Experion PKS在PVC生產(chǎn)裝置的應(yīng)用

晁元德

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海 格爾木 816000)

PVC裝置包括聚合工序和干燥、包裝工序。聚合工序主要由溶劑配制、脫鹽水輸送VCM供料、回收、聚合、出料汽提、廢水汽提和尾氣回收部分以及裝置內(nèi)的變、配電和控制室組成。干燥和包裝工序主要包括離心干燥、粉料輸送與儲(chǔ)存以及全自動(dòng)包裝和碼垛。某企業(yè)年產(chǎn)12萬(wàn)聚氯乙烯樹脂，可生產(chǎn)SG1～8型聚氯乙烯樹脂，其主要設(shè)備為國(guó)產(chǎn)70m3聚合釜，并采用懸浮法PVC工藝生產(chǎn)線。為提高PVC的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，該企業(yè)采用Experion PKS設(shè)計(jì)了PVC生產(chǎn)裝置的自控系統(tǒng)。

1 工藝流程簡(jiǎn)介①

生產(chǎn)裝置中的聚合釜屬三類受壓容器，釜體為復(fù)合不銹鋼材質(zhì)，對(duì)其焊接質(zhì)量要求100%無(wú)損探傷合格，釜體內(nèi)壁光潔度要求達(dá)到EP-3(電解研磨)，釜內(nèi)設(shè)有兩層三葉后掠式攪拌和內(nèi)冷擋板，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)98r/min，電機(jī)功率160kW，軸封采用機(jī)械密封和注水裝置，釜體采用16MnR+0Crl8Ni9復(fù)合板材。VCM和水的貯存和加料工藝采用完全密閉式入料，提高了生產(chǎn)強(qiáng)度并減少了污染。原、輔助材料全部配置為溶液，使用等溫水入料技術(shù)，達(dá)到了降低消耗、縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間、減輕粘釜程度、便于自動(dòng)化入料并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。VCM回收工藝技術(shù)采用全密閉高壓直接冷凝回收VCM工藝，可達(dá)到無(wú)污染、占地少的目的。聚合涂壁技術(shù)采用目前世界先進(jìn)的高效防粘釜液，并采用自動(dòng)噴涂沖洗裝置以適應(yīng)低聚合度樹脂的生產(chǎn)。漿料汽提選用目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的新型板式漿料塔汽提工藝，以保證漿料中VCM含量在0.03‰以下，從而保證PVC的干燥工藝過(guò)程達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。高效旋風(fēng)干燥技術(shù)由高效旋風(fēng)干燥床、旋風(fēng)分離器組和密相粉體輸送系統(tǒng)組成。

氯乙烯經(jīng)精制后加入聚合釜，以純水為分散相加入引發(fā)劑和分散劑，在46～60℃聚合成聚氯乙烯，再經(jīng)離心分離、汽提、干燥和過(guò)篩得到成品。

軟水經(jīng)過(guò)濾器送至軟水計(jì)量槽，計(jì)量后加入清洗好的聚合釜中，然后將溶解好的分散劑由入料孔加入，同時(shí)加入熱穩(wěn)定劑、消泡劑、pH緩沖劑及引發(fā)劑等。單體(精氯乙烯)則經(jīng)單體過(guò)濾器過(guò)濾，由單體計(jì)量槽計(jì)量后，經(jīng)封閉的進(jìn)料系統(tǒng)加入聚合釜中，在規(guī)定的溫度和壓力下使單體聚合，聚合完畢后加入終止劑終止反應(yīng)，回收未反應(yīng)的單體，將物料用料泵打入沉析槽。由聚合釜壓入沉析槽中的懸浮液，用汽提塔上料泵加入汽提塔頂部用蒸汽加溫、汽提，在塔頂回收單體送回氣柜，出汽提塔料液用汽提塔出料泵打入混料槽借壓差流入離心機(jī)，脫去大部分水后的濕物料送干燥系統(tǒng)干燥。將離心干燥后的濕物料送至氣流塔，同時(shí)空氣經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾、鼓風(fēng)機(jī)升壓和散熱片加熱后生成的熱風(fēng)也從下部送入氣流塔，樹脂隨熱風(fēng)吹上，帶有樹脂的氣流在較高速度下，以切線方向進(jìn)入旋風(fēng)干燥器迅速干燥。合格的粉狀物料進(jìn)入旋風(fēng)分離器，沉降下來(lái)的PVC樹脂被送至振動(dòng)篩,過(guò)篩后通過(guò)粉料輸送系統(tǒng)送至料倉(cāng)A/B進(jìn)行包裝并碼垛入庫(kù)。

2 Experion PKS在PVC生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 計(jì)量?jī)x表

VCM計(jì)量采用兩套E+H質(zhì)量流量計(jì)，分別計(jì)量新鮮單體和回收單體。無(wú)離子水采用兩套E+H質(zhì)量流量計(jì)，分別計(jì)量冷、熱無(wú)離子水。為保證計(jì)量的高度準(zhǔn)確，每套質(zhì)量流量計(jì)采用兩組串聯(lián)，流量計(jì)的重復(fù)準(zhǔn)精度±0.5%。

新鮮和回收VCM冷和熱的無(wú)離子水，同時(shí)加入聚合釜，進(jìn)料比例和程序由DCS控制。進(jìn)料時(shí)，DCS連續(xù)檢測(cè)和調(diào)整無(wú)離子水的流量，以確保在水完全加入前能使VCM完全加入釜內(nèi)。冷、熱無(wú)離子水加入量由DCS檢測(cè)和調(diào)整，加料結(jié)束后釜內(nèi)溫度恰為反應(yīng)初始溫度，不得出現(xiàn)超調(diào)，其典型偏差為±0.25℃。

2.2 溶液加料

溶液配制時(shí)分批手動(dòng)進(jìn)行，但是這些化學(xué)品溶液的加入量和加料完全由DCS控制，分散劑溶液、引發(fā)劑溶液和其他化學(xué)藥劑溶液的加入量用泵加入聚合釜內(nèi)。引發(fā)劑溶液和其他化學(xué)藥品溶液的偏差為±1%。

2.3 聚合

為了保證生產(chǎn)安全，并有高質(zhì)量的產(chǎn)品，反應(yīng)釜的溫度控制精度足以保證產(chǎn)品規(guī)格和裝置生產(chǎn)能力的要求。典型的溫度控制精度為±0.10℃，最高不超過(guò)±0.25℃。通過(guò)Experion PKS計(jì)算并控制反應(yīng)速度和體積收縮量為函數(shù)的注水量，以保持恒定的反應(yīng)體積，具體如下：

a. 聚合釜周邊和進(jìn)料系統(tǒng)全部采用高測(cè)量精度的流量?jī)x表，自動(dòng)控制切斷閥和調(diào)節(jié)閥選用具有ANSI VI級(jí)泄漏等級(jí)的金屬密封閥門；

b. 采用Honeywell DCS，其控制器、總線、卡件和電源全部冗余配置，對(duì)工藝控制進(jìn)行組態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性；

c. 在危險(xiǎn)區(qū)安裝的電動(dòng)儀表和閥門采用具有相應(yīng)防爆等級(jí)的產(chǎn)品，如壓力、流量、物位和溫度調(diào)節(jié)儀表為隔爆儀表；

d. 測(cè)量有腐蝕性或易堵介質(zhì)的壓力選用膜片密封式法蘭壓力變送器；

e. 選用差壓變送器測(cè)量腐蝕性介質(zhì)，粘度物位選用平法蘭或插入式差壓變送器；

f. 可燃?xì)怏w報(bào)警器設(shè)在操作室，傳感器探頭安裝在泵房、設(shè)備和閥門附近。

閥門的額定控制和操作程序隨產(chǎn)品不同而異，Experion PKS確認(rèn)生產(chǎn)工藝配方各組分的量、上/下極限、反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)終點(diǎn)等，其允許修改現(xiàn)存方案，并提供附加程序的容量。

盡早檢測(cè)初步安全潛在因素，如反應(yīng)超溫、分散劑實(shí)效、爆聚、冷卻水故障、攪拌器故障，以及所有與正常反應(yīng)條件不同的偏差，均由Experion PKS通知操作人員，并自動(dòng)校正，避免產(chǎn)出PVC次品，保證安全生產(chǎn)。

除閥位和程序步驟外，Experion PKS提供所檢測(cè)的變量包括：放熱速度、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率和溫度設(shè)定值；反應(yīng)釜內(nèi)軸向溫度分布(溫度不大于±0.5℃)壓力函數(shù)、壓力值、溫度壓力的變化率、蒸汽壓力、攪拌負(fù)載、傳熱系數(shù)及所有流量等，以便操作者判斷聚合釜和聚合變量的狀況。

出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)故障原因，采取最適當(dāng)?shù)拇胧瑴p少了操作人員的工作負(fù)擔(dān)。

3 Experion PKS操作功能的實(shí)現(xiàn)

正常操作功能包括：聚合釜調(diào)控和配方編制；加料量的確認(rèn)，包括計(jì)算和打印各種溶液的重量；程序控制，包括每一周期的；聚合部分要考慮DCS故障時(shí)的備用控制；操作動(dòng)作的確認(rèn)(正常操作、故障時(shí)的操作以及自動(dòng)或半自動(dòng)操作)。

檢查功能主要包括：操作狀態(tài)的臨界檢查，操作步驟檢查，操作形成檢查和過(guò)程聯(lián)鎖；每一過(guò)程的操作時(shí)間檢查；計(jì)量檢查，即增量、反饋、上限和加料完畢的下限檢查；重要數(shù)據(jù)的額定數(shù)據(jù)檢查。

控制系統(tǒng)，包括檢測(cè)出的各種非正常反應(yīng)條件，如相分離、聚合釜不正常的料位、冷卻水故障及超壓等?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)報(bào)警反映這些情況，并在操作人員允許下采取相應(yīng)的措施：加阻聚劑停止聚合，增加或減少注水量，聚合釜短時(shí)間開啟VCM回收系統(tǒng)，全部回收VCM，聚合釜放空。

人-機(jī)通信功能的操作由CRT和鍵盤組成，CRT進(jìn)行過(guò)程狀態(tài)顯示、趨勢(shì)顯示、報(bào)警顯示和系統(tǒng)維護(hù)顯示。每一次加料的生產(chǎn)記錄、額定值的改變、緊急情況、報(bào)警和指示都可以打印存檔。

控制系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和管理系統(tǒng)功能，包括：批次周期表，提供加料準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)、操作次數(shù)和反應(yīng)數(shù)據(jù)；VCM使用情況報(bào)告，詳細(xì)說(shuō)明新鮮VCM和回收VCM的使用情況；工藝調(diào)查用任何選定模擬測(cè)定的瞬時(shí)數(shù)據(jù)記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

Experion PKS將工作人員與過(guò)程控制、經(jīng)營(yíng)和資產(chǎn)管理融合在一起，提供了嵌入式?jīng)Q策支持、容錯(cuò)以太網(wǎng)和診斷技術(shù)，為決策者提供所需信息，安全組件保證系統(tǒng)安全環(huán)境獨(dú)立于主控系統(tǒng)。通過(guò)圖形化的控制組態(tài)工具和全套的過(guò)程控制算法庫(kù)，使用戶的控制工藝水平顯著提高。