在某聚丙烯(PP)裝置實施了先進控制，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程優(yōu)化控制，產(chǎn)品質(zhì)量可控，牌號易于切換。該先進過程控制系統(tǒng)基于多變量預測控制策略。根據(jù)PP裝置的工藝特點，為實現(xiàn)原定效益目標，所設(shè)計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，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，顯著地延長裝置運行時間。
1、產(chǎn)率控制
先進控制系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟效益主要是通過提高單位時間內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量來實現(xiàn)的。在滿足所有約束條件的情況下，先進控制器將盡可能地把丙烯進料量控制在最大值，通過卡邊操作提高聚丙烯產(chǎn)量。先進控制器的作用是減小產(chǎn)品質(zhì)量的波動，使過程參數(shù)控制得更加平穩(wěn)。在先進控制器投入運行后，根據(jù)設(shè)定產(chǎn)率的高低限值和約束條件，將自動調(diào)整丙烯進料量來滿足產(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，不應成為人為卡邊條件，先進控制器最終根據(jù)其他約束條件進行卡邊控制，使產(chǎn)率達到最大化；但在計劃生產(chǎn)條件下，通過總產(chǎn)率上限的合理設(shè)定也能有效地實現(xiàn)產(chǎn)率控制。
2、產(chǎn)品質(zhì)量控制
PP最終日常控制的產(chǎn)品質(zhì)量主要有兩項：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，很難實現(xiàn)對密度的連續(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)聚合反應體系中氫氣與丙烯的濃度，可以達到控制產(chǎn)品MI的目的。
由于常規(guī)控制回路的非線性及反應滯后的影響，常造成氫氣與丙烯比波動范圍較大，導致產(chǎn)品質(zhì)量在較大范圍內(nèi)波動。APC軟件通過在線預測與穩(wěn)定控制相結(jié)合，使氫氣與丙烯比實現(xiàn)穩(wěn)定控制，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制，減小MI的波動范圍。
3、漿液濃度控制
為了實施多變量控制器對漿液濃度的控制，需在DCS中進行一些相關(guān)計算，并建立相應計算點，計算漿液濃度和母液復用率等4個被控變量。在生產(chǎn)應用中，新鮮溶劑和母液設(shè)定值將隨丙烯進料量的變化而改變以維持穩(wěn)定的漿液濃度。漿液濃度的計算值是在丙烯轉(zhuǎn)化率基本固定及撤除反應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，此時漿液濃度計算值不可靠。為保證穩(wěn)定而有效地實施漿液濃度控制，引入反應器液位作為漿液濃度控制的另一被控變量。由于PP反應釜液位都采用溢流控制，反應器液位實際上是漿液濃度較為真實的反應。當漿液濃度增加時，液位也升高。通過預測試，漿液濃度和液位呈線性關(guān)系。因此，反應器液位作為控制漿液濃度的另一指標必不可少，并行之有效。一旦液位指示偏高，這時盡管計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聚合反應是一個強放熱反應過程，聚合反應又嚴格控制聚合溫度，及時撤除反應熱是提高產(chǎn)率的關(guān)鍵。引入與溫度控制有關(guān)的2個過程變量作為冷卻能力的監(jiān)控指標：循環(huán)氣風機進出壓差，該值太低說明冷卻負荷小、循環(huán)氣量小，該值太高說明冷卻負荷大，循環(huán)氣量大；溫度控制閥位，該閥位開度太小說明冷卻負荷太大，過程的冷卻無法保證。以這兩個變量作為冷卻系統(tǒng)控制器的被控變量，能時刻保證冷卻系統(tǒng)控制器在滿足冷卻能力的前提下提高裝置的產(chǎn)量。
