專用樹脂DCS 控制優化

張勝男

（唐山三友氯堿有限責任公司 河北 唐山063305）

DCS 控制在氯堿生產中應用廣泛，它可以處理整個企業的全部生產活動， 主要擔負過程控制和過程優化任務， 完成重要的基礎控制和實時生產數據采集、動態監控等功能。唐山三友氯堿有限公司聚氯乙烯專用樹脂微懸浮法DCS 加料控制采用的是公司自主研發專利—一種聚合釜生產聚氯乙烯糊樹脂DCS 加料控制方法。 通過全自動加料，可以將五種原料的加料速比維持一致， 且此控制方法對全自動加料過程中可能出現的流速偏差能及時做出調整，在加料末期通過閥門精加料控制達到五種原料加料同時完成， 提高加料的精確性， 保證聚合反應的平穩。

目前， 專用樹脂整個行業內的生產工藝控制自動化水平不高，除了全自動加料外，助劑配置、聚合釜涂釜、 精餾系統的運行等工藝控制的自動化控制仍較為欠缺，對專用樹脂DCS 自動化的提升總結如下。

1 助劑配置DCS 自動化提升

1.1 助劑配置DCS 自動化提升的背景

目前， 專用樹脂的助劑配置工序大部分環節均需要人工完成， 包括引發劑、SDS 等助劑的稱量，助劑溶解罐的投料操作、 助劑配置溶解后的放料操作等均存在人工操作偏差風險， 稱量值是否與配方值存在偏差、投料過程是否有灑料現象、溶解完成后放料是否罐內有殘存等， 每一個助劑配置的細節對最終進入聚合反應的助劑加入量、 氯乙烯分散液的分散效果、 聚合反應的劇烈程度及單體的轉化率等都起著關鍵的作用。

助劑中的乳化劑具有表面活性作用， 可以在水中穩定的保護經分散系統分散的氯乙烯單體的微小液滴，使反應穩定進行。目前聚合二車間乳化劑的配制為一釜一配， 因乳化劑配制所需助劑量大且有時會遇到多釜同時配制的情況， 助劑配制人員工作強度增加。另外在往乳化劑罐中加入助劑時，或多或少會有部分助劑灑落到罐外，造成不必要的浪費。

而聚合反應速率由引發劑控制， 引發劑的加入量決定了聚合反應的速率。 目前引發劑由助劑配制人員進行手動稱量， 引發劑的重量無法在主控室電腦上進行顯示，而且在往引發劑A 配制罐和引發劑B 加料罐中投料時也可能出現引發劑灑落的現象，造成實際加入量與要求不符， 影響聚合反應和產品質量。

為解決上述存在的問題， 提高工藝控制的精確性，提升系統DCS 自動化控制水平，保證聚合反應的高效平穩進行，現將乳化劑和SDS 的配置由一釜一配改為集中配制，將引發劑A 溶解槽由現場人工開閥放料至引發劑A 配制槽改為由DCS 遠程開閥控制。

1.2 助劑配置DCS 自動化提升的措施及效果

在聚合廠房內增加4 臺不同容積的助劑儲罐，分別用于存放滿足一天用量的十二烷基硫酸鈉和高級醇，儲罐下方通過弧門秤和稱量罐相連，用于配制乳化劑時助劑的稱量，且弧門秤的稱重信號與DCS電腦相連接， 稱量槽配有氣錘， 防止助劑長時間存留。 稱量罐底部出口通過氣動閥和可轉動的加料管與乳化劑配制罐加料口連接。在DCS 確定助劑加入量準確無誤后， 按照乳化劑配制加料順序分別打開稱量罐底部氣動閥進行助劑加料操作。

針對引發劑的配制操作， 將引發劑稱量后數據傳入DCS，避免引發劑加入量發生偏差。 進行引發劑配制時，助劑工將對所配制引發劑進行稱量，DCS確認引發劑加入量符合要求后， 按照操作要求通知助劑工打開吊秤底部手閥加入引發劑溶解罐中。 引發劑溶解槽與配制槽相連管線增加氣動切斷閥門和液位計，引發劑溶解后的投料操作可實現DCS 遠程控制。

在對配制工藝進行優化后，乳化劑和SDS 由之前的一釜一配改為集中配制，很大程度提升了DCS自動化控制水平， 避免了人工一釜一配時助劑灑落的情況，節約了助劑的使用量，提高了助劑配置的效率并縮短生產周期。引發劑稱量信號直接與DCS 電腦相連，稱量精度可達0.001 kg，避免了因為引發劑加入量有誤而對聚合釜反應造成影響， 降低了聚合系統運行的風險。助劑配置DCS 自動化提升改造示意圖見圖1。

圖1 助劑配置DCS自動化提升改造示意圖

2 壓縮DCS 自控程序運行優化

2.1 壓縮DCS 自控程序運行優化的背景

壓縮工序是利用壓縮機將回收至氣柜內的回收單體送至冷凝器， 絕大部分氣態單體通過冷凝器冷凝成液態單體，自冷凝器下液管線存至粗單體儲槽，而另一部分未被冷凝的氣態單體則由冷凝器氣態管線進入變壓吸附工序， 利用吸附塔內的吸附劑對混合氣體中不同組分氣體吸附容量的差異且對同一組分的氣體吸附量隨壓力變化而呈現差異的特性，吸附劑在加壓時選擇吸附原料氣中的氯乙烯等吸附能力較強的組分， 吸附能力較弱的組分如氮氣等作為凈化氣由吸附塔出口排出，排放至大氣，被吸附的氯乙烯得到解吸，作為產品氣再次輸出至氣柜。

2.2 壓縮DCS 自控程序運行優化的措施

通過變壓吸附與壓縮系統的聯鎖運行， 即變壓吸附進氣量大小與氣柜高度聯鎖，氣柜高度越高，變壓吸附進氣量相對增大，氣柜高度降低，變壓吸附進氣量相對減少，這樣一來，不但有效避免了變壓吸附進氣量的忽高忽低超高限顯示值的現象， 提高進氣系統累計值的精確度， 而且通過進氣量的有規律變化，也可以適當提高壓縮系統的連續運行，降低了壓縮系統的頻繁啟停，提高了設備利用率，最后通過壓縮系統和變壓吸附的聯鎖自動運行也大大降低了職工的勞動強度，提高系統運行穩定性及精確度。DCS優化后變壓吸附運行數據見表1。

表1 變壓吸附進氣量與氣柜高度匹配值

3 聚合溫控串級優化

3.1 聚合溫控串級優化的背景

目前專用樹脂生產聚合微懸浮生產過程中的釜溫調控完全由人為干預控制， 微懸浮聚合反應控制過程屬于低溫差大水量調節，即DCS 程控人員通過釜溫的上漲和下降趨勢變化來調節聚合釜夾套5 ℃水調節閥開度來控制進入聚合釜夾套的冷水溫度，進而將釜溫變化控制在工藝指標范圍以內。 釜溫調節過程中完全由人工控制， 因此存在極大的人為誤操作安全風險， 可能導致聚合釜溫度壓力的超高或超低，同時微懸浮聚合反應過程基本維持在14~19 h，反應周期長，釜溫調控過程需嚴密監視、調控，大大增加了職工的勞動強度，基于此，DCS 技術相關人員對微懸浮聚合釜釜溫調控過程進行了優化并取得了可觀效果。

3.2 聚合溫控串級優化的效果

為了既能保證微懸浮聚合反應的平穩運行，又能降低職工的勞動強度， 經過相關技術人員對聚合釜溫的調控跟蹤監測， 不斷調整釜溫調節閥的PID參數設定值， 并針對聚合反應后期容易超溫現象來給出特定的5 ℃水設定值來達到聚合反應整個過程的自動化控制及平穩運行。

優化過程分為聚合反應前期、 聚合反應中期和聚合反應后期三個階段， 其中反應前期釜夾套由熱水切換為冷水，此過程釜溫最易波動，通過DCS 釜溫變化跟蹤決定增加聚合反應前期的冷熱水切換釜溫度及冷水設定溫度可調參數、 聚合釜升溫結束時冷水溫度可調參數、 釜溫由自動調節切換為串級調節時的水溫等來實現聚合前期剛進入聚合反應的溫控調節， 通過自動調節讓聚合反應在最短時間內達到平穩，降低反應前期的超溫現象；反應中期相對來說反應較穩定，其DCS 釜溫調控主要通過串級調節來完成，不同聚合釜的PID 參數取值不同，因釜而異；反應后期因反應容易出現超溫現象因此DCS 調節會根據釜溫的上漲變化情況提前賦予調節閥一個冷水的最低溫度值，防止釜溫超出規定值，保證聚合反應體系的穩定及安全。

4 其他方面DCS 程序自動化改造

隨著研發技術人員對專用樹脂系統的不斷摸索、研發和調試，目前該公司專用樹脂的生產工藝自動化控制越來越成熟，除了以上DCS 自動化程控優化取得顯著成效外，在聚合釜的自動涂壁、其他輔助助劑的自動化加入、 精餾系統的連續運行等方面俱已實現DCS 自動化。

5 結語

以上所述列舉了專用樹脂生產過程中一部分DCS 升級改造項目，對這些優化案例進行了簡要分析總結，試圖不斷提升專用樹脂生產自動化水平，一是盡可能消除了生產操作中因自動化不完善造成的事故，很大程度上避免了事故風險，二是保證了整體生產系統平穩、連續運行，縮短生產周期，達到穩產提產的效果。

上述DCS 優化措施在公司專用樹脂的生產中運行效果良好， 顯著提高了生產裝置運行的穩定性和安全性。