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我國(guó)聚丙烯（PP）的工業(yè)生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，目前已經(jīng)基本上形成了溶劑法、液相本體一氣相法、間歇式液相本體法、氣相法等多種生產(chǎn)工藝并舉，大中小型生產(chǎn)規(guī)模共存的生產(chǎn)格局�，F(xiàn)在我國(guó)的大型PP生產(chǎn)裝置以引進(jìn)技術(shù)為主，中型和小型PP生產(chǎn)裝置以國(guó)產(chǎn)化技術(shù)為主。國(guó)內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量來(lái)自乙烯聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)的約占40％，以煉油廠副產(chǎn)的丙烯為原料的約占60％。引進(jìn)技術(shù)主要有釜式反應(yīng)器液相本體一氣相本體Hypol工藝及環(huán)管式液相本體一氣相本體組合法Sphenpol工藝，并在吸收、消化國(guó)外釜式液相本體一氣相本體工藝和環(huán)管式液相本體一氣相本體工藝的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)建成了多套聚丙烯生產(chǎn)裝置。
2.1 間歇法本體聚丙烯控制方案
間歇式液相本體法(簡(jiǎn)稱間歇式)聚丙烯生產(chǎn)工藝是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的適合我國(guó)國(guó)情的聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)。它的主要工藝流程是液態(tài)丙烯在聚合釜中，在催化劑作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)，并加入氫氣調(diào)節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量。聚合反應(yīng)完成后，聚合產(chǎn)物進(jìn)入閃蒸器，脫除未反應(yīng)的丙烯后進(jìn)入擠出機(jī)，擠出造粒，稱量、包裝、送產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)�；厥盏谋�(jīng)冷凝后循環(huán)使用。
2.1.1 常規(guī)控制
間歇法生產(chǎn)聚丙烯過(guò)程所屬的丙烯及引發(fā)劑加料、丙烯聚合反應(yīng)、閃蒸失活、丙烯回收，工藝復(fù)雜，設(shè)備繁多，屬于典型的大型化工流程工業(yè)。另外，模擬量的控制及累積計(jì)量較多，控制對(duì)象多具有強(qiáng)滯后、大慣性、多干擾等特性，比如聚合釜的溫度等。中控利用DCS產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，在完成常規(guī)控制的基礎(chǔ)上，運(yùn)用DCS強(qiáng)大的模擬量處理功能和獨(dú)具特色的控制算法與策略，成功的實(shí)現(xiàn)了間歇法聚丙烯過(guò)程的難點(diǎn)控制，滿足了間歇法聚丙烯過(guò)程的控制要求。
1. 進(jìn)料控制
◆ 丙烯單體、引發(fā)劑和氫氣進(jìn)料量的準(zhǔn)確計(jì)量
◆ 各物料進(jìn)料過(guò)程中的各個(gè)閥門(mén)的順序操作
◆ 丙稀進(jìn)料閥開(kāi)，聯(lián)鎖關(guān)丙稀回流閥；反之，聯(lián)鎖開(kāi)丙稀回流閥
2. 過(guò)渡階段控制
關(guān)鍵控制：
◆ 聚合釜內(nèi)壓力、溫度曲線控制
◆ 在較短的時(shí)間內(nèi)將釜內(nèi)溫度加熱到預(yù)定溫度，同時(shí)溫度又不能上升過(guò)快，導(dǎo)致恒溫階段不宜控制
◆ 釜壓超高聯(lián)鎖泄壓保護(hù)
特色控制策略：
中控構(gòu)建了丙烯聚合升溫過(guò)程控制的數(shù)學(xué)模型，在模型基礎(chǔ)上使升溫過(guò)程時(shí)間和恒溫階段控制效果上達(dá)到了最理想的優(yōu)化。
3. 恒溫階段控制
特色控制策略：
◆ 中控采用了以聚合釜壓力為主環(huán)，夾套水溫度為副環(huán)的串級(jí)控制方式。采用夾套溫度副回路，可以使冷卻水閥前壓力和溫度等擾動(dòng)都能很快地克服，即溫度副回路起迅速的粗調(diào)作用，壓力主回路起進(jìn)一步的細(xì)調(diào)作用。
◆ 采用中控類(lèi)似于傳統(tǒng)的串級(jí)PID控制形式的串級(jí)預(yù)測(cè)函數(shù)控制方法進(jìn)行控制（即APC-PFC控制工程軟件包），可使溫度壓力控制效果更加理想。
◆ 中控構(gòu)建了配方和加氫控制的數(shù)學(xué)模型，可準(zhǔn)確控制氫氣加入量。
◆ 轉(zhuǎn)化率在線測(cè)量，結(jié)合聚合反應(yīng)時(shí)間合溫度變化，以此判斷聚合反應(yīng)終點(diǎn)。
4. 噴料、閃蒸、回收過(guò)程控制
關(guān)鍵控制：
◆ 回收系統(tǒng)壓力的控制
◆ 閃蒸釜壓力超高，聯(lián)鎖開(kāi)閃蒸釜丙烯回收閥
◆ 升溫過(guò)程壓力超高，泄壓時(shí)的丙烯回收
特色控制策略：
丙烯回收過(guò)程自動(dòng)控制模型的建立，可有效保證回收系統(tǒng)的安全，同時(shí)降低回收過(guò)程的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
2.1.2 批量控制
間歇式液相本體法聚丙烯(PP)生產(chǎn)工藝另一特點(diǎn)是批量控制，需要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際將整個(gè)聚合釜的批量控制按配方進(jìn)行修改和調(diào)入，實(shí)現(xiàn)從加單體、加引發(fā)劑，聚合到閃蒸全過(guò)程順序控制。中控在整個(gè)控制策略中將入料、配料、升溫、保溫、噴料、閃蒸釜置換抽真空、閃蒸釜輸料等分成若干個(gè)子功能單元塊，每個(gè)單元塊單獨(dú)編程自成一體，都包含單元初始化啟動(dòng)程序、人機(jī)對(duì)話程序、單元聯(lián)鎖保護(hù)程序、單元設(shè)備故障檢測(cè)/故障處理程序和控制主程序，這樣，單元程序就可單獨(dú)修改調(diào)試，單獨(dú)初始化，按照預(yù)設(shè)條件單獨(dú)啟動(dòng)完成本單元控制邏輯，而操作員根據(jù)生產(chǎn)順序逐個(gè)啟動(dòng)相關(guān)程序步來(lái)完成整個(gè)批量生產(chǎn)。配方的修改和調(diào)入是整個(gè)批量控制的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到加料的準(zhǔn)確、生產(chǎn)的安全和控制的效果。配方選擇及聚合控制畫(huà)面如圖4,圖5所示：
2.2 連續(xù)法本體聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程控制策略
連續(xù)法本體聚合工藝按采用的聚合反應(yīng)器的不同，分為釜式聚合工藝和管式聚合工藝。這種工藝的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有單位體積傳熱面積、總傳熱系數(shù)高、單程轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品牌號(hào)切換時(shí)間短的特點(diǎn)。在全世界以及在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)聚丙烯的裝置中，采用環(huán)管法工藝是最多。整個(gè)工藝生產(chǎn)過(guò)程對(duì)測(cè)量及控制系統(tǒng)要求較高的是反應(yīng)系統(tǒng)及相關(guān)流程。它包括預(yù)接觸罐、預(yù)聚合反應(yīng)器及環(huán)管反應(yīng)器3個(gè)部分。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程對(duì)于溫度、壓力、丙烯進(jìn)料、氫加入量、環(huán)管反應(yīng)器的緩沖罐液位、聚合物含量的檢測(cè)控制要求較嚴(yán)格，各參數(shù)的控制相互關(guān)聯(lián)。
1. 催化劑和助劑配置單元
特色控制策略：
◆ 采用了與丙烯進(jìn)料量進(jìn)行比值調(diào)節(jié)的方法，自動(dòng)調(diào)節(jié)三乙基鋁的進(jìn)料量。而給電子體的流量與三乙基鋁的流量進(jìn)行比值控制；
◆ 在構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，主催化劑分散罐的溫度控制可完全滿足工藝的設(shè)計(jì)要求。
2. 液相聚合單元
特色控制策略：
◆ 丙烯流量控制采用與反應(yīng)器內(nèi)漿料密度串級(jí)的辦法，漿料密度作為串級(jí)回路的主環(huán)，丙烯流量做作為串級(jí)回路的副環(huán)。如此實(shí)現(xiàn)了環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的進(jìn)料調(diào)節(jié)，控制了反應(yīng)器內(nèi)的漿料密度，使生產(chǎn)處于平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)。
◆ 環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的壓力由進(jìn)入丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯流量來(lái)控制，同時(shí)又壓力超高報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)。
◆ 采用了以環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)漿料溫度為主環(huán)，夾套水上水溫度為副環(huán)的串級(jí)控制方式。
◆ 為保證環(huán)管反應(yīng)器中的漿液密度相對(duì)穩(wěn)定，環(huán)管反應(yīng)器的排料是采用控制反應(yīng)器緩沖罐的液位進(jìn)行連續(xù)排料控制的，為保證排料的連續(xù)性，同時(shí)設(shè)定了一個(gè)排料手操控制器。
◆ 氫氣的流量控制采用由氣相色譜測(cè)定的丙烯氣流中的氫氣濃度為主環(huán)，流量調(diào)節(jié)為副環(huán)的串級(jí)回路進(jìn)行控制。
◆ 聯(lián)鎖控制分為三種情況：
1） 系統(tǒng)邏輯判斷，當(dāng)需要快速終止反應(yīng)時(shí)，程序自動(dòng)氮?dú)夂鸵谎趸嫉幕旌蠚庾⑷朊總�(gè)反應(yīng)器腿的底部。
2） 當(dāng)漿液循環(huán)泵故障和阻聚無(wú)效時(shí)，沉下的固體通過(guò)打開(kāi)反應(yīng)器下的壓力開(kāi)關(guān)排到高壓排放罐。
3） 聯(lián)鎖打開(kāi)反應(yīng)器上部的安全閥。
2.3 氣相法聚丙烯裝置控制策略
氣相法技術(shù)是建立在不脫灰、不脫無(wú)規(guī)物技術(shù)上的，采用高效催化劑的氣相流化聚合工藝。該法采用的聚合反應(yīng)器通常有流化床、立式攪拌床和臥式攪拌床。它具有一般高效本體法工藝的特點(diǎn)，但與本體法相比具有一些特別的優(yōu)勢(shì)。
1. 進(jìn)料系統(tǒng)控制
特色控制策略
◆ 構(gòu)建了在線計(jì)算反應(yīng)器負(fù)荷的算法。生產(chǎn)的負(fù)荷可由操作員在線設(shè)定。
◆ 采用以控制主催化劑的加入量來(lái)控制反應(yīng)器的負(fù)荷。以反應(yīng)器的負(fù)荷控制作為主環(huán)，主催化劑的流量控制作為副環(huán)進(jìn)行串級(jí)調(diào)節(jié)。
◆ 助催化劑和改性劑的流量采用與主催化進(jìn)行比值調(diào)節(jié)。
2. 反應(yīng)系統(tǒng)控制
特色控制策略：
◆ 在反應(yīng)器內(nèi)四個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)分別有三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，通過(guò)三個(gè)急冷液流量調(diào)節(jié)閥來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度。
◆ 控制反應(yīng)器內(nèi)氣/液比控制，主要是為了控制循環(huán)氣量，采用與進(jìn)反應(yīng)器的急冷液總流量進(jìn)行比值控制。
◆ 反應(yīng)器內(nèi)料位控制方式有兩種：射線方式或電機(jī)功率方式。液位通過(guò)反應(yīng)器出口閥門(mén)的打開(kāi)時(shí)間和打開(kāi)間隔時(shí)間來(lái)控制。閥門(mén)的循環(huán)打開(kāi)時(shí)間和間隔時(shí)間由控制邏輯給定。
◆ 氫氣/丙烯比率控制是通過(guò)和氫氣流量進(jìn)行串級(jí)控制的。氫氣的流量控制采用分成調(diào)節(jié)：當(dāng)流量偏差大的時(shí)候采用大的流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)流量偏差小的時(shí)候采用小的流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使氫氣流量保持平穩(wěn)的狀態(tài)。
◆ 乙烯/丙烯比值的控制，也是采用串級(jí)控制。以乙烯流量控制為內(nèi)環(huán)，乙烯/丙烯的比值為外環(huán)。
◆ 頂部分離器液位和新鮮丙烯加料流量采用串級(jí)控制。
下面是中控在聚丙烯行業(yè)部分典型項(xiàng)目。
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典型用戶 |
項(xiàng)目名稱 |
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壽光順泰化工有限公司 |
5萬(wàn)噸/年聚丙烯 |
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壽光市順泰化工有限公司 |
5萬(wàn)噸/年聚丙稀工程（二期） |
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玉門(mén)煉油化工總廠 |
4萬(wàn)噸/年聚丙烯 |
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南充石達(dá)化工有限公司 |
2萬(wàn)噸/年聚丙烯及7萬(wàn)噸/年氣分 |
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中國(guó)石油呼和浩特石化公司 |
1.5萬(wàn)噸/年聚丙烯 |
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新疆克拉瑪依煉化 |
1萬(wàn)噸/年聚丙烯改造 |
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南樂(lè)縣天潤(rùn)化工有限責(zé)任公司 |
6000噸/年聚丙烯 |
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鎮(zhèn)海煉化化工股份有限公司 |
聚丙烯生產(chǎn)裝置 |
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新疆獨(dú)山子天利高新股份有限公司 |
聚丙烯生產(chǎn)裝置 |
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中國(guó)石油天然氣克拉瑪依石化分公司 |
聚丙烯裝置改造 |
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中國(guó)石油天然氣股份有限公司呼和浩特石化分公司 |
聚丙烯裝置改造 |
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山東恒源石油化工股份有限公司 |
第一聚丙烯裝置 |
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山東恒源石油化工股份有限公司 |
第二聚丙烯裝置 |
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