DCS系统在间歇液相小本体聚丙烯装置上的应用

1、精选文档DCS系统在间歇液相小本体聚丙烯装置上的应用李振军镇海石化工业贸易有限责任公司聚丙烯车间 宁波 315207摘 要：本文介绍了浙大中控DCS系统在间歇液相小本体聚丙烯装置上的改造和应用，通过对该生产工艺特点的分析，结合DCS系统的优势，开发设计符合该工艺生产特点的把握方案，接受模块化设计方式，设计了投料、加氢、升恒等自动把握程序，并顺当完成改造和投入使用，充分发挥DCS系统的效能，提升了装置自控水平，提高了装置平安运行力量，提高了生产效率。关键词：DCS系统；把握方案；投料；加氢；升恒；引 言镇海石化工业贸易有限责任公司聚丙烯装置建于1995年，接受国内开发的已有20多年历史的间歇液相

2、本体法生产技术，该技术具有很多独特的优点，特殊适合我国的国情，但是由于聚丙烯生产是间歇、单釜操作，自动化水平低，使得操作强度较大，平安平稳性低，能耗物耗较高。 为此，公司提出对该装置进行DCS系统改造，提升装置自控水平，提高装置平安运行力量，提高生产效率。1 工艺概述该工艺过程以聚合釜为反应器,接受单釜间歇操作，以液相丙烯为原料，接受Z-N催化剂，氢气为分子量调整剂，通过聚合釜夹套冷热水的供应，把握聚合釜内在肯定温度和压力下进行聚合反应，通过闪蒸、包装等后续操作后，最终获得聚丙烯产品。具体的原则工艺见图1-1。图1-1 工艺原则流程具体工艺过程：液相丙烯经丙烯泵增压经计量进入聚合釜，并将活化剂

3、、催化剂和分子量调整剂按肯定比例和挨次加入聚合釜。各物料加完后，开头向聚合釜夹套通热水给釜内物料升温升压，这时釜内温度及压力上升。当温度升至50-60、压力在2.0-2.5Mpa左右时（不固定）釜内开头反应，放出热量。由于反应放出的热量会加剧反应的进行，所以应准时停止加热，进入过渡过程，打开循环冷却水使釜内温度或压力按肯定速度上升，既不能上升过快造成冒顶，又不能上升过慢造成生产周期铺张影响效率，甚至消灭“僵釜”而无反应，当釜内温度升至70-75、釜压升到3.0-3.5Mpa时（不固定）进行恒温恒压反应过程。随着反应时间的延长，液相丙烯渐渐削减，聚丙烯颗粒的浓度增加。最终，釜内液相丙烯基本消逝，

4、釜内主要是聚丙烯固体颗粒和未反应的气相丙烯，即达到所谓“干锅”状态，釜压下降，此时认为反应结束，进行高中压回收未反应的丙烯，通过冷凝器冷凝后循环使用，聚合釜釜内物料利用残压把聚丙烯喷入闪蒸釜，通过闪蒸、氮气置换、压入包装料仓进行包装，属于典型的间歇批量操作过程。从上面可以看出，该过程具有分阶段的特点，除聚合反应过程外，其他过程主要以挨次把握为主，但该聚合反应过程具有严峻的非线性和时变特性，在不同的反应期内，过程特性不同,这也是进行DCS改造的困难点之处，因此造成目前较多企业仍接受手动操作，整体自动化水平较低。2 把握方案依据工艺介绍，结合该工艺特点和浙大中控DCS系统的特性，把把握系统过程分为

5、六个阶段：投料、加氢、升恒、回收、放料、置换，每个阶段单独组成一个模块把握系统，进行独立设计，各模块之间又可以自动协接执行，接受颜色标识运行阶段，既保证了系统自动运行的需要，同时又可以确保人工随时进入人工干预状态，另外也有利于后续优化开发，只要对该阶段模块进行优化或者整体设计即可以达到要求。2.1 投料模块投料阶段主要是通过丙烯泵把原料罐、计量罐内液相丙烯增压通过质量流量计计量后，在加料人员协作下，与DDS、活化剂、催化剂分步加入聚合釜内的过程。该过程的操作属于挨次操作，但原来操作需要中控人员、丙烯泵操作人员、加料人员三者之间相互协调操作，过程繁琐，极易造成丙烯泵憋压、聚合釜窜料、计量不精确等

6、特别状况。在本次改造过程中，利用DCS系统的功能，在接受顺控的基础上，对流程进行了优化，结合DCS接受丙烯泵软启动把握，建立了自动定量投料把握系统，具体把握流程见图2-1。图2-1 自动定量投料把握模式图（虚线为把握线）同时为防止窜料以及操作失误，进行了聚合釜、丙烯泵、流程阀门进行了平安连锁把握，具体的程序设计见图2-2：图2-2 自动投料系统设计该程序实施后，削减了各人员之间的协调工作，只要中控室在系统检查通过后，发出某釜投料指令，投料人员接收指令后，现场激活投料程序就可以完成整个投料过程，至于丙烯泵起停、投料量都交由DCS程序把握进行。同时在检查系统中的平安设计可以完全避开无关聚合釜被误激

7、活投料程序，实施以来避开了原先的丙烯泵憋压、聚合釜窜料、计量不精确等问题，也充分实现了中控室对现场操作的完全调度。2.2加氢模块加氢阶段主要是在聚合釜内加入分子量调整剂，该阶段实际上也属于投料过程，但从装置生产状况看，考虑氢气压力以及节省用氢，在生产高融熔指数时需要在投料前加氢，一般状况下在投料后加氢，有时在反应前期需要补加氢气，因此把加氢环节单独作为一个模块进行设计。目前同行在自动加氢主要接受质量流量计来把握加氢量，但成本较高，我们利用DCS系统和压差变送器设计了压差自动加氢程序，且该程序可随时人工介入加氢工作，设计开发的程序如下（节选）：IF R_JQ_IN = ON OR TLTS_IN

8、 = ON THEN (*加氢按钮*)T1_OUT = 1;TL_STEP_OUT = 0 ;YANSE_OUT = 3 ;R_JQ_OUT = OFF ;END_IF;CASE T1_OUT OF1:IF SW_JQ THEN T1_OUT = 2;(*加氢推断*)END_IF;2:SW_PV302Q_OUT = OFF;(*关闭氢气缓冲罐进口阀门*)P1_OUT = PI_301Q_IN ;(*测量氢气缓冲罐压力*)SW_PDV0101_OUT = ON ;(*打开釜上氢气阀门*)SW_PV303Q_OUT = ON ;(*打开氢气缓冲罐出口口阀门*)T1_OUT = 3;3:IF PI_

9、301Q_IN < P1_OUT - EXTR_P_IN THEN SW_PV303Q_OUT = OFF ;(*加氢量计量并关闭氢气缓冲罐出口阀门*)SW_PDV0101_OUT = OFF ;(*关闭釜上氢气阀门*)SW_PV302Q_OUT = ON ;(*打开氢气缓冲罐进口阀门*)R_JQ_OUT = OFF ;YANSE_OUT = 4 ;JQSW_OUT = ON ;T1_OUT = 0 ;END_IF;END_CASE;2.3升恒模块升恒阶段也就是工艺特点里提到的升温升压过程、过渡过程、恒温恒压过程，但是该三个过程又是连续的反应变化的整体，由前面的工艺特点中可知，由于物料质

10、量，设备撤热力量，催化剂活性的影响，各个过程并没有明显的分界，因此仍作为一个整体来设计，但为了程序开发需要，我们人为设置了切换压力、进水压力、恒压压力三个概念。三个概念具体的含义：依据阅历，选取釜内压力为被控变量，由于丙烯聚合釜在反应阶段釜内丙烯总是处于饱和状态，釜压格外接近丙烯的饱和蒸气压，压力的凹凸与温度基本上一一对应，并且压力的测量也较温度的测量超前。选取循环水流量作为操控变量，通过调整水流量来把握釜压。通过对实际生产过程的观看和总结，各个过程的总体特性如下：1升温升压过程。目的就是要在适当的时间内，把握热水阀的开度向夹套加水，使温度、压力依据较抱负的速率上升，该阶段把握得当，有利于缩短

11、单釜操作周期，提高现有装置的生产力量。所以依据实际特点，在这个阶段中，压力小于切换压力时，热水阀开100%，让釜充分升温升压，压力达到切换压力时，把热水系统切换到冷水系统，利用聚合釜夹套内热水连续加热，升温升压到进水压力，这样既缩短了升温时间又使后期反应得到肯定的缓解。从图1-1中可以看到存在热水加热、冷水冷却的交互过程，在升温升压时，存在夹套冷水进入热水槽，严峻干扰了热水槽温控，增加了蒸汽耗量，同样过渡时，存在夹套热水进入冷却塔，严峻影响了冷却塔填料、冷却水温等，因此设计开发了赶水程序。在升温升压开头时，系统自动关闭聚合釜上冷水阀，关闭指型管上冷水阀，打开上热水阀，在回冷水阀开启状态下，进行

12、赶冷水操作，当夹套出口温度达到45，关闭回冷水调整阀，打开回热水阀，对聚合釜进行加热升温。当聚合釜压力达到赶热水点压力（进水压力-0.1）后，关闭回冷水调整阀，打开回热水阀，当夹套出口温度下降到70，关闭回热水阀。程序实施后，削减了夹套冷水对热水槽温控的冲击，见图2-3。 图2-3 “赶水”程序实施前后对比上图为实施前，下图为实施后。由于循环冷水冲击削减，节省蒸汽，据对比节省蒸汽5吨/天，取得了格外好的效益。,2.过渡过程。过渡过程，即进水压力到恒压压力的过渡，这是整个把握的难点，把握的目的就是要依据反应的强弱即压力的变化来把握分程冷水阀及内冷把握阀，使压力依据可控的肯定的上升速度，达到恒压压

13、力左右（由于压力和温度是线性关系）。在这个过程中假如把握不好，有可能超压，引起高压回收，甚至平安阀动作，反之则可能造成“僵釜”。同时还得考虑到由于原料引起反应过弱的状况，因此开发人员在综合各种实际状况后，实行了斜坡把握+PID把握模式进行过渡过程把握，釜压上升到设定的进水点压力后，以恒压点压力为把握点，接受预先设置的PID参数和斜坡把握连锁，把握出口冷水调整阀，把握釜压逐步上升到恒压点，把握升温时间在40min。3.恒压过程。利用PID把握稳态精度高的特点，在恒压正常反应阶段，接受PID把握方式。达到更好的把握精度。该设计开发的把握方案实际运行状况，见图2-4、图2-5。图2-4 手动曲线图

14、图2-5 自动曲线图另外手动把握时，在2.53.0MPa这段范围内，把握往往不准时，易引起超调，特殊是对于阅历不丰富的运行人员来说更难。影响后续反应的平稳性，对产品的质量影响也比较大，回收的机率也大。接受本系统后，运行人员在自动投料结束后，自动启动加氢、升温模块，程序会全程把握热水阀、冷水阀、内冷阀，大幅度削减手动干预，接受自动后，实现了一个人操作8台釜的把握。2.4 回收阶段回收模块包含程序如下，主要的特点是聚合釜釜温与回冷水阀进行连锁把握，避开回收过程中“烧料”消灭，具体模块内容设计如下：1.高压回收：回收过程必需开启高压回收过程。2.中压回收：处于自动状态，进行中压回收，且禁止该釜高压回

15、收阀开启。处于手动状态，系统不进行该项操作。3.温度把握：在回收过程中，聚合釜釜温存冷水出口调整阀进行连锁把握：为提高把握机敏性，设置回收温度高底限把握：当釜温高限温度，全开冷水阀；当釜温低限温度，全关冷水阀；当釜温处于凹凸限温度之间，冷水阀处于回收前的默认状态，可人工视用水状况手动关闭冷却水阀门。当聚合釜搅拌跳车时，全开冷水阀，同时也可人工进行操作。2.5 放料、置换阶段放料、置换模块程序比较简洁，主要就是挨次把握。2.6 其他把握 由于原先的仪表只能对聚合升恒模块进行把握，因此在本次DCS系统改造过程中，对氮气系统、蒸汽系统都开发了自动把握程序，基本实现了自动把握。3 实施效果3.1 通过对把握方案的实施，完成了DCS系统的改造，并形成了图3-1的操作界面图（以1各釜为例），并顺当开车成功，取得了良好的效果。图3-