数的主要手段。 共聚单体和乙烯的 比值主要用来控制树脂密度， 共聚体的加入， 可以增加聚乙烯分子链的支链数目。 流化床料位高 度和产量决定了 催化剂的停留时间和分布， 对聚合物质量指标的 控 制 也 会 产 生 影 响 3 2 ,3 3 在一个气相法聚乙烯反应器中， 往往担负着多种p e 牌号的生产任务， 从一 种产品过渡到另一种产品时就有特定的要求。 在产品牌号切换时， 通常把熔融指 数 ( mi ) 和密度 ( d e n) 作为调控目 标。 p e的mi , d e n与产品的加工性能和 最 终 使 用 性 能 密 切 相关 9 ,13 mi 与聚合物的流变性、冲击强度、耐环境应力开裂性、拉伸强度及介电常 数有关;而d e n与刚性、拉伸强度、耐热性、 硬度、渗透率、透明度、冲击强 度和弹性有关。由于产品的用途不同，对mi 和d e n的要求也不同。产品的切 换次数和生产数量是由价格和市场的 需求决定的。 所以为满足市场和经济的发展 需求， 要求生产过程频繁实现产品 牌号的 连续切换。 在u n i p o l 反应器中， 聚合 物在反应器的停留时间一般为3 -5 小时，每完成一次过渡都需要很长的时间， 不可避免地要生产大量地副产品， 因 此对产品地过渡进行优化控制具有很大地经 济意义。 对于熔融指数和密度的控制， 近几年多采用多变量先进过程控制技术结合工 浙江大学硕士学位论文 艺过程开发并联控制器和串联控制器， 使装置在安全稳定操作的条件下实现卡边 控制3 4 ,3 5 ,3 6 。 很多厂家利用a s p e n t e c h的d m c p l u s 技术实施先进控制，同 时结 合a s p e n i q建模及软仪表技术，完成产品m i 及d e n的闭环控制3 7 -3 9 。由 于 mi 影响因素复杂，在线分析十分困难，实际生产中每两个小时采样进行一次实 验室分析。 然后利用a s p e n i q的成套技术建立m i 的预测模型， 并通过适当 的组 态实现 mi的在线预测。在此基础上，与所开发的并/ 串联控制相结合一起实现 m i 的闭 环控制4 0 ,4 1 1 1 . 4 软测量与工艺模型 在过程控制中， 一些重要的产品质量指标因限于目 前的技术条件， 尚无法进 行在线测量， 只能依靠离线的实验室分析去指导生产。 为了 提高产品的质量， 人 们寻求通过建立预测模型建立质量指标同操作参数之间的关系， 以便依据过去和 现时刻的操作参数对未来的质量指标进行估计， 这就是质量指标的最优估计。 作 为一个估计器的预测器起到测量仪表的作用，工业上又习惯称其为 “ 软测量” 1 7 ,2 8 ,4 0 -4 4 1 。随着计算机技术的发展， p c与台式工作站已 成为测量应用领域的 标 准控制平台。 带有用户接口 程序库、 仪器仪表驱动程序库、 测试执行程序及分析 库的虚拟仪器仪表应用软件极大提高了仪器仪表系统的开发效率。 工业流化床的 气相连续聚合生产过程中， 熔融指数和密度受到反应器中诸多因素的影响。 当 催 化体系确定之后， 产品的性能主要受聚合温度、 氢气/ 乙烯比、 共聚单体/ 乙 烯 比、 催化剂进料量及停留时间、 流化床料位等众多因素的影响。 反应条件一旦发 生 变 化 ， 熔 融 指 数 和 密 度 也 随 之 改 变 2 3 ,2 4 ,2 51 . 催化体系 催化剂的类型决定了 产品的结构形态和用途， 其配方和制备工艺对聚合物的 熔融指数和密度等质量指标有着重要的影响。 特定的催化剂用来生产特定的聚合 物产品。 然而， 对于工业大型连续聚合装置， 催化剂的使用都比较固定， 一般不 作为频繁变动的影响因素。 . 聚合反应温度 浙江大学硕士学位论文 聚合反应遵循 a r r h e n i u s 方程，因而温度对于反应过程的影响是显然的。反 应温度还将通过影响催化剂的活性而影响反应速率、颗粒粒度和产品灰份含量。 实际生产经验表明， 提高反应温度使链转移加快， 聚合物分子量下降， 增大树脂 熔融指数， 降低树脂密度。 所以， 在安全生产的前提下反应器温度一般尽量提高。 . 氢气/ 乙 烯比 氢气作为聚合物分子量的调节剂在聚合反应中起到链终止剂的作用， 是控制 m 催化剂树脂熔融指数的主要手段。提高氢烯比使树脂分子量降低，增大树脂 的熔融指数。但是，氢烯比的提高将增加树脂粘性，增大了 树脂粘结的可能性， 严重 影响了 正常的流化反应。 因 此， 实际生 产中一 般坚持在熔融指数能 够保证满 足生产指标的前提下尽量降低氢烯比。 . 共聚单体/ 乙 烯比 在聚合反应中加入共聚单体会增加聚乙烯分子的支链数目， 从而加大分子与 分子的间距， 使得树脂产品的密度下降， 所以对于给定的催化剂， 控制共聚单体 的加入量可控制树脂密度。 由于原料精制能力的限制， 提高共聚单体的进料物流 必将带来更多的杂质， 这将导致催化剂活性的下降， 而且单独提高共聚单体与乙 烯比值同时也将导致乙烯分压的降低， 最终引起反应产率的降低和树脂颗粒平均 粒径分布( a p s ) 的 减少， 细粉增多，因 此， 在改 变共聚单体流率时 必须综合考虑 由于其改变带来的多方面影响。 . 流化床料位 提高反应器料位，延长树脂和催化剂的停留时间，进而提高催化剂的得率 和载体硅胶的破裂程度， 从而提高树脂的平均粒度、 降低灰份含量、 增加薄膜表 观度。 同时， 提高料位也将改善反应器的死区， 但料位过低将造成流化床流化和 返混效果下降，甚至造成床层离析。 . 催化剂进料流率 流化床的生产速率主要由催化剂种类、催化剂停留时间、 反应温度、 聚合停 留时间决定。 在给定的生产操作条件下， 催化剂活性决定生产速率， 当催化剂给 浙江大学硕士学位论文 定且操作稳定时， 生产速率主要由催化剂进料速率控制。 为防止暴聚， 必须在保 证安全生产的前提下提高催化剂的进料流率。 . 反应器压力 反应器压力对熔融指数和密度无显著的直接作用，但对催化剂活性却有很 大影响， 进而影响到质量指标。 由于反应器压力的增加意味着流化床内混合气密 度的增加， 给反应器的 温度操作带来了较大干扰。 因此， 反应器压力一般维持恒 定。 从上面的分析可以 看出， 影响树脂性质的因素众多， 为了 满足树脂质量控制 要求， 在不增加或少增加投资的条件下，需要构建软测量器用于预测产品质量， 从而对过程检测和控制系统产生巨 大影响， 提高生产过程的自 动化水平。 使用软 测量器预测聚乙烯产品质量， 可以 很方便的工作编程或组态来实现聚乙烯软测量 数学模型， 可以通过编程器或组态操作方便地对模型参数进行修改， 甚至可以对 推理控制模型进行修正， 采用软测量技术， 直接对熔融指数和密度进行多目 标函 数进行估计， 使优化控制直接在过程控制级实现， 减少控制回路间的协调。 对聚 乙 烯质量控制采用软测量技术极大限度地降低工业过程检测和控制系统的成本。 提高 控制系统控制性能指标， 为聚乙 烯生产过程检测和控制系统的发展提供必要 的技术条件。 ， . 5 产率控制3 ,1 0 ,1 5 ,3 3 1 聚乙烯树脂的产率与反应条件 ( 温度、 压力、气体组成等) 和催化剂 ( 进 料量和活性) 有关，由于催化剂活性由 催化剂本身决定 ( 无法通过操作改变) ， 而反应条件又通常用来控制树脂性质， 所以产率主要是调节催化剂的进料量来控 制。 催化剂由一对在反应器附近的加料器送入，一个调速电机转动进料器里面 的圆盘， 当圆盘转时， 几个圆周上的小洞用催化剂填充， 当这些催化剂传递到进 料器加速段时， 催化剂掉进加速段， 从加速段中 被氮气送到反应器。 增加催化剂 进料量可以通过增加圆盘的转速或打开其它的加速段来实现， 相反， 催化剂进率 的降低可以 通过减速或关闭加速段来实现。 无论产率由计算机控制还是由操作工 浙江大学硕士学位论文 产率通过增加催化剂进料来提高，通过减少催化剂进料来降低。 we b 信息集成平台14 6 ,4 7 ,4 8 ,4 9 ,5 0 ,5 1 1 制6 控1. 基于w e b 的信息集成平台 是面向 工业过程控制的基于i n t r a n e t 的we b 应用 软件， 它将传统上仅由现场操作人员处理的生产过程信息 ( 生产实时数据) 在企 业i n t r a n e t 上发布，为整个企业范围内 用户共享， 拓展了信息流通的 流域， 提高 了信息的集成速度。它是i n t r a n e t 技术、通讯技术与控制技术具体地说，具有以 下的功能特点: 基于w e b 的带实时数据显示的流程图 基于w e b 的趋势图同时提供实时趋势与历史趋势的显示 卜 基于w e b 的数据的历史分析与统计 基于w e b的生产现场图象监控 面向整个企业网的消息发布和讨论环境 个性化服务能力: 能够存储个人浏览的喜好与习惯， 提供针对不同的 用户的个性化服务。 数据访问安全: 可由 用户验证页面鉴定合法用户， 在数据传输中， 位 号等关键字段不采用明文，而通过随机编号进行替代，增强了传输过程的 安全性。 低的使用成本:客户端使用通用浏览器软件 ( i n t e r n e t e x p l o r e : 或 n e t s c a p e ) ， 无需安装 任何 专门 的 客户 端软 件。 低的 培 训 成 本 : 浏 览 器 软 件 简 单 易 用 ， 为 普 通 用 户 熟 悉， 无 需 复 杂 的用户使用培训。 升级维护的低成本:通过更新服务端程序即可实现系统的升级与维 护，避免了大量的设置与修改工作，降低了系统的维护成本。 开放性与可扩展性: 基于分布式的 异构数据库，能够方便地与 在管 理服务器上的企业管理数据库集成，构成基于w e b的企业e r p系统。 目前在流程工业中已经有很多公司将 w e b技术成功的应用于过程生产监控 系统，由 于其诸多方面的优点， 将 w e b技术应用于聚乙 烯生产过程监控系统， 可以极大的降低系统开发成本，使实时生产数据在全厂范围内共享。国内外将 we h 枯犬用干塞阮牛产讨程p 4 k 很名年，室阮应用也在坏渐增加 浙江大学硕士学位论文 1 . 7 本文主要研究工作 本章节介绍聚乙 烯生产过程监控技术主要研究内 容， 并综述了本文研究的线 性低密度聚乙烯生产过程监控技术的发展和应用情况。 在后面的章节中， 我们将 进一步研究线性低密度聚乙烯生产过程监控系统的集成与开发， 包括线性低密度 聚乙烯生产过程工艺流程及控制要求、 系统设计与集成、 系统开发与实现和系统 实施运行。具体章节如下: 第二章从工业流化床聚乙烯生产过程的工艺特点出发， 介绍线性低密度聚乙 烯生产过程工艺流程及控制要求分析，包括线性低密度聚乙烯生产过程工艺流 程，线性低密度聚乙烯生产过程控制要求，为应用打下基础。 第三章从工业流化床聚乙烯生产过程的工艺特点出发， 给出了生产装置的系 统设计和计算机集成控制系统结构， 具体包括界面平台的设计、 生产工艺包和实 时数据库及其接口。 第四章系统的开发与实现， 针对线性低密度聚乙 烯生产过程工艺流程及控制 要求， 本章给出了线性低密度聚乙烯生产装置监控系统的具体开发与实现过程。 第五章为系统实施运行。 本章给出了线性低密度聚乙 烯生产过程监控系统实 施运行后的 若干主要运行结果及其效果分析， 包括产率控制、 熔融指数控制、 密 度控制、 牌号切换控制等。 结果表明， 该系统达到了预期的设计目的， 提高了线 性低密度聚乙烯装置的自 动化水平。 第六章总结本文的研究成果， 指出了线性低密度聚乙烯生产过程监控系统的 集成、开发与实施的若干体会与心得。 浙江大学硕士学位论文 第二章 线性低密度聚乙烯生产过程工艺流 程及控制要求分析 摘要: 从工业流化床聚乙烯生产过程的工艺特点出发， 介绍线性低密度聚乙 烯生 产过程工艺流程及控制要求分析， 包括线性低密度聚乙烯生产过程工艺流程， 线 性低密度聚乙烯生产过程控制要求，为应用打下基础。 关键词:聚乙烯生产过程，控制，熔融指数，密度 2 . 1 生产过程及工艺流程 某石化公司的线性低密度聚乙烯 ( l l d p e )装置采用美国联碳公司 ( u c c ) 的气相流化床生产工艺，1 9 8 8 年1 0 月正式开工建设，1 9 9 0 年8 月1 6日 装置基 本建成， 1 9 9 0 年1 0 月打通全流程， 生产出 合格产品。 线性低密度聚乙 烯装置共 有设备3 2 5 台 ( 含国 外设备1 8 6 台 ) ， 其中 动设备1 1 7 台，静设备2 0 8 台， 装置设 计生产能力为每年生产线性密度聚乙 烯6 万吨。年操作时数为8 0 0 0 小时，装置 操作范围为设计能力5 0 %到1 1 5 。 装置以乙烯为主要原料， 以丁烯为共聚单体， 可生产熔融指数0 .3 -1 3 0 ， 密度0 .9 1 8 0 .9 3 9 的4 0 个牌号的线性低密度聚乙烯， 这些产品可用于吹塑、 薄膜、 流延膜、 注膜、 旋塑、 吹塑、 管道、电线、电 缆等。 线性低密度聚乙烯装置共分九个单元: 原料供给及净化单元， 乙烯净化单元， 催化剂制备和贮存单元， 反应单元， 树脂脱气和排放气回收单元， 树脂处理和添 加剂添加单元， 造粒单元， 公用工程和火炬排放单元， 产品贮存和包装单元， 其 中反应单元流程如图2 所示。 浙江大学硕士学位论文 l l d p e反应器流程图 循环水泵g 4 0 0 4 / 4 0 0 5 图2聚合反应单元流程图 聚合反应单元主要由反应系统、 催化剂加料系统、 产品出料系统、 静电控制 系统、终止系统等组成。聚合反应在流化床反应器 c -4 0 0 1中进行，反应压力 为2 . 1 mp a 绝压) ，反应温度根据产品牌号通常控制在8 5 - 9 5 0c ，聚合用催化剂 和各种反应物料连续地加入反应器， 反应循环回路提供床层流化的动力， 并带走 聚合反应放出的热量。生产的树脂直接从反应器间断地排入两个产品出料系统， 然后由排放气输送至脱气仓。 反应循环回路主要由聚合反应器c -4 0 0 1 、 循环气压缩机及循环气冷却器e - 4 0 0 2组成。从反应器出来的气体经循环气压缩机压缩，再经过循环气冷却器 冷却后，连续通过反应器床层，通过调整反应器入口 温度控制反应器床层温度。 反应器是裙座支撑的圆筒型容器， 顶部设有扩大段以 降低流化气体速率， 分离夹 带的固体颗粒，循环气压缩机是垂直剖分单级恒速离心式压缩机，循环气流量 f i c a - 4 0 0 1 - 3 由 压缩机入口 导向 叶片控制。 循环气冷却器是单程壳式换热器， 反应器循环气体走管程， 调温水走壳程， 调温水经水泵闭路循环， 在板式换热器 e - 4 0 0 7中与冷却水进行换热。 催化剂由催化剂加料器v -4 0 3 6 n-4 0 3 7 加入反 应器内， 加料器是u c c专利ma r k - v型加料器， 催化剂由 旋转的计量盘上的 小孔携带落入加速段， 在这里与高压氮气混合后注入反应器， 输送氮气从加速段 浙江大学硕士学位论文 一侧面注入， 并形成涡流后通过注射管注入反应器中， 催化剂加入量的多少决定 反应产率的高低， 催化剂的加料量由加料器计量盘的转速控制。 反应器设有两套 产品出料系统， 正常操作时两套系统是交替运行的， 当一条线发生故障时， 另一 条可单独出料。出料系统由两产品出料罐和两产品吹送罐和2 6 个阀门组成 ( 每 套2 0 个， 两个公用) ，出料罐和反应器之间、 两出料罐之间， 两吹送罐之间以及 出料罐与吹送罐之间均设有气体平衡管线， 以尽可能多地将气体返回反应器， 降 低单耗。 正常料位控制在分布板上 1 1 .9 -1 2 .2 米处，由l i c -4 0 0 1 -3 5 测量， 当 料位高于设定值时，出料系统动作， 通过二级降压系统完成出料。 出料口 位于流 化床底部， 分布板上方， 从反应器排出的气固混合物首先进入出料罐， 部分气体 返回 压力较低的反应器上部， 然后与另一出 料罐进行气体平衡， 再进入吹送罐中， 与另一吹送罐进行气体平衡后，用输送气送入脱气仓中。 2 .2 生产过程控制 1 反应器温度控制 反应器的 温度对催化剂的活性、 树脂产率等性能有较大的影响， 因此在生产 某一特定的 产品时， 必须严格控制反应器的温度。 聚合反应热由 循坏气带出， 经 过压缩后通过冷却器冷却， 然后冷气体返回至反应器冷却床层， 从而达到一个稳 定的热量平衡以维持反应温度稳定。 聚合反应是放热反应， 反应器温度靠反应器入口 温度来冷却。 要控制反应器 温度 t r c a -4 0 0 1 -2 6 ，必须控制反应器循环气入口 温度 t r c -4 0 0 1 - 4 6 ，即 通过控制反应器入口 温度来控制反应器温度。t r c -4 0 0 1 -4 6是通过控制冷热 调温水的流量比实施的. 通过控制两个水流量阀门t v -4 0 0 1 -4 6 a和f v -4 0 0 2 -3 的分程动作来控制水流量比。 反应温度t r c a -4 0 0 1 -2 6 与反应器循环气入口 温度t r c - 4 0 0 1 -4 6 串级 控制， t r c a -4 0 0 1 -2 6 为主回路， t r c - 4 0 0 1 - 4 6 为副回路。 反应温度由t r c a - 4 0 0 1 - 2 6 设定和检测，当设定值和测量值出 现偏差时， 差值信号输入t r c - 4 0 0 1 -4 6 作为其设定， 此设定值与检测到的循环气入口 温度 t r c - 4 0 0 1 -4 6 进 行比 较，通过调节冷水阀门t v - 4 0 0 1 - 4 6 和热水阀门f v - 4 0 0 2 - 3的开度调 节 t r c - 4 0 0 1 一 4 6 ，进而调节反应器温度。 温度高时热水阀 将关小而冷水阀 将 开大，反之热水阀将开大而冷水阀将关小。 在反应系统开车初期， 为了种子床脱水和建立反应的温度条件， 把中 压蒸气 通入循环的调温水中加热循环气， 以便使床层温度达到要求值， 在反应稳定之后 逐渐关掉中压蒸气。 2 反应器压力控制 正常 操 作 过 程中， 反 应 器压力 一般 控制在2 . 1 m p a ( 绝压) ， 它 可 通过 压力 调 节器p i c a - 4 0 0 1 - 3 2 调节新鲜乙 烯进料阀p v - 4 0 0 1 - 3 2 的开度进而控制乙 烯 进料的多少， 以达到控制反应器压力的目 的。 反应产率降 低时， 反应器压力会超 过设定 值， 此时p v - 4 0 0 1 - 3 2 关小， 减少乙 烯的 进料量。当 反 应产率提高时， 反应器压力会低于设定值， 此时p v - 4 0 0 1 - 3 2 开打， 增加乙 烯的进料量。当反 浙江大学硕士学位论文 应器压力超高时，将触发高压联锁，循环气管线上的排放阀门f v - 4 0 0 1 -9将 打开，泄压至正常后关闭。 在反应开车调组分期间，由转换开关 h s - 4 0 0 1 - 3 2 a将 p i c a - 4 0 0 1 - 3 2 的控制信号转至 f v -4 0 1 1 一1上，通过控制循环气的排放量调节反应器压力， 此时f v -4 0 0 1 -3 2 由手动控制， f v -4 0 1 1 一1 也不再受f i c a -4 0 1 1 一1 的控制。 在组分调整完成后，将转换开关h s -4 0 0 1 -3 2 a打回至原位。 在循环气管线上设有一排放管线，由f i c - 4 0 0 1 -9调节排放阀门 f v - 4 0 0 1 -9 控制排放量， 当系统需要泄压时或当p v -4 0 0 1 -3 2 全关时压力仍偏高， 则可通过此阀门排放以 维持反应器压力的稳定。 另外， 此排放管线还可用于脱氧 脱水时的排放。 3 组分控制 ( 1 ) c 2 分压控制 c 2 分压对催化剂活性有很大影响。 在过高的c 2 分压下生产单耗会升高， 同 时会导致催化剂的活性增大，造成温度波动以 及产率波动， 在过低的c 2 分压下 生产， 又会使催化剂的活性骤减， 产率下降， 灰份增高， 细粉含量增多， 严重危 害生产的稳定运行。因此，在生产过程中 应保持乙 烯分压在适宜的范围内。 为有效地控制乙烯分压，装置特设有一条向反应器加入精制高压氮气的管 线。 根据乙烯分压及反应器压力情况，由4 0 0 1 f 1 9 控制精制高压氮气的流量。 乙 烯分压高则开大阀补充氮气， 反之减少氮气量。 在乙烯分压低时， 为了 更快地提 高乙 烯分压，可以通过将出料系统不投交替或适量的排放实现。 ( 2 ) h 2 / c 2 控制 反应器 ( 循环气)中的h 2浓度 a r -4 0 0 1 -1 5由在线分析仪表测量，此 信号由a y-4 0 0 1 一1 5 a输出作为h 2 / c 2比a r c -4 0 0 1 一1 5 的测量值，与其设 定值比较后将其信号送入a y -4 0 0 1 -1 5 b o a y -4 0 0 0 1 一1 5 b同时还接受新鲜乙 烯进料量的 信号， 经过仪表运算后， 其输出 信号将作为f r c - 4 0 0 1 - 2 的设定值。 h 2 进料流量由f t - 4 0 0 1 -2 测量。 f t - 4 0 0 1 - 2 的测量孔板是三个不同 孔径的 孔板 ( f t - 4 0 0 1 - 2 a , b , c ) ，当生产不同 牌号的产品时， 反应器对h 2 的需求 量也不一样， f t -4