劉春艷 谷克宏 羅炳浩 張恒云

[摘 要] 乙炔和氯化氫的配比對VCM的產量、質量、原料消耗、安全及環(huán)保等都有很大的影響，反應機制要求控制其摩爾比一般為1.05∶1.0。氯化氫和乙炔流量利用孔板流量計進行測量，通過對孔板流量測量進行溫壓補償，對流量調節(jié)的PID參數(shù)進行整定，實現(xiàn)了氯乙烯原料的配比自動控制優(yōu)化。

[關鍵詞] 氯化氫；乙炔；比值調節(jié)系統(tǒng)；溫壓補償；參數(shù)整定；優(yōu)化控制

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 028

[中圖分類號] TP273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）17- 0049- 02

1 前 言

乙炔和氯化氫的配比對VCM的產量、質量、原料消耗、安全及環(huán)保等都有很大的影響。從乙炔和氯化氫的反應機制分析，提高原料氣的濃度（或分壓）或使一種原料氣過量，都有利于反應速度和轉化率的增加。但是當乙炔過量時，會引起觸媒中毒、精餾塔系統(tǒng)的負荷增加等一系列惡果。若氯化氫過量太多，則增加原料單耗，在合成反應中易加劇進一步與氯乙烯加成生成1，1-二氯乙烷等副反應：CH2=CHCl+HCl→CHCl3-CHCl。根據(jù)生產數(shù)據(jù)分析，控制氯化氫和乙炔的摩爾比為1.05∶1.0，在保證轉化率的同時降低原料消耗。

在電石法VCM實際生產中，要求乙炔與氯化氫始終保持一定的比例，該比例不隨原料流量的改變而變化。此外，在氯化氫中含游離氯的特殊情況下，不及時處理可能會造成混合器或預熱器及相關管道內發(fā)生燃燒甚至爆炸，引發(fā)安全生產事故。因此，從工藝和安全兩個角度考慮，乙炔與氯化氫自動配比系統(tǒng)不僅應滿足調節(jié)品質的需要，還必須兼顧安全。

2 乙炔和氯化氫的流量測量

2.1 孔板流量測量原理

乙炔和氯化氫的流量采用孔板測量。孔板流量計是利用流體流經(jīng)銳孔板時的節(jié)流作用，使流體的流速增大，壓強減小，也即不同的流體流速（或流量），而獲得相對應的壓強差。在既定的銳孔板上流速越大則壓強差越大。變送器輸出信號為壓差信號，故需要根據(jù)孔板規(guī)格換算為流量，并根據(jù)氣體壓力和溫度進行補償計算，最后得出實際氣體流量。

2.2 流量測量的溫壓補償

用于測量氯化氫、乙炔流量的孔板是在標況下標定的，在實際的應用中，實際工藝條件與標況下相差甚遠，因此，必須對流量進行壓力、溫度補償。生產線采用的是橫河CS3000系統(tǒng)，系統(tǒng)中有特定的溫壓補償模塊TPCFL。

TPCFL塊是在使用壓縮機構差壓式流量計測定流量中，執(zhí)行溫壓補償，或者把與理想氣體比較過的氣體流量以溫度及壓力為準補正。溫壓補償運算，執(zhí)行溫度和壓力兩方面的補正運算。在測定流量Fi、基準壓力Pb、基準溫度Tb、測定壓力P及測定溫度T中，以“kPa”為壓力單位的補正運算式為：

F0=■×Fi（1）

式中，F(xiàn)i：測定流量 ，F(xiàn)0：補償完畢流量；

P：測定壓力[kPa]；T：測定溫度（℃）；

Pb：基準壓力[kPa]，流量計的工作表壓（工作絕壓-地區(qū)大氣壓），一般廠級設計時地區(qū)大氣壓取100 kPa，實際中地區(qū)大氣壓會有差異，所以在設定時要取當?shù)氐貐^(qū)大氣壓（如甘肅地區(qū)為83kPa）；

Tb：基準溫度（℃），流量計的設計溫度（工作溫度）。

3 控制實現(xiàn)

3.1 比值調節(jié)系統(tǒng)

在化工生產中，經(jīng)常需要兩種或兩種以上的物料按一定的比例混合后進行反應。比值調節(jié)系統(tǒng)正是解決此類控制難題的一種控制方案。乙炔、氯化氫的配比控制原理如圖1所示。

在乙炔、氯化氫的配比控制系統(tǒng)中，氯化氫為主物料，乙炔為從物料。從乙炔流量的控制情況可知，它是一個隨動的閉環(huán)控制回路，而主物料氯化氫流量的控制則是開環(huán)控制回路。氯化氫的流量經(jīng)比值運算后輸出信號作為乙炔流量PID調節(jié)器的給定值，從而使乙炔和氯化氫兩種物料在不斷變化的流量數(shù)值下保持一個近似固定的比例關系，這樣不但可實現(xiàn)乙炔流量隨氯化氫流量的變化而變化，而且還可以克服乙炔流量本身干擾對比值控制的影響。

3.2 比值調節(jié)控制方案

乙炔、氯化氫比值調節(jié)控制具體方案如圖2所示。

3.3 PID參數(shù)整定

對乙炔和氯化氫的流量調節(jié)控制器進行PID參數(shù)整定采用的是經(jīng)驗數(shù)據(jù)法和試湊法，具體步驟是根據(jù)表1中的參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行P/I賦值，通過閉環(huán)運行，觀察系統(tǒng)的響應曲線，然后根據(jù)各參數(shù)對系統(tǒng)的影響，反復湊試參數(shù)，直至出現(xiàn)滿意的響應，從而確定PID控制參數(shù)，實現(xiàn)配比調節(jié)的自動控制。

4 結 語

比較改進前后比值控制的設定值和實際值的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，乙炔、氯化氫比值控制明顯優(yōu)化，為保證控制效果，使P乙炔略大于P氯化氫，且兩者壓力相對穩(wěn)定。比值調節(jié)控制優(yōu)化后，首先減輕了操作人員的勞動強度，其次產生的鹽酸量較優(yōu)化前減少，接近于理論值。

主要參考文獻

[1]惠正綱，李榮.乙炔、氯化氫的自動配比與氯乙烯精餾裝置的優(yōu)化控制[J].聚氯乙烯，2007（8）.