高壓聚乙烯裝置脈沖閥控制參數優化

宋光偉

（中國石油大慶石化公司塑料廠，黑龍江大慶163714）

高壓聚乙烯裝置脈沖閥控制參數優化

宋光偉

（中國石油大慶石化公司塑料廠，黑龍江大慶163714）

高壓聚乙烯裝置脈沖閥將反應器中生成的熔融聚乙烯和未反應的氣體間歇排到高壓分離器，為了保持恒定的反應條件，防止聚合物粘在反應器內壁，排出熔融聚乙烯產品，通過反應器末端的脈沖閥按一定的時間周期和降壓深度進行自動脈沖。裝置經過多次控制系統改造，經常出現反應不穩定，反應器內聚乙烯分解問題。通過優化脈沖閥控制系統控制參數，提高控制精度、改善控制效果，有效的解決了該類問題。

聚乙烯裝置；脈沖控制；液壓閥；參數優化

高壓聚乙烯裝置反應器的壓力對聚合過程影響很大，因此，保證反應壓力的穩定對產品質量的控制十分重要。同時，反應壓力升高，安全問題又比較突出，為確保壓力檢測信號的可靠性，故現場采用壓力應變片三重檢測方式，控制系統內對測量信號自動選取其中的最高值。

1 調節器控制

高壓裝置聚乙烯反應器的壓力調節器設有1個按鈕用于PD-PID控制模式的切換。正常生產時由PID進行控制，只有當脈沖時才由PID切換到PD，同時控制參數也發生相應改變。脈沖后壓力恢復到一定值時，再由PD切換到PID。這種變換是自動進行的，只有PD不能自動切換到PID時，才通過手動切換按鈕進行切換。反應器壓力調節器的輸出信號控制現場脈沖閥上的伺服閥，控制閥位使高壓反應器內的壓力維持在設定值附近［1］。

由于高壓裝置反應器內的聚合物粘稠，易粘在反應器壁上，將會影響反應熱的撤出。為了清除粘附在管壁上的聚合物，使反應熱很好地帶走實現裝置長周期的運行。因此，反應器壓力控制器設計了周期性脈沖壓降控制系統，使反應器內的物料產生脈動流，用來沖刷粘附在管壁的聚合物，以達到良好的傳熱效率。一般根據牌號，脈沖周期設定在30～100 s，脈沖深度10～30 MPa。

控制回路中，現場用差動線圈用來檢測閥位，液壓伺服閥控制閥位輸出，伺服放大板作為輸入輸出的轉換器。檢測差動線圈的頻率信號轉換成4～20 mA信號送回控制室，并將控制室對液壓伺服閥控制4～20 mA信號轉換成±60 mA信號控制液壓伺服閥動作。伺服放大板還具有調節靈敏度、調節反轉電壓、調節行程、調節零點等功能［2］。

2 工作模式

反應器壓力控制工作在連續脈沖模式下，在每個脈沖的開始，首先調節閥全開400 ms，同時記錄脈沖前閥位的輸出，脈沖過后，將閥位輸出恢復成記錄的閥位輸出值上。同時調節回路PD起作用，使壓力快速恢復到設定值附近，經過一段時間的延時后，當壓力恢復到一定數值時（目前設定為設定值的97%），調節回路PID起作用。如果壓力始終恢復不到預設值時，經過最大延時時間TD后，強制PID起作用。以消除穩態誤差，使得壓力平穩過渡到設定值［3］。

當前最大延時時間TD為脈沖周期的時間減去1 s，PD/PID的比例參數為0.26，在實際生產中發生多次PD切回不到PID的現象，實際壓力值始終比設定值低。原因為當工藝過程出現波動后，由于PD作用較弱，無法使壓力快速恢復到設定值附近，由于沒有達到預設值，PID不起作用，無法消除余差，無法使壓力恢復到設定值。基于如上現象，需對脈沖閥的調節參數進行修正。

3 參數優化方法

當前PD轉PID的最大延時時間TD是隨動的，數值為脈沖周期時間減去1 s，當前設定的脈沖周期為50 s，該參數為49 s，建議修改該參數為20 s。正常情況下，PD轉PID的時間在8～15 s之間，PID起作用20 s后，調節基本趨于穩定。修改該參數后使PID的作用至少保持30 s以上，應能消除余差。

該參數調整后的風險：

如果當PD作用過程中，由于PV值與SP值偏差過大，而此時由于突然轉換成PID作用，由于積分的作用有可能會引發超調的現象［4］。

適當放大BUMP FACTOR系數（該參數直接影響PD切換PID的設定壓力值，切換值=SP-SP×BUMP FACTOR）。

該參數作用為當PV值大于SP-SP×BUMP FACTOR時，PD自動轉為PID。當該參數設定為3%，建議設為3.5%～4.0%。當前設定值234 MPa，當PV值大于226.98后，進行PD/PID轉換，修改該參數后，當PV大于224.64～225.81 MPa就可以自動PD/PID轉換。

該參數調整后的風險：

該參數設定過大會引發超調現象，過小可能會發生PD無法轉換PID現象。

適當放大脈沖后閥位修正系數。

該參數的作用是在脈沖前記錄閥位輸出，脈沖過后恢復原始閥位，并加上閥位修正值（值得大小取決于修正系數Vavle Revise）。舉例當脈沖發生時閥位的輸出為85，脈沖過后將閥位的輸出調整為85+85×Vavle Revise，PV的偏差值10 MPa，對應閥位大約為0.2個閥位。因此建議修改該參數為0.20～0.25。

該參數調整后的風險：

該參數設定過大會引發超調現象，過小可能會發生PD無法轉換PID的現象。

適當增加PD調節器的作用。

結合正常工況變化的情況，調節平穩時整體的平均壓力比改造前偏低，而工藝需求為在脈沖過后應有一小段超調，超調值不大于2 MPa，對應閥位大約為0.04%。分析為當前PD的作用弱，建議將當前參數由0.260改為0.264［5］。

4 結束語

在充分了解控制系統與現場設備的功能特性，結合實際工藝生產條件，對脈沖閥參數優化后，反應器分解問題得到明顯改善。使裝置安全平穩生產、改善了產品質量、提高了目的產品反應率、降低分解概率，提高了企業的經濟效益。

［1］艾鐵峰.高壓管式反應器一峰分解的原理分析及解決辦法［J］.中國科技博覽，2014（26）：46-48.

［2］吳振闊.PID參數整定和優化［J］.中國高新技術企業，2010，（22）：16.

［3］大慶石化公司.高壓一裝置操作規程［M］.大慶：［出版者不詳］，2012：13-14.

［4］大慶石化公司.高壓一裝置工藝技術規程［M］.大慶：［出版者不詳］，2009：26-27.

［5］孫輝.高壓管式反應超溫分解的原因分析及措施［J］.中國科技博覽，2015，27（9）：15-17.

Control parameter optimization of pulse valve in HDPE plant

Song Guangwei
（Plastics Plant of PetroChina Daqing Petrochemical Company,Daqing 163714，China）

The pulse valve in HDPE plant is used for intermittent discharge of the melted polyethylene generated from reactor reaction and unreacted gas to HP separator in order to keep constant reaction condition,prevent polymer from adhering to the inner wall of reactor,so to facilitate removal of polymerization heat,discharge of melted PE product and to make automatic pulsation by using the impulse valve at reactor end in certain time period and under certain depressurization.Several times of control system reformation was made in this plant,but reaction instability and the PE decomposition inside of reactor often happened.By optimizing the control parameters of the pulse valve,these kinds of problems were effectively solved.

PE plant;pulse control;hydraulic valve;parameter optimization

TQ325.12

B

1671-4962（2017）06-0061-02

2017-10-17

宋光偉，男，工程師，2007年畢業于中國石油大學（北京）自動化專業，現從事化工儀器儀表維護及管理工作。