聚氯乙烯PVC聚合釜控制方案.docx
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聚氯乙烯PVC聚合釜控制方案
聚氯乙烯PVC聚合釜控制方案
一、系统概述
PVC聚合反应控制采用MACS集散控制系统（简称DCS系统）。
系统主要由操作站、控制站、通信总线、信号模块等组成。
DCS且系统的控制站直接与现场生产装置相连，它承担现场信号的实时采样、处理、控制、输出，并与操作站进行数据通信。
而操作站一方面接收操作人员的指令（人机会话），通过通信总线向操作站发送相应的命令，同时接收控制站回送的数据，并对这些数据进行显示、报警、存储、打印等。
DCS系统内各个节点（操作站与控制站）之间的信息交换是通过通信总线来实现的，系统硬件原理图如图1。
PVC聚合反应DCS系统控制主要装置包括：
聚合釜、回收系统、公用系统。
图1：
PVC聚合反应DCS系统结构图
二、系统控制要求
冷搅拌30分钟结束->升温，开热水上水阀及回水阀，通过夹套来加热聚合釜，诱发聚合反应->升温至切换温度，关热水上水阀及回水阀，开循环水回水阀->聚合反应，通过改变循环水阀位开度来控制反应釜内温度到要求的范围内—>反应釜压力低于出料压力（反应釜温度不变），方可出料。
此处循环水的目的是为了带走放热反应的多余热量，控制反应釜内的温度。
不同型号的树脂，要求控制的反应温度、反应压力等参数均不相同，需分别设置控制程序，各温度控制值
2.5℃为偏差报警限。
图2：
聚合釜工艺流程图
三、温度控制方案
聚合釜温度控制基本上采用串级控制方案，以釜内温度作为主调变量，夹套水温作为付调变量，控制输出将调节循环水上水阀的开度。
同时，循环水回水阀处于开启状态。
下面将对釜合反应分两个阶段进行分析串接控制。
在反应前期（升温结束后备20分钟），釜温与反应温度设定值还存在较大偏差，如果立即投入带积分作用的定值串级控制，将会引起积分饱和，致使升温的过渡阶段温度超调。
所以在这一阶段，DCS系统采用变给定的串级控制，如图3所示。
图3 反应前期串接变给定控制
上图中，串级控制器给定值SV将由程序设定模块PGSUi输出决定，给定值SV将随时间t变化而逐渐增大；而SV-t关系曲线将由现场调试得出，此曲线起点为升温结束时的温度，终点为温度设定值，整个过程的时间为20分钟。
次阶段结束后，DCS系统自动进入“正常反应”阶段。
在正常反应阶段，DCS将采用定值串级控制，控制器的给定值SV就是操作人员设定的“反应温度设定值”，如图4所示。
此设定值将决定PVC的型号。
图4 正常反应串接控制
在此阶段，为了减小余差（温度波动0.3℃）,提高控制精度和PVC的质量，串级控制的主调节器将具有较强的积分作用，这些主副环PID参数需进行现场调试决定。
在DCS系统中，反应前期与正常反应的串级控制采用了两个不同回路中的串接控制模块CSC。
因为这两个CSC模块在两个回路中，所以反应前期与正常反应的串接控制的P.I.D参数可以具有不同值，以适合反应前期与正常反应这两个阶段对象特性的变化。
“出料”阶段的控制与正常反应阶段控制方案基本一致，在此不再赘述。
上述控制，每一只聚合釜基本相同，但由于每一聚合釜的对象特性并不相同。
所以需要对一只釜单独整定P.I.D参数,包括“反应前期”变给定串级控制参数和“正常反应”阶段的定值串级控制参数。
这些参数需要现场调试决定。
聚合工段DCS控制包括：
*1-7#反应釜温度控制。
上面已作详细分析；
*热水槽温度控制 90℃±2℃
*热水槽液位控制。
*1、2号单体计量槽进、出料控制
计量总量一一对应（计量槽液位上上报警限－下下报警限），所以必须合理设置液位报警限.
*软水计量槽进、出料控制
与单体计量槽一样需要进行报警限调试。
四、聚合釜操作规程
★聚合釜的DCS操作
1～7#聚合釜的DCS操作过程基本相同，以下将以6#聚合釜为例进行说明。
聚合反应的操作步骤分为“预处理”、“抽真空”、“冷搅拌”、“升温”、“反应前期”、“正常反应”、“出料”和“手动”。
前三步受到检测和控制仪表安装不足的限制，所以并没有作实质性的输出控制。
从步骤“升温”开始，将由DCS系统实现自动控制，直至出料。
DCS系统操作步骤处于“手动”状态下，操作人员可根据需要手动操作热水上水阀、热水回水阀、循环水上水阀、循环水回水阀等，以满足某些特殊要求。
1、预处理 按“控制分组”翻至“6#聚合釜反应
（一）”，在“6#釜操作步骤设定”仪表中按入“预处理”。
在这一步骤中，DCS系统自动关闭热水上水阀、热水回水阀、循环水上水阀、循环水回水阀并锁定，不可开启。
系统内部将各种内部时钟清零，以备计时正确。
2、抽真空 在“6#釜操作步骤设定”仪表中按入“抽真空”。
DCS系统将从零开始以秒为单位计时，并显示于“6#聚合釜反应
（二）”画面的“计时时钟”，“分钟”，“秒钟”上。
此步骤中，DCS系统仍然关闭热水上水阀、热水回水阀、循环水上水阀、循环水回水阀。
3、冷搅拌 在“6#釜操作步骤设定”仪表中按入“冷搅拌”。
DCS系统将完成“抽真空”步骤中类似的功能。
4、升温 在聚合釜升温前，操作工必须预先设定好“6#釜生产批号”，并且检查“6#釜反应温度设定”，“6#釜出料压力设定”是否正确，否则DCS系统将无法进行正常控制。
在“6#釜操作步骤设定”仪表中按入“升温”（使用“UP”，“DOWN”键及确认键），此时DCS系统将接受操作人员的命令开始升温，自动开启热水上水阀、热水回水阀，关闭循环水上水阀、循环水回水阀，并锁定这些状态。
当反应釜内温度升至切换温度Tm，系统自动关闭热水上水阀、热水回水阀，开启循环水回水阀。
其中，切换温差（反应温度与切换温度Tm的差值）的高低由DCS根据夹套内的水温而定（通过查折线表实现），操作人员不必设定。
合理的切换温度将保证聚合釜从加热升温结束到正常反应开始阶段釜温平稳的过渡，不至于太大的超调，以保证PVC产品质量。
5、反应前期 从切换温度Tm开始，DCS系统进入“反应前期”状态。
关闭热水上水阀、热水回水阀，开启循环水回水阀，循环水上水阀（调节阀）的阀开度将根据DCS系统的釜温串接控制器的输出来决定，如图5。
从升温状态刚进入反应前期状态时，由于此时釜温与正常的反应温度有较大的差值，所以循环水上水阀不可能打开，即阀开度为零。
在这过程中，DCS系统的釜温串接控制器的给定值将根据时间推移逐渐升高，直至到底设定的反应温度，它们所经历的时间和给定值上升速度各个釜不尽相同（现场调试结果），具体数据如表二。
而反应前期时间的计时显示在“6#聚合釜反应（三）”的“6#釜上升时间”中。
时间一到，系统进入正常反应阶段并在“6#釜操作步骤设定”仪表中显示“正常反应”。
反应前期的时间可以在自定义程序单独设置
表1
釜号
1
2
3
4
5
6
7
保温时间（秒）
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
图5：
釜温串接控制器
6、正常反应 系统进入正常反应阶段，系统自动关闭热水上水阀、热水回水阀，开启循环水回水阀，循环水上水阀的阀开度将根据DCS系统的釜温串接控制器的输出来决定，控制器的给定值为操作人员设定的反应温度。
釜温串接控制器的内环为夹套水温控制TIC110B6，外环为聚合釜温度控制TIC110A6，如图4，控制目的是使聚合釜内的温度达到—反应温度设定值±0.2℃。
在此步骤中，操作人员需监视聚合釜的温度，以防系统受到较大干扰（循环水温突然升高）的情况下失控而影响产品质量。
在正常反应阶段，如果聚合釜内温度超出“6#釜反应温度设定”值3℃，DCS系统将进行联锁，循环水回水阀和循环水上水阀全开，系统变成“手动”状态，在这种情况下，操作人员应及时进行处理。
当温度恢复正常后，操作人员应在“6#釜操作步骤设定”仪表中改为“正常反应”。
7、出料 聚合反应到了后期，聚合釜内的压力将逐渐下降。
当正常反应阶段期间，釜内压力低于“出料压力设定”值，“6#釜操作步骤设定”中显示“出料”，表示PVC可以出料。
此时系统仍处于正常反应期间的控制状态，但此时阀门并没有锁定，操作人员可以改变这些状态，如开关热水上水阀、热水回水阀及循环水回水阀等。
8、手动 在系统运行中，如果有特殊需要，操作人员可以将“6#釜操作步骤”中设定为“手动”，此时系统的控制状态为手操状态，即可以随意改变6#釜热水上水阀、热水回水阀、循环水回水阀的开关，增减循环水上水阀的阀门开度，此项操作通过夹套水温控制器TIC110B6（串接内环）的MV增减实现。
★控制分组操作仪表说明：
1）6#聚合釜反应
（一）
1—6#聚合釜温度控制TIC110A6（串接控制外环）
2—6#釜温器夹套水温控制TIC110B6（串接控制内环）
3—6#聚合釜压力PIA106
4—6#釜操作步骤设定STEP6
5—6#釜反应温度设定TC6
6—6#釜生产批号设定NUM6
7—6#釜热水上水阀TV110A-6
8—6#釜热水回水阀TV110C-6
2）6#聚合釜反应
（二）
1—6#釜循环水回水阀TV110D-6
2—6#釜出料压力设定PA6
3—6#釜切换温差T—A6，其中TC6=Tm+T-A6
4—空
5—6#釜计时时钟HOUR6
6—6#釜计时分钟MIN6
7—6#釜计时秒钟SEC6
8—空
3）6#聚合釜反应（三）
1-空
2—6#釜升温自控TIC110A6（反映前期串接控制外环）
3—6#釜升温夹套水温自控TIC110B6（反映前期串接控制内环）
★聚合釜DCS控制注意事项
1、釜温超过设定温度±1.0℃为釜温上限/下限报警
2、釜温超过设定温度±2.0℃为釜温上上限/下下限报警
3、温度控制偏差报警为±2.5℃
4、釜内温度超出反应温度设定值3℃，DCS系统将进行联锁。
5、如果1～7#釜泄漏量过大，将影响聚合釜的正常升温，应及时修改。
6、因为DCS系统1～7#釜操作画面基本相同，所以操作人员操作仪表应注意仪表对应的釜号。
7、反应过程中不可修改“反应温度设定”值。
★聚合工段公用系统DCS控制试车规程
1、单体计量槽操作（1＃、2＃）
a、计量槽进料自控（1＃）
按“控制分组“第1页“1＃单体计量槽”，按“增”或“减”将“1＃单体计量槽进料”开关拨向“进料”，系统将自动打开单体进料阀、气相阀；关闭单体出料阀，气相平衡阀。
此时开始进料。
当计量槽液位上升到“上限报警值时”，系统将进行“液位上限报警”，当液位上升到“上上限报警值”时，系统将自动关闭单体进料阀和气相阀，计量槽停止进料，液位已满。
计量槽的单位计量多少将取决于“单体计量液位报警”上上限与下下限的差值。
b、单体计量槽出料自控
按“控制分组”第一页“1＃单体计量槽”按“增”或“减”键将“1＃单计量槽出料”开关拨向“出料”，系统将自动打开单体出料阀、平衡阀，同时关闭单体进料阀、气相阀。
当计量槽液位下降至“下限报警值”时，系统将进行”单体计量槽液位低限”报警，当液位下降至“下下限报警”时，系统将自动关闭单体计量槽出料阀和平衡阀，此时，计量槽内液位已空，卸料完毕。
其中，修改1＃单体计量槽液位报警限方法（此项操作必须在工程师状态下进行）。
方法一：
修改组态中1＃单体计量槽液位报警限。
方法二：
按“控制分组”，找到“1＃单体计量槽液位”（LIAS1011），再按”调整画面“，修改HH（上上限），HI（上限），LO（下限），LL（下下限）。
c、2＃单体计量槽控制
在”控制分组“第2页“2＃单体计量槽”中操作，操作方法同1＃单体计量槽操作步骤。
上述操作也可在“流程图中“进行，按”流程图“键，再按F1—F8找到相应的仪表或阀门，作相应的操作。
2、软水计量槽自控
该槽装有”软水进水阀”和“软水出水阀”计量前必须事先设定好“控制分组”第3页“软水计量槽液位”的报警，包括报警上上限、上限、下下限、下限。
每次计量；软水多少将决定于“上上限”和“下下限”“调整画面”：
HH—上上限；HI—上限；LO—下限；LL—下下限。
计量槽进水：
“控制分组”按“ ”或““将计量槽进水开关打开”阀开“，开始进水。
当软水计量槽液位到达上限报警；液位到达上上限，自动关闭”进水阀“，此时表示软水计量槽已满。
计量槽出水：
按”“或“ ”将软水计量槽出水开关打开“阀开”开始出水进入相应的反应釜。
当软水计量槽液位降至报警下下限（LL）系统将自动关闭“软水计量槽”出水阀，表示软水计量槽出水完毕。
此项操作也可在“操作流程”中进行，按“F1—F8“键寻找相应的仪表进行操作。
说明：
上述两项“软水计量槽”，“1＃单体计量槽”，“2＃单体计量槽”自控过程必须将“控制分组”第1页“公用部分控制状态”开关拨向“自动”，如果处于“手动”状态，上述操作将失效。
3、热水槽控制
热水槽装有“工业上水“和”蒸汽“两只调节阀，分别用于控制热水槽的液位和水温。
利用PID单回路控制：
”热水槽液位控制“和”热水槽水温控制“，操作工可以改变这两个回路的手、自动状态，处于手动状态时，可手动通过改变阀位来改变液位和水温。
按”自动“，并且改变调节器的设定值（SV），改变设定值可通过按下数据再确认（按”确认“键）或按“增”“减”，“快增”“快减”键。
通过按此类键，可用于改变调节阀的设定值或阀位；当调节器处于”自动“状态（AUT），可改变设定值；而处于”手动“状态”（MAN），可改变调节器的阀位输出值，而去改变相应阀的阀开度。
★参考数据（2型为例）
正常反应釜内温度波动：
±0.2℃
反应前期釜内温度波动：
±2.0℃
反应时间：
约7小时
冷搅拌时间：
30分钟
正常反应夹套水温约：
40℃
反应后期夹套水温约：
37℃
热水温：
90℃
五、操作要点和参数设置
★操作人员“升温”前必须检查：
1、反应温度设定是否正确—与所生产的树脂型号对应。
2、生产批号是否正确。
如果生产批号为“0”，否则将无法升温。
★反应过程中，“釜温报警”类型：
1、釜温超过设定温度±1.0℃，釜温上限/下限报警;
2、釜温超过设定温度±2.0℃，釜温上上限/下下限报警;
3、釜温超过设定温度±2.5℃，釜温偏差报警;
4、釜温超过设定温度3.0℃，釜温极限报警联锁，进入手动状态，阀位
为100%，即循环水上水气阀全开。
操作人员必须认真监视DCS提供于“报警一览”的这些信息，并作出相信的安全措施。
如果釜温超过设定温度3.0℃，并一直保持此状态，操作人员将无法切入“自动”控制状态，因为釜温还处于危险状态。
在这种情况下，操作人员应该“手操”，使釜温恢复正常（设定温度±0.5℃），此时方才可切入“自动”控制状态。
并应该注意，这种情况下如果温差过大（釜温与设定温度差大于±1℃）切入自动控制—“正常反应”状态，将会引起聚合釜温度大幅度的波动，所以超温时必须手操阀位使温度正常并切入自动。
所有上述这些操作过程都被登录于“历史曲线”，可以通过对历史曲线分析得出操作工是否有误操作。
★在出现下述情况，首先将操作步骤切为“手动”，然后手操各阀门，。
※釜温检测故障，温度不动或跳动；
※阀门故障；
※夹套水温检测故障；
※超温无法自控；
其中手动状态下循环水上水阀开度改变是在“i#聚合釜反应
（一）”通过增减“i#釜温器夹套水温控制TIC110B6（串接控制内环）”的阀位MV来改变。
★仪表技术员检查及整定参数：
1、软水计量槽报警限设置
修改软水计量槽液位“调整画面”中
报警上限HI
报警上上限HH
报警下限LO
报警下下限LL
其中（HH－LL）一一对应所计量软水总量。
同时对DCS输入组态中的软水计量槽液位作上述各项报警限的永久性修改。
2、1#单体计量槽报警限设置
修改1#单体计量槽液位“调整画面”中的
报警上限HI
报警上上限HH
报警下限LO
报警下下限LL
其中（HH－LL）一一对应1#单体计量槽所计量的单体总量。
同时对DCS输入组态中的1#单体计量槽液位作上述各项报警限的永久性修改。
3、2#单体计量槽报警限设置
修改2#单体计量槽液位“调整画面”中
报警上限HI
报警上上限HH
报警下限LO
报警下下限LL
其中（HH－LL）一一对应2#单体计量槽所计量的单体总量。
同时对DCS输入组态中的2#单体计量槽液位作上述各项报警限的永久性修改。
4、反应前期串级控制PID参数
“参数修改”中
1—7#釜“i#升温釜温自控TC110Ai” 主环PID参数，正/反作用等；
“i#升温夹套温度自控TC110Bi”副环PID参数，正/反作用等；
5、正常反应串级控制PID参数
“参数修改”中
1—7#釜“i#釜温度控制TIC110Ai” 主环PID参数，正/反作用等；
“i#釜夹套温度控制TIC110Bi”副环PID参数，正/反作用等；
6、热水槽温度控制PID参数
“参数修改”中
“热水槽温度控制”PID参数，正/反作用等。
仪表技术员应注意：
当工艺条件或生产的树脂型号改变后，引起控制效果不佳，需要进行串级控制器的PID主副环参数整定。
7、切换温差（反应温度与切换温度Tm的差值）的高低由DCS根据夹套内的水温而定，操作人员不必设定。
具体实现是：
先定义FXY8的X-Y关系，即切换温差与夹套水温的关系，在升温过程中，通过查折线表FXY8，得到相应夹套水温的切换温差，也就决定了切换温度。
所有“报警限”和“PID参数”如果不作修改，将不必重新设置，DCS系统将一直保存直至下次被修改。
六、“聚合釜超温工艺故障”软件指导
1、升温过程
升温结束5分钟后，检察“夹套水温”<50℃
故障—提示：
★循环泵未开启
★热水进水阀未开启
★热水回水阀未开启
★热水温度太低
★热水泵未开启
★循环水进水阀漏
★反应温度设定值正常否
说明：
所有上术故障报警提示只是“可能性”，所以极易出现“误报警”，
2、反应前期
超前量>2℃
故障提示：
★循环水回水阀不可开启
★循环水回水阀前截止阀不可开启
★循环水温太高
★循环水上水阀故障
★循环泵未开启
★热水进水阀漏
★串接控制P.I.D参数需修整
2、正常反应
*超调-1℃；OP<5%
故障提示：
★循环水阀漏；
*超调+1℃；OP%<5%，且循环水进口水温-出口水温<0.5℃
报警提示：
循环水流通存在问题；
1、循环水回水阀不可开启
2、循环水回水阀前截止阀不可开启
3、循环水水温过高
4、循环水上水调节阀故障
5、循环泵未开启
6、凉水泵未开启
7、热水进水阀漏
8、串接控制P.I.D参数需整定
说明：
OP>50%,T入—T出<0.5℃,表示循环水对聚合釜的降温效果极差，需要进行检察循环水系统的流通能力，上述故障提示只是“可能性”，很有可能出现“误报警”
从目前情况看来，DCS系统聚合釜相关信息的检测由于受设备安装的限制，是很不足够的，特别是在阀门或检测元件出现故障的情况下，要求对阀门故障进行报警的依据是不足够的。
如阀位开度反馈、循环水进水流量、循环水水温检测控制等等都没有安装，这一切都将导致DCS系统无法对阀门是否有故障进行检测，而且循环水系统流通能力不足，也不是只有阀门故障才会引起这样的现象。
从目前设备安装情况看，系统只能根据聚合釜是否“超温”来判断循环水系统是否正常，而DCS系统在釜温超温过程中，将进行三次不同程度的报警：
★±1.0℃上限/下限报警
★±2.0℃上上限/下下限严重报警，表明温度已经超温
★±2.5℃再一次超温报警提醒操作人员
★+3.0℃ 报警连锁，将串接打为手动，并且OP=100%循环水上水阀全开启。
七、聚合釜温度控制中，工艺和操作中存在的问题
1、要求控制热水槽热水温度为：
90±2℃，不易过低或过高，否则将会引起反应前期（过渡过程）的温度波动过大。
本控制系统的各项参数是按热水温度为90℃条件下调试的，将热水温度控制在这个值，将有利于从“升温”阶段到“正常反应”阶段聚合釜温度的平稳过渡。
2、要求保持循环水温度相对稳定。
在误操作或生产负荷加大的情况下，都将使循环水温变得很高，冷却效果变差。
对于控制系统来说，相当于引入一个很大的干扰，影响釜温的控制质量。
更严重的情况是，循环水进水阀全开，也无法降温。
产生这种现象的原因，有可能操作人员误操作，循环水系统无法正常流通，导致釜温极剧升高。
而系统生产负荷加大，循环水温明显升高的原因是凉水塔降温效果不佳。
3、必须保证系统现场一次仪表和执行机构（阀门）的完好，特别是阀门开度能正常反映DCS的阀位输出信号，这是控制的先决条件。
对于出现阀门无法开启釜温超高的情况，DCS系统也无能为力，因为工艺对象已有了故障。
4、合理操作。
在操作失误的情况下，如凉水泵未开启、循环水回水阀前截止阀未打开等等，都会引起聚合釜温度失控。
对于这些误操作引起的后果与设备故障一样严重。
5、操作人员必须认真监视DCS提供的“报警一览”和“温度曲线”的信
息，特别是釜温的三次报警，并根据这些信息作出相信的安全措施。
7、循环水管道中补充的自来水要相对稳定，突然加入大量的自来水，会使
循环水温变化太大，给控制系统引入一个很大的干扰，而使釜温波动过大。
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