先进控制在环管法聚丙烯装置中的应用_卞晓军

控制系统

石 油 化 工 自 动 化,2002,6:34

AUTOM ATION IN PE TRO-CHEM ICAL INDUS TRY

收稿日期:2002-03-15;修改稿收到日期:2002-08-19

作者简介:卞晓军(1969-),男,江苏南京人,1992年毕业于华

东化工学院自动化系生产过程自动化专业,获学士学位,现在中国

石化工程建设公司从事自动化设计工作,任工程师。

先进控制在环管法聚丙烯装置中的应用

卞晓军

(中石化工程建设公司,北京　100101)

摘要:以九江石油化工总厂70k t/a聚丙烯装置产率控制为例,介绍先进过程控制系统在石油化工装置上的应用情况。

关键词:先进过程控制;分散型控制系统;融体流动指数;推理计算;约束;鲁棒调节控制

中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1007-7324(2002)06-0034-04

Application of Advanced Control in Polypropylene Unit With Round Pipe Process

BIAN Xiao-jun

(SINOPEC Engineering Incorp.,Beijing,100101,China)

A bstract:Through Jiujiang petrochemical complx70kt/a polypropy lene plant production controls,the appli-cation of advanced process control in petrochemical plant is introduced.

Keywords:advanced process control;DCS;melt index;discursion calculation;restriction;robust adjustment control

石油化工是我国的支柱产业之一,在国民经济中占有重要地位。随着DCS的广泛应用,石化行业生产过程的控制水平有了很大的提高。但是,多数DCS仅采用常规PID控制,没有充分发挥其功能,基于模型计算为基础的先进过程控制APC (Advanced Process Control)与优化生产尚未实现,生产的某些经济技术指标及产品质量同国外先进水平相比还存在差距。为此,先进过程控制成为石油化工行业挖潜增效、消除生产“瓶颈”的重要手段之一。

先进过程控制技术可以在DCS常规控制技术的基础上,投入少量的资金及人力,产生较好的收益,目前先进过程控制技术在世界范围内得到了广泛的应用,取得了令人满意的效果。先进调节控制与先进过程控制的产出与投入比是最高的。

九江石油化工总厂聚丙烯装置生产能力为70 kt/a,自1998年投产以来运行正常。由于聚合反应机理复杂,对产品的熔体流动指数、浆液浓度、反应器聚合率等参数不能在线测量,因此在一定程度上影响了生产的稳定和产品质量的提高。在现有工艺和设备不变的条件下,在聚丙烯装置中采用DCS对生产过程实施先进控制,是保证生产装置安稳长满优运行、提高经济效益的重要手段之一,采用先进的计算和控制软件包,进行数据处理、计算和控制技术的工程化,是提高聚丙烯产品的产量和质量的有效措施之一。1　工艺过程简介

本装置采用蒙泰尔公司的液相本体法Spheripol(S-PP)专利技术,产聚丙烯均聚物树脂70kt/a共25个牌号,年操作时间为7200h。本装置由下述工段组成。000工段:丙烯预精制;100工段:催化剂储存及计量;200工段:聚合;300工段:脱气及丙烯回收;500工段:汽蒸和干燥;600工段:排放系统、废油处理和辅助设施;700工段:丙烯保安精制和氢压缩机;800工段:挤出机单元;900工段:料仓及包装机。

2　环管法聚丙烯装置先进控制策略

环管法聚丙烯装置先进控制策略包括推理计算和调节控制。推理计算包括环管反应器(R-200, R-201)的物料平衡、传热系数、产率、固体浓度、各组分浓度(丙烯、丙烷、氢气等),催化剂活性(R-201)、熔体流动指数(MI)计算等;调节控制环管包括反应器(R-201)温度、固体物浓度、产率、氢浓度控制等。

2.1　聚丙烯装置的主要生产瓶颈或限制因素

1)反应器稳定性不够;

2)反应器产品质量指标难以严格控制[如熔体

流动指数(MI)等];

3)反应器在产品牌号切换过程中的优级品率难以控制。

2.2　采用先进控制策略的目标

1)增强生产装置的稳定性;

2)提高生产量;

3)提高优级品率;

4)缩短产品牌号切换时间。

2.3　推理计算

APC推理计算(APC Performance Calculation)是APC技术的基础。每个计算都试图“推导”出一个变量的值,如产率、固体浓度等。这些推导出的变量既可以作为有益的指导信息,也可作为APC

的过程控制变量。推理计算是基于反应过程的质量平衡和能量平衡,还包括动量平衡。但是,动量平衡难以计量和计算,无法提供有价值的过程信息,因此通常未考虑。推理计算模型大都采用“一阶模型”。

APC调节控制是稳定生产操作、获取经济效益的直接手段。Poly tech工具软件包为APC技术的工程化起到了很大的作用。APC技术对过程数据的可靠性、重复性要求很高。若过程数据可靠性不高或坏值检测软件工作不良,则可能导致相关的APC计算模型和APC控制偏离实际的工艺过程,甚至导致错误的控制动作;若判断过程数据采样值不可靠或坏值,必须对过程数据进行测试诊断,应使用前一次好的采样值作为新的扫描周期的采样值,APC推理计算和控制技术才能得以连续、正确地进行。

APC技术中设有过程信号确认工具软件包,主要功能包括:确认点的P V值,若是坏值,比如超高、超低、超变化率限或冻结,则输出值(OPEU)将保持最后一个好值;计算或控制输入的点都要作初始化处理,实现过程的无扰动切换;在过程数据值更新后,还应对过程点进行测试;确认控制的控制动作;低值切除功能(Low cutoff);可以通过组态参数将相应的确认功能屏蔽。

2.4　调节控制

PID参数整定方法有理论计算法(如频率特性法、根轨迹法、最优化法),工程整定法(如稳定边界法、反应曲线法等),鲁棒RPID参数整定技术过程对象的不确定度,融入以模型为基础的PID参数整定技术。RPID是控制器设计PID整定软件包,用以计算优化的PID控制调整参数(K,T i,T d, T

c)。RPID控制器可以在Honeywell系统或非该系统的DCS上实现。RPID控制器可以在工艺过程动态变化范围内提供良好的控制性能。

常用的PID整定参数有:K,T i和T d,RPID 参数整定技术则可以在过程模型的一定动态变化范围内提供良好的控制品质,无需对PID控制器参数进行再整定。因此,在一定的动态变化范围内,特别是对于在调试与试车阶段,RPID参数整定技术更具有实用价值。

3　PP/APC系统构成

PP/APC系统构成有两个层次,高性能控制模件HPM(High Performance Control M odule)层、应用模件AM(Application Module)层,如图1所示。

图1　APC软件系统构成图

3.1　HPM层

HPM层是TDC3000系统的现场控制站,可以独立完成工艺过程数据的采集和控制。在APC软件系统中,HPM用于控制的直接作用对象。在AM应用模件中,经过先进过程计算和先进过程控制得出的过程参数(如不可测的P V值、先进过程计算的计算结果或先进过程控制的OP值等),可以通过远程串级(Remo te Cascade),作为HPM中控制器的设定值,从而优化生产操作的控制指标。

3.2　AM层

AM层是TDC3000系统的上位机,是系统中实现APC推理计算机和调节控制的硬件平台。AM能自由访问LCN网及UCN网的全部节点资源。在AM中驻留有APC主要先进过程控制软件开发工具软件包,提供先进计算和控制的功能。

在图1中,先进过程控制的数据库建立在AM

35

第6期 卞晓军.先进控制在环管法聚丙烯装置中的应用