工程概述 本裝置（寶塔石化）設計能力為40000T/a聚丙烯，以石油液化氣分餾分離出的丙烯為原料。采用的是間歇式液相本體聚合法。主要設備為8臺12立方米聚合釜和8臺閃蒸釜等輔助設備形成的一套間歇式生產裝置，每四小時每釜可投料出料一次，每釜可生產聚丙烯粉料3T左右。 ［關鍵詞］間歇聚丙烯過程；模糊控制 1引言 由于間歇聚丙烯生產過程中化學反應間歇過程的特性相當復雜，具有嚴重的非線性和時變特性。目前在不少間歇工業(yè)生產，仍采用手動或半自動操作，尤其是在反應期內，過程控制難度更大，這就要求控制策略適應各個時間段不同的特點。 2工藝特點  本裝置的主體是A、B、C、D 、E、F、G、H8個聚合釜，采用間歇式液相本體法聚合工藝，以液相丙烯為原料，采用CS-1型高效催化劑（Ticl4），以三乙基鋁為活化劑，以氫氣為聚合物分子量調節(jié)劑。液相丙烯經計量進入聚合釜，并將活化劑、催化劑和分子量調節(jié)劑按一定比例和順序加入聚合釜。各物料加完后，開始向聚合釜夾套通熱水給釜內物料升溫升壓，這時釜內溫度及壓力上升。當溫度升至55℃以上、壓力在2.4 MPa左右時釜內開始反應，放出熱量。由于反應放出的熱量會加劇反應的進行，所以應及時停止加熱，打開循環(huán)冷卻水使釜內溫度或壓力按一定速度上升，當釜內溫度升至73℃左右、釜壓升到3.55左右MPa時進行恒溫恒壓反應過程。隨著反應時間的延長，液相丙烯逐漸減少，聚丙烯顆粒的濃度增加。最后，釜內液相丙烯基本消失，釜內主要是聚丙烯固體顆粒和未反應的氣相丙烯，即達到所謂“干鍋”狀態(tài)，釜壓下降，此時認為反應結束。其中，升溫升壓階段約30 min，恒溫恒壓階段為4.5 h左右。 控制思想 結合工藝特點，該控制系統(tǒng)過程可分為3個階段。升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段。 1．升溫升壓階段。目的就是要在適當?shù)臅r間內，控制熱水閥的開度向夾套加水，使溫度、壓力按照較理想的速率上升，上升太慢影響產量，太快則可能使后期反應過于激烈，難以控制。 所以一般都采用位式控制的方式。根據(jù)實際特點，在這個階段中，本系統(tǒng)分兩個階段來控制，壓力小于2 .0Mpa時，熱水閥開100%，讓釜充分升溫升壓，壓力在2-2.4.時熱水閥從100%逐漸關至50%，2.4-2.85時保持全關。這樣既縮短了升溫時間又使后期反應得到一定的緩解。 2.過渡階段 過渡階段是整個控制的難點，控制的目的就是要依據(jù)反應的強弱即壓力的變化來控制分程冷水閥及內冷控制閥，使壓力控制在3.55Mpa左右（因為壓力和溫度是線性關系）。在這個過程中如果控制不好，有可能超壓，引起高壓回收，甚至安全閥動作，反之則可能造成“僵釜”。同時還得考慮到由于原料引起反應過弱的情況，所以在設計模糊控制系統(tǒng)的同時，得考慮選用恰當?shù)膮?shù)，使壓力在3.5Mpa之前時壓力能平穩(wěn)的上升，也就是說，如何克服模糊控制的穩(wěn)態(tài)誤差，經過本人的探索，當壓力在[3.3,3.5]時，在速率的[-0.1,0.1]區(qū)間中引入三角sinX函數(shù)，對模糊系統(tǒng)的EC項進行修正，而在3.5-3.6Mpa時快速的控制壓力。按照上述要求仿照人工控制的經驗，設計出智能的二維模糊控制器，輸入變?yōu)楦獌葔毫透獕旱淖兓?，輸出變量為冷水閥的開度。模糊控制的任務為：在過渡過程的2.85～3.6 MPa階段，用雙輸入單輸出的模糊控制，代替人的手動操作，實現(xiàn)快速平穩(wěn)過渡。 通過工藝規(guī)律，可以得到模糊IF-THEN規(guī)則 IF 壓力太低，速率為零,THEN 閥門不開 IF 壓力偏低，速率小, THEN 閥門小開。 IF 壓力稍低，速率中,THEN 閥門中開。 IF 壓力正常，速率大,THEN 閥門全開。 ……. （1）選擇描述輸入輸出變量的詞集 通過分析歷史數(shù)據(jù)，取輸入變量釜壓PT的 基本論域：［2.8，3.2,3.4.3.6］MPa 4個參量分別表示釜內壓力太低，偏低、稍低和正常。取壓力變化PEC的 基本論域：［0，0.56,0.11,0.17］MPa/min 4個參量分別表示壓力上升速度為零，小，中，大。 取冷水閥開度（控制量）Y的 基本論域：［0,33,66,100］ 各參量對應的閥門狀態(tài)分別為全關，小開，中開，全開。 （2）定義各模糊變量的模糊子集 根據(jù)手動策略，隸屬函數(shù)采用等腰三角形的形式。由隸屬函數(shù)曲線可以得出各模糊變量在論域上的賦值表。 通過上述論域，采用新華DCS中的模糊控制功能塊，便可以構建一個控制方案，事實證明這種方案是非常有效的，它不但解決了壓力超調的問題，也解決了反應強弱的問題。并縮短了反應時間。 3．PID控制 利用PID控制穩(wěn)態(tài)精度高的特點，在正常反應階段，采用PID控制方式。在切入恒溫恒壓時，這時反應可能還比較強，所以單純PID控制，在這個階段并不理想。所以引入速率前饋。這也使得系統(tǒng)在較早切入恒溫系統(tǒng)得到保障。從而使得系統(tǒng)能較快的向著設定的目標值靠近。同時又能作出快速的響應。達到更好的控制精度。 4．內冷系統(tǒng)的控制 內冷系統(tǒng)是為了保障系統(tǒng)超壓的有力手段，一般壓力在3.45Mpa之后，主要是在壓力快速上升時，而分程控制閥已全開時開啟內冷閥。針對其特點，在設計系統(tǒng)時，當壓力大于3.45且分程冷水閥開度大于75度時切自動。及時投入調節(jié)。 運行結果  用以上控制的方法，從開始加熱到釜內壓力上升到3.5±0.1MPa，所用時間為25-30min左右，最大超調量為±0.03 MPa。而手動控制時，從開始加熱到釜壓平穩(wěn)上升到3.55±0.1 MPa，一般需要40～60 min，在快速性上顯然不如智能復合控制方案。 另外手動控制時，在2.85～3.3 MPa這段范圍內，控制往往不及時，易引起超調，特別是對于經驗不豐富的運行人員來說更難。影響后續(xù)反應的平穩(wěn)性，對產品的質量影響也比較大，回收的機率也大。 采用本系統(tǒng)，運行人員在自動投料結束后，只要操作啟動升溫按鈕，程序會全程控制熱水閥、冷水閥、內冷閥，無需手動干預，直到出料。以前一個人操作一個釜都忙不過來，采用自動后，一個人可以很輕松操作4個釜。 附：工藝流程圖：