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我國聚丙烯（PP）的工業生產始于20世紀70年代，經過30多年的發展，目前已經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、氣相法等多種生產工藝并舉，大中小型生產規模共存的生產格局。現在我國的大型PP生產裝置以引進技術為主，中型和小型PP生產裝置以國產化技術為主。國內聚丙烯產量來自乙烯聯合生產企業的約占40％，以煉油廠副產的丙烯為原料的約占60％。引進技術主要有釜式反應器液相本體一氣相本體Hypol工藝及環管式液相本體一氣相本體組合法Sphenpol工藝，并在吸收、消化國外釜式液相本體一氣相本體工藝和環管式液相本體一氣相本體工藝的基礎上，自行設計建成了多套聚丙烯生產裝置。
2.1 間歇法本體聚丙烯控制方案
間歇式液相本體法(簡稱間歇式)聚丙烯生產工藝是我國自主開發的適合我國國情的聚丙烯生產技術。它的主要工藝流程是液態丙烯在聚合釜中，在催化劑作用下進行聚合反應，并加入氫氣調節相對分子質量。聚合反應完成后，聚合產物進入閃蒸器，脫除未反應的丙烯后進入擠出機，擠出造粒，稱量、包裝、送產品倉庫。回收的丙烯，經冷凝后循環使用。
2.1.1 常規控制
間歇法生產聚丙烯過程所屬的丙烯及引發劑加料、丙烯聚合反應、閃蒸失活、丙烯回收，工藝復雜，設備繁多，屬于典型的大型化工流程工業。另外，模擬量的控制及累積計量較多，控制對象多具有強滯后、大慣性、多干擾等特性，比如聚合釜的溫度等。中控利用DCS產品優勢，在完成常規控制的基礎上，運用DCS強大的模擬量處理功能和獨具特色的控制算法與策略，成功的實現了間歇法聚丙烯過程的難點控制，滿足了間歇法聚丙烯過程的控制要求。
1. 進料控制
◆ 丙烯單體、引發劑和氫氣進料量的準確計量
◆ 各物料進料過程中的各個閥門的順序操作
◆ 丙稀進料閥開，聯鎖關丙稀回流閥；反之，聯鎖開丙稀回流閥
2. 過渡階段控制
關鍵控制：
◆ 聚合釜內壓力、溫度曲線控制
◆ 在較短的時間內將釜內溫度加熱到預定溫度，同時溫度又不能上升過快，導致恒溫階段不宜控制
◆ 釜壓超高聯鎖泄壓保護
特色控制策略：
中控構建了丙烯聚合升溫過程控制的數學模型，在模型基礎上使升溫過程時間和恒溫階段控制效果上達到了最理想的優化。
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，夾套水溫度為副環的串級控制方式。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都能很快地克服，即溫度副回路起迅速的粗調作用，壓力主回路起進一步的細調作用。
◆ 采用中控類似于傳統的串級PID控制形式的串級預測函數控制方法進行控制（即APC-PFC控制工程軟件包），可使溫度壓力控制效果更加理想。
◆ 中控構建了配方和加氫控制的數學模型，可準確控制氫氣加入量。
◆ 轉化率在線測量，結合聚合反應時間合溫度變化，以此判斷聚合反應終點。
4. 噴料、閃蒸、回收過程控制
關鍵控制：
◆ 回收系統壓力的控制
◆ 閃蒸釜壓力超高，聯鎖開閃蒸釜丙烯回收閥
◆ 升溫過程壓力超高，泄壓時的丙烯回收
特色控制策略：
丙烯回收過程自動控制模型的建立，可有效保證回收系統的安全，同時降低回收過程的時間，提高生產效率。
2.1.2 批量控制
間歇式液相本體法聚丙烯(PP)生產工藝另一特點是批量控制，需要結合生產實際將整個聚合釜的批量控制按配方進行修改和調入，實現從加單體、加引發劑，聚合到閃蒸全過程順序控制。中控在整個控制策略中將入料、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子功能單元塊，每個單元塊單獨編程自成一體，都包含單元初始化啟動程序、人機對話程序、單元聯鎖保護程序、單元設備故障檢測/故障處理程序和控制主程序，這樣，單元程序就可單獨修改調試，單獨初始化，按照預設條件單獨啟動完成本單元控制邏輯，而操作員根據生產順序逐個啟動相關程序步來完成整個批量生產。配方的修改和調入是整個批量控制的關鍵，它直接關系到加料的準確、生產的安全和控制的效果。配方選擇及聚合控制畫面如圖4,圖5所示：
2.2 連續法本體聚丙烯生產過程控制策略
連續法本體聚合工藝按采用的聚合反應器的不同，分為釜式聚合工藝和管式聚合工藝。這種工藝的特點是結構簡單，具有單位體積傳熱面積、總傳熱系數高、單程轉化率高、產品牌號切換時間短的特點。在全世界以及在國內生產聚丙烯的裝置中，采用環管法工藝是最多。整個工藝生產過程對測量及控制系統要求較高的是反應系統及相關流程。它包括預接觸罐、預聚合反應器及環管反應器3個部分。整個反應過程對于溫度、壓力、丙烯進料、氫加入量、環管反應器的緩沖罐液位、聚合物含量的檢測控制要求較嚴格，各參數的控制相互關聯。
1. 催化劑和助劑配置單元
特色控制策略：
◆ 采用了與丙烯進料量進行比值調節的方法，自動調節三乙基鋁的進料量。而給電子體的流量與三乙基鋁的流量進行比值控制；
◆ 在構建的數學模型的基礎上，主催化劑分散罐的溫度控制可完全滿足工藝的設計要求。
2. 液相聚合單元
特色控制策略：
◆ 丙烯流量控制采用與反應器內漿料密度串級的辦法，漿料密度作為串級回路的主環，丙烯流量做作為串級回路的副環。如此實現了環管反應器內的進料調節，控制了反應器內的漿料密度，使生產處于平穩運行的狀態。
◆ 環管反應器內的壓力由進入丙烯蒸發器的液態丙烯流量來控制，同時又壓力超高報警和聯鎖保護。
◆ 采用了以環管反應器內漿料溫度為主環，夾套水上水溫度為副環的串級控制方式。
◆ 為保證環管反應器中的漿液密度相對穩定，環管反應器的排料是采用控制反應器緩沖罐的液位進行連續排料控制的，為保證排料的連續性，同時設定了一個排料手操控制器。
◆ 氫氣的流量控制采用由氣相色譜測定的丙烯氣流中的氫氣濃度為主環，流量調節為副環的串級回路進行控制。
◆ 聯鎖控制分為三種情況：
1） 系統邏輯判斷，當需要快速終止反應時，程序自動氮氣和一氧化碳的混合氣注入每個反應器腿的底部。
2） 當漿液循環泵故障和阻聚無效時，沉下的固體通過打開反應器下的壓力開關排到高壓排放罐。
3） 聯鎖打開反應器上部的安全閥。
2.3 氣相法聚丙烯裝置控制策略
氣相法技術是建立在不脫灰、不脫無規物技術上的，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，但與本體法相比具有一些特別的優勢。
1. 進料系統控制
特色控制策略
◆ 構建了在線計算反應器負荷的算法。生產的負荷可由操作員在線設定。
◆ 采用以控制主催化劑的加入量來控制反應器的負荷。以反應器的負荷控制作為主環，主催化劑的流量控制作為副環進行串級調節。
◆ 助催化劑和改性劑的流量采用與主催化進行比值調節。
2. 反應系統控制
特色控制策略：
◆ 在反應器內四個區，每個區分別有三個測溫點，通過三個急冷液流量調節閥來控制反應器內的溫度。
◆ 控制反應器內氣/液比控制，主要是為了控制循環氣量，采用與進反應器的急冷液總流量進行比值控制。
◆ 反應器內料位控制方式有兩種：射線方式或電機功率方式。液位通過反應器出口閥門的打開時間和打開間隔時間來控制。閥門的循環打開時間和間隔時間由控制邏輯給定。
◆ 氫氣/丙烯比率控制是通過和氫氣流量進行串級控制的。氫氣的流量控制采用分成調節：當流量偏差大的時候采用大的流量調節閥進行調節，當流量偏差小的時候采用小的流量調節閥進行調節，從而使氫氣流量保持平穩的狀態。
◆ 乙烯/丙烯比值的控制，也是采用串級控制。以乙烯流量控制為內環，乙烯/丙烯的比值為外環。
◆ 頂部分離器液位和新鮮丙烯加料流量采用串級控制。
下面是中控在聚丙烯行業部分典型項目。
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典型用戶 |
項目名稱 |
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壽光順泰化工有限公司 |
5萬噸/年聚丙烯 |
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壽光市順泰化工有限公司 |
5萬噸/年聚丙稀工程（二期） |
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玉門煉油化工總廠 |
4萬噸/年聚丙烯 |
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南充石達化工有限公司 |
2萬噸/年聚丙烯及7萬噸/年氣分 |
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中國石油呼和浩特石化公司 |
1.5萬噸/年聚丙烯 |
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新疆克拉瑪依煉化 |
1萬噸/年聚丙烯改造 |
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南樂縣天潤化工有限責任公司 |
6000噸/年聚丙烯 |
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鎮海煉化化工股份有限公司 |
聚丙烯生產裝置 |
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新疆獨山子天利高新股份有限公司 |
聚丙烯生產裝置 |
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中國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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