在某聚丙烯(PP)裝置實(shí)施了先進(jìn)控制，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程優(yōu)化控制，產(chǎn)品質(zhì)量可控，牌號(hào)易于切換。該先進(jìn)過程控制系統(tǒng)基于多變量預(yù)測(cè)控制策略。根據(jù)PP裝置的工藝特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)原定效益目標(biāo)，所設(shè)計(jì)的控制器主要控制功能包括生產(chǎn)率控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制、漿液濃度控制及冷卻系統(tǒng)控制等。PP裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)投用后，有效地提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少生產(chǎn)過程中波動(dòng)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，顯著地延長裝置運(yùn)行時(shí)間。
1、產(chǎn)率控制
先進(jìn)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益主要是通過提高單位時(shí)間內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量來實(shí)現(xiàn)的。在滿足所有約束條件的情況下，先進(jìn)控制器將盡可能地把丙烯進(jìn)料量控制在最大值，通過卡邊操作提高聚丙烯產(chǎn)量。先進(jìn)控制器的作用是減小產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，使過程參數(shù)控制得更加平穩(wěn)。在先進(jìn)控制器投入運(yùn)行后，根據(jù)設(shè)定產(chǎn)率的高低限值和約束條件，將自動(dòng)調(diào)整丙烯進(jìn)料量來滿足產(chǎn)率控制要求。在正常操作的工況下，產(chǎn)率設(shè)定的上限需放開，不應(yīng)成為人為卡邊條件，先進(jìn)控制器最終根據(jù)其他約束條件進(jìn)行卡邊控制，使產(chǎn)率達(dá)到最大化；但在計(jì)劃生產(chǎn)條件下，通過總產(chǎn)率上限的合理設(shè)定也能有效地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)率控制。
2、產(chǎn)品質(zhì)量控制
PP最終日?？刂频漠a(chǎn)品質(zhì)量主要有兩項(xiàng)：密度和熔融指數(shù)(MI)。密度主要與加入的共聚單體的種類及數(shù)量有關(guān)，但密度的分析周期很長，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)密度的連續(xù)控制。相比之下，聚合釜內(nèi)共聚單體(一般為丙烯)的濃度可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，因此把丙烯濃度作為控制密度的約束條件。PP裝置的氫氣是用于調(diào)節(jié)聚合反應(yīng)過程中聚合物分子大小的調(diào)節(jié)劑，是控制產(chǎn)品MI的主要手段。通過氫氣流量調(diào)節(jié)聚合反應(yīng)體系中氫氣與丙烯的濃度，可以達(dá)到控制產(chǎn)品MI的目的。
由于常規(guī)控制回路的非線性及反應(yīng)滯后的影響，常造成氫氣與丙烯比波動(dòng)范圍較大，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量在較大范圍內(nèi)波動(dòng)。APC軟件通過在線預(yù)測(cè)與穩(wěn)定控制相結(jié)合，使氫氣與丙烯比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制，減小MI的波動(dòng)范圍。
3、漿液濃度控制
為了實(shí)施多變量控制器對(duì)漿液濃度的控制，需在DCS中進(jìn)行一些相關(guān)計(jì)算，并建立相應(yīng)計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算漿液濃度和母液復(fù)用率等4個(gè)被控變量。在生產(chǎn)應(yīng)用中，新鮮溶劑和母液設(shè)定值將隨丙烯進(jìn)料量的變化而改變以維持穩(wěn)定的漿液濃度。漿液濃度的計(jì)算值是在丙烯轉(zhuǎn)化率基本固定及撤除反應(yīng)熱效果良好的前提下得到的。多數(shù)情況下，漿液濃度能很好地得以控制，但在一些極端工況下，該前提條件不再成立，此時(shí)漿液濃度計(jì)算值不可靠。為保證穩(wěn)定而有效地實(shí)施漿液濃度控制，引入反應(yīng)器液位作為漿液濃度控制的另一被控變量。由于PP反應(yīng)釜液位都采用溢流控制，反應(yīng)器液位實(shí)際上是漿液濃度較為真實(shí)的反應(yīng)。當(dāng)漿液濃度增加時(shí)，液位也升高。通過預(yù)測(cè)試，漿液濃度和液位呈線性關(guān)系。因此，反應(yīng)器液位作為控制漿液濃度的另一指標(biāo)必不可少，并行之有效。一旦液位指示偏高，這時(shí)盡管計(jì)算的漿液濃度沒有違反約束條件，但漿液濃度控制器仍將打入一定的溶劑以緩解這一緊急情況，防止爆聚。
4、冷卻系統(tǒng)控制
PP聚合反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)過程，聚合反應(yīng)又嚴(yán)格控制聚合溫度，及時(shí)撤除反應(yīng)熱是提高產(chǎn)率的關(guān)鍵。引入與溫度控制有關(guān)的2個(gè)過程變量作為冷卻能力的監(jiān)控指標(biāo)：循環(huán)氣風(fēng)機(jī)進(jìn)出壓差，該值太低說明冷卻負(fù)荷小、循環(huán)氣量小，該值太高說明冷卻負(fù)荷大，循環(huán)氣量大；溫度控制閥位，該閥位開度太小說明冷卻負(fù)荷太大，過程的冷卻無法保證。以這兩個(gè)變量作為冷卻系統(tǒng)控制器的被控變量，能時(shí)刻保證冷卻系統(tǒng)控制器在滿足冷卻能力的前提下提高裝置的產(chǎn)量。
