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氯乙烯单体是生产聚氯乙烯不可缺少的原料,目前,大部分企业是利用电石法来制备氯乙烯单体。在制备氯乙烯单体过程中,氯乙烯精馏是至关重要的过程,它的传热、传质过程是非常复杂的,精馏塔的负荷经常由于生产的要求而改变,造成精馏系统压力波动极大,操作难度较大,单体的纯度容易超标,严重影响大批树脂的质量。针对以上的问题,同时为了配合氯乙烯扩产技改项目的实施, 我公司采用了浙大中控J X -300XDCS 控制系统和相应的控制方案,并于2003年5 月投入运行,取得了很好的效果。
1 工艺流程
粗氯乙烯经压缩机先进入全凝器,借用工业水进行冷却,使粗氯乙烯冷凝液化。液体氯乙烯借位差进入水分离器,再借密度连续分层,进入低沸塔。全凝器中未冷凝气体进入尾气冷凝器,作为回流液返回低沸塔顶部。低沸塔底部的加热釜借转化器循环热水进行加热,以将沿塔板下流的液相中低沸物蒸出。气相沿塔板向上流动与塔板上液相进行热量和质量的交换,最后经塔顶冷凝器以- 10 ℃冷冻盐水将其冷却作为塔顶回流液,不冷凝气体亦由塔顶经全凝器通入尾气处理,低沸塔底除去低沸物的氯乙烯借助位差经过中间槽进入高沸塔,经过高沸塔的加热,把沸点低的氯乙烯组分蒸馏出来,经成品冷凝器进行冷凝进入单体贮槽中,高沸物由塔底的两位阀排出（见图1） 。
2 系统构成和控制方案实施
2. 1 系统构成
氯乙烯精馏DCS 控制系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件配置中,根据实际情况,配置了2 个操作站,1 个控制站。操作站选用了研华P4工控机,通过Scne 过程控制网和控制站进行通讯。控制站内由电源、主控卡、数据转发卡以及输入输出卡等硬件构成。此外还配置了打印机1 台、UPS 不间断电源1 个。
软件配置中,J X - 300X 系统包括监控软件和组态软件两部分, 其组态软件包括基本组态软件（SCKey） 、流程图制作软件（ SCDraw） 、报表制作软件（ SCForm） 、编程语言（ SCLang） 等。在组态软件上很容易实现各种画面的编辑和复杂控制的构造。监控软件主要用于操作人员进行操作和历史查询等。
2. 2 控制方案的实施
氯乙烯精馏过程的特点是各物理量存在着很大的关联性,而且进入精馏系统的粗氯乙烯组分、流量、温度等的变化对塔的控制影响也很大。针对这种情况,通过建立多变量解耦控制系统,把相关的变量作为前馈信号引入,来消除扰动、关联和滞后。根据上面情况,精馏塔控制可分为低沸塔、高沸塔的控制两部分。低沸塔控制由尾排压力控制（PIRC - 103） 、过料控制（L IRC101） 、低沸釜加热温度控制（ TIRC102） 和低沸塔回流控制（ TIRC101） 四个回路和低塔温差、压力等检测点组成。高沸塔控制检测由高沸塔液位控制（L IRC201） 、高沸塔回流控制（ TIRC201） 、成品压力控制（ PIRC201） 三个回路与高塔精馏段和提馏段温差、压力等检测点组成。对于PIRC - 103 、TIRC102 、TIRC101 、TIRC201 、PIRC201 都是由单回路组成。
现具体分析低沸塔的过料控制（L IRC101） 和高沸塔的液位控制（L IRC201） ,这也是氯乙烯精馏控制最关键的部分。
2. 2. 1 低沸塔的过料控制
粗氯乙烯进入低沸塔中,它的组分、流量、温度根据工况随时在改变,这些变化可通过低沸塔温差（ TDE101） 、低沸塔底的液位和低沸釜阀门开度反映出来,通过分析这些变量之间的趋势和逻辑关系,该控制方案把液位作为控制对象,把温差和加热阀开度看成干扰量,作为前馈加入该控制回路中,既克服了干扰又提高了系统的精度。
2. 2. 2 高沸塔的液位控制
除去低沸物的氯乙烯借助位差经过中间槽进入高沸塔,由于中间槽体积很小,没有起到缓冲的作用,也就没有把低沸塔和高沸塔之间的关联解除,对高沸塔控制影响很大。为了克服这个问题,同时保证高沸物在质量指标之内,通过分析各变量,设计了多变量补偿控制系统。具体的方案如下。
（1） 低沸塔过料阀开度、高沸塔回流阀开度、高沸塔液位阀开度以及高沸釜温度对高沸塔液位控制回路的补偿:当上面几个变量发生变化时,高沸塔液位也相应变化。因此把上面各变量按一定补偿系数引入高沸塔液位控制回路中,作用高沸塔液位控制阀。
（2） 高沸塔压差和高沸塔提馏段温差对高沸塔液位控制回路的补偿:高沸塔压差和高沸塔提馏段温差不是任何时候都起补偿作用的,根据理论分析和操作经验,先设置一个设定值,由测量的实际值和设定值进行比较来决定是否应该引入补偿。当实际值大于设定值时,补偿则起作用,把它们相应的补偿系数引入高沸塔液位控制回路,否则,不起补偿作用。
通过不断的摸索和分析,各变量对高沸塔液位补偿系数分别为:L IC201BC IC - 1 ,0. 24 ;L IC201BC -2 ,0. 1 ; L IC201BC - 3 , 0. 7 ; L IC201BC - 4 , 0. 1 ;L IC201BC - 5 ,0. 15 ;L IC201BC - 6 ,0. 1。
3 管理功能
该系统还具有显示、历史数据查询、报警、记忆、打印等功能,特别指出的是:该系统通过信息管理网和公司的ERP 系统连接起来,把关键的数据及时地传送到决策层,决策层根据市场情况,及时反馈到生产中,构成了管控一体化。
4 结语
该系统投运半年以来,与老系统相比,生产很稳定,产品质量、产量有了明显的提高,节约了能源,降低成本,提高了劳动生产率。