复杂控制系统在四氟乙烯生产中的应用

杨传武 王金枝 王云龙

山东东岳高分子材料有限公司（山东淄博256400）

摘要：复杂控制系统中的串级控制、比值控制在四氟乙烯生产中进行了介绍，分别就串级控制系统在过热炉炉膛温度与天然气流量的应用、比值控制系统在过热炉F22进料和过热蒸汽流量调节的应用进行了研究。实践证明这些复杂控制系统的应用能精确和快速的调节工艺参数，提高了产品的产量和质量。

关键词：复杂控制系统；四氟乙烯；精确；快速

Abstract: The cascade control and ratio control in complex control system are introduced in the production of tetrafluoroethylene. The application of cascade control system in furnace temperature and natural gas flow of super heater, and the application of ratio control system in F22 feed and super heater steam flow regulation are studied. The practice proves that the application of these complex control systems can adjust the process parameters accurately and quickly, and improve the yield and quality of the product.

Key words: Complex control system;  Tetrafluoroethylene;  Accurately;  Quickly

随着工业生产和科学技术的快速发展，生产装置越来越趋向于大型化和复杂化[1]，对工艺参数的控制精度要求也越严格，过去简单的单回路控制系统已不能满足生产的需要。同时，化工行业的竞争也越来越激烈，下游生产厂家对产品的质量提出更高的要求。因此，在当今的化工行业DCS系统控制中,采用复杂控制系统才能满足工艺生产的需要，现对我厂四氟乙烯生产装置DCS控制系统中使用串级控制、比值控制等几种复杂控制方案进行详细阐述。

一、串级控制系统在四氟乙烯生产中的应用

串级控制系统是两个调节器相串联、主调节器的输出作为副调节器的给定，适用于时间常数及纯滞后较大的对象；该系统有两个调节器。一个调节器 为主调节器，另一个调节器为副调节器。主调节器的输出作为副调节器的给定。 系统有两个变送单元，一个测量主被控变量，另一个测量副被控变量。 串级控制系统的目的主要在于稳定主被控变量[2]。

在化工生产中，一些工艺对象具有较大的时间常数和纯滞后。为了保证过程变量在预定的控制精度之内，不得不引入辅助过程变量的办法来克服外部干扰，以弥补简单控制系统的不足。我公司为了保证正常生产和后续工序的稳定运行，对过热炉炉膛温度和原料出口温度采取串级控制，当燃料压力、流量、组分等发生变化时，炉膛温度的副调节器TRC-2立即进行调节。如果干扰较小，经副回路调节以后，炉膛温度基本保持不变，这样就不会影响过热炉的出口温度。当干扰很大时，还会影响到主被控量过热炉出口温度。这时主调节器TRC-1 的输出开始发生变化，对于副调节回路来说，它将接受给定值与测量值两方面的变化，从而使输入偏差增加，校正作用加强，加速了调节过程(见图1)。

图1 反应器温度与过热炉炉膛温度串级控制系统

二、比值控制系统在四氟乙烯生产中的应用

在化工生产过程中，工艺上需要两种或两种以上的原料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响正常生产，严重的话会造成安全事故。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之流量比值控制系统。

在四氟乙烯生产过程，由于原料F22和过热蒸汽进入加热炉预热的比例失调，影响装置正常运行，造成产量下降，质量降低，能源浪费，环境污染，甚至造成安全事故。另外在开停车过程中，由于人工调节原料的进入量，可能会出现进料、减料不稳定的现象，带来一定的安全隐患。为了克服正常生产和开停车、异常停车过程中人为进料因素干扰的影响，使F22和过热蒸汽进料量变化平稳，我公司对过热炉F22和过热蒸汽进料采取比值控制系统，两者保持一定的比例关系，F22作为主物料用Q1表示，过热蒸汽作为从物料用Q2表示，工艺上要求两物料的比值为K，即K=Q2/Q1。当主物料F22发生变化时，通过比值器的输出，使从物料过热蒸汽回路控制器的设定值也发生变化，从而使从物料过热蒸汽随着主物料F22的变化而成比例的变化，这样调节及时，又方便又安全，满足了在主物料F22进料干扰和工艺上经常需要升降负荷的要求（见图2）。

图2 过热炉F22进料和过热蒸汽比值控制系统

三、结语

在这次四氟乙烯单体生产改造项目中，根据控制精度的要求，除了对蒸汽过热炉的原料进料F22和水蒸气采取比值控制系统，炉膛温度和天然气流量采用串级控制系统，为了节能降耗，精馏前5个塔进出料和过热炉进料量建立了物料平衡关系，另外，F22储槽进出料、补水碱、换氯化钙溶液、粗六氟丙烯收料和出料、补萜烯等采用顺控程序自动控制，使调节过程及时，控制系统工作频率增加，提高了产品的产量与质量，为企业创造可观的经济效益。

参考文献：

[1]高晓新,马江权,杨德明.浅谈复杂控制系统在化工仿真DCS中的应用[J].广州化工,2013,41(05):80-81.

[2]张猛,白亚东,赵立甜.几种复杂控制在渣油加氢装置DCS系统中的应用[J].化工设计通讯,2017,43(08):100-102.

【作者简介】杨传武（1989.06-），男，汉族，山东省临沂市人，硕士研究生学历，山东东岳高分子材料有限公司技术工程师，主要研究方向：工艺管理和工艺技术改造。