扬子石化1PE装置APC简介

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扬子石化１ＰＥ装置ＡＰＣ简介

时超　２０１０－０１－１６

装置简介

扬子石油化工股份有限公司现有的高密度聚　乙烯（以下简称ＨＤＰＥ）装置，以高纯度乙　烯为主原料，己烷为溶剂，使用高效催化剂，　通过改变操作条件，并联或串联聚合流程以　及添加不同的共聚单体等，生产１２种牌号的　ＨＤＰＥ产品．装置共分１ＰＥ装置Ａ／Ｂ两条生产　线，　按每年８０００操作小时计，设计生产能力　为２×７万吨／年．１９９８年生产能力达１６万吨／年　以上．

装置简介（续）

该装置共分为以下几个工段：　催化剂配置　聚合　分离干燥　挤压造粒　包装　溶剂回收　该先进过程控制项目范围是Ｂ线，以聚合工段为主，　适当考虑分离干燥工段的约束条件．图１所示为并　联操作该部分工艺流程简图．

装置简介（续）

氢气　乙烯　共聚单体　Ｅ－２２０１　Ｅ－２２２１

Ｄ－２２０５　Ｃ－２２０１　催化剂　Ｐ－２２０２　己烷　催化剂　稀释罐　催化剂加料泵　Ｍ－３０１　母液循环或　去回收工段　Ｄ－２２０１

Ｄ－２２２５　Ｃ－２２２１　Ｐ－２２２２　Ｄ－２２０２　去火炬

Ｄ－２２３　滤饼去干　燥和造粒

闪蒸汽　压缩机

装置简介（续）

来自乙烯装置的高纯度乙烯（单体），１－丁烯或丙烯　（共聚单体）和氢气（链转移剂）组成的原料通入　聚合釜底，己烷，催化剂和助催化剂一起加入反应　釜．在规定温度及操作压力下，溶解的单体在反应　釜中形成聚合物．因为聚合物在己烷中不溶解，形　成了浆液．聚合热由己烷蒸发潜热和夹套水冷却除　去．从离心机出来的湿饼，还含有己烷和溶解的低　聚物，经干燥成粉末后送去造粒．干的聚合物产品　定期取样，测定熔融指数ＭＩ和密度值．

引进ＡＰＣ的起因

由于聚合反应机理复杂，聚合物主要质量指标熔融　指数ＭＩ，密度Ｄ不能实现在线测量，只能通过间接　方式控制，因此在一定程度上影响了生产的稳定性　和产品质量的提高；对一些操作比较复杂的产品，　也由于不能及时准确检测产品的质量指标，控制技　术落后，使装置不能长时间运行．因此保持原有工　艺和设备不变，在ＤＣＳ控制的基础上实施先进过程　控制（ＡＰＣ），以保证生产装置安，稳，长，满，　优运行，提高聚乙烯产品的产量，稳定操作，降低　物耗、能耗，提高经济效益，满足市场要求．

ＡＰＣ系统软件构成

ＤＭＣＰｌｕｓ—Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　是一种　多变量控制技术，该技术以描述独立变量　（包括操作变量ＭＶ和前馈变量ＦＦ）和非独立　变量（被控变量ＣＶ）关系的模型曲线来表征　过程的动态特性及稳态增益．模型用来开环　预测ＣＶｓ未来的响应，并以线性规划的方法　确定ＭＶｓ和ＣＶｓ的稳态目标，以获得最大的　经济效益，动态计算和预测ＭＶｓ的调节量，　使ＣＶｓ的偏差最小．

ＡＰＣ系统软件构成（续）

Ａｓｐｅｎ　ＩＱ—Ｉｎｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｑｕａｌｉｔｙ　是一种推理计　算产品质量指标和性能的软件，它采用部分　最小二乘法和神经元网络技术在线计算聚合　物的熔融指数和密度，并根据实验室分析数　据进行修正，将其计算结果作为ＤＭＣ控制器　的被控变量，直接控制产品质量．

ＡＰＣ系统软件构成（续）

Ｉｎｆｏｐｌｕｓ．２１—Ａｓｐｅｎ　实时数据库信息管理系　统，可直接与ＤＣＳ系统进行数据通讯，为　ＤＭＣＰｌｕｓ，Ａｓｐｅｎ　ＩＱ，Ｒｅｃｉｐｅ　Ｍａｎａｇｅ提供数　据平台．　Ａｓｐｅｎ　Ｗａｔｃｈ—ＤＭＣ运行状态监控软件，用　统计的方法分析ＤＭＣ控制性能并给控制工程　师以指导信息，它还具有远程监视功能．

ＡＰＣ系统软件构成（续）

采用三台上位机作为ＰＥ装置先进控制硬件系统，均　为运行Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００　ｓｅｒｖｅｒ操作系统的Ｄｅｌｌ服务器，　装置ＤＣＳ系统为Ｈｏｎｙｗｅｌｌ　ＴＤＣ３０００ｘ，采用　ＡｓｐｅｎＴｅｃｈ开发的通讯接口软件Ｃｉｍｉｏ以Ｃｌｉｅｎｔ　／　Ｓｅｒｖｅｒ结构实现两系统双向通讯．三台服务器各有　分工，一台运行ＤＭＣＰｌｕｓ及Ａｓｐｅｎ　ＩＱ，一台运行　Ｉｎｆｏｐｌｕｓ．２１及Ａｓｐｅｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｒｅｃｉｐｅ，第三台运行　Ａｓｐｅｎ　Ｗａｔｃｈ．三台服务器采用ＴＣＰ／ＩＰ协议相互连　网，实现ＡＰＣ的各种功能．

控制器的控制基理

ＤＭＣｐｌｕｓ基本矩阵

控制器的控制基理（续　控制器的控制基理　续）

控制器的控制基理（续　控制器的控制基理　续）

当〥ＣＶ＝Ａ＊△ＭＶ中〥ＣＶ和Ａ（模型）已知，则可　△　中　和　（模型）已知，　以推算出△　，　这是ＤＭＣｐｌｕｓ控制功能．　控制功能．　以推算出△ＭＶ，　这是　控制功能　ＣＶ＝Ａ＊△ＭＶ中　ＭＶ和Ａ（模型）已知，　当〥ＣＶ＝Ａ＊△ＭＶ中△ＭＶ和Ａ（模型）已知，则可　以推算出〥　，　这是ＤＭＣｐｌｕｓ预测功能．　预测功能．　以推算出〥ＣＶ，　这是　预测功能　已知，　当〥ＣＶ＝Ａ＊△ＭＶ中〥ＣＶ和△ＭＶ已知，则可以推　△　中　和　已知　算出Ａ（模型），　这是ＤＭＣｐｌｕｓ生成模型功能．　生成模型功能．　算出　（模型），　这是　生成模型功能

ＡＰＣ系统网络配置

Ｉｎｆｏｐｌｕｓ．２１　ＤＭＣｐｌｕｓ　Ａｓｐｅｎ　ＩＱ　Ａｓｐｅｎ　Ｗａｔｃｈ

ＡＰＣ　ＤＣＳ　ＡｘＭ　ＵｘＳ　ＵＳ

ＬＣＮ　ＨＰＭ

ＵＣＮ

ＡＰＣ数据流

ＡＰＣ数据流

控制器设计及策略

装置潜能的研究是确定该项目控制策略的重要环节．　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐｌｕｓ为此提供了理想的研究手段．　对于聚合反应体系，提高产品产量的关键是能否移　除聚合反应热．该体系移除反应热主要靠釜顶冷凝　器和夹套冷却两种途径．根据釜顶冷凝器和夹套撤　热能力的设计负荷，分别作为其撤热能力的高限，　在保持聚合物性能不变的前提下，利用Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐｌｕｓ模型进行计算，得出乙烯的最大进料量，并对　其操作条件进行优化．

控制器设计及策略（续）

根据ＨＤＰＥ的工艺特点及Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐｌｕｓ的潜能　研究结果，为实现原定效益目标，所设计的　控制器包括下列控制功能：产率控制，压力　控制，氢烯比及放空控制，浆液浓度控制，　冷却系统控制及闪蒸罐液位和离心机电流控　制．

控制器设计及策略（续）

产率控制：　产率控制：　为了实施产率的控制，需在ＤＣＳ系统上进行如下与产率有关的一些计算，　并建立相应点．这些变量在产率控制方案中是被控变量．　两釜总产率　＝（Ｄ－２２０１产率）＋（Ｄ－２２０２产率）　两釜产率分配因子　＝（Ｄ－２２０１乙烯进料）／（Ｄ－２２０１乙烯进料＋Ｄ－２２２１　乙烯进料）　产率控制策略：在控制器投运时，操作员指定产率高低限和生产分配因　子，控制器将调整乙烯进料来满足产率控制要求．在正常需要尽可能提　量操作的情形下，产率的上限需放开，不应成为人为卡边条件，最终推　量程度由其它约束进行卡边控制；在计划生产条件下，通过总产率的上　限的合理设置将能便捷有效地实现产率控制．生产分配因子可有效地控　制两个釜的乙烯进料分配．

控制器设计及策略（续）

压力控制，采用如下策略：通过氢气和放空　微调，通过催化剂大调．

控制器设计及策略（续）

浆液浓度控制策略：在生产应用中，浆液浓度要求在较小范围内波动，　控制器通过调节新鲜溶剂和母液设定值来满足控制要求．在正常生产时，　新鲜溶剂和母液设定值将随着乙烯进料的变化而改变以维持稳定的浆液　浓度．该计算值是建立在乙烯转化率基本固定及搅拌和撤热效果良好的　前提下，在大多数正常生产时能很好地实施控制．但在一些极端情况下，　该前提条件不再成立，此时计算浆液浓度值就变得不可靠．为保证稳定　而有效地实施浆液浓度控制，引入反应器液位作为浆液浓度控制的另一　被控变量．由于ＨＤＰＥ反映釜液位都采用溢流控制，反应器液位实际上　是浆液密度的较为真实的反