魏虹

（大港石化公司維護車間，天津300280）

在聚丙烯裝置中，從反應(yīng)器排出的由液相丙烯和固相聚合物組成的淤漿經(jīng)閃蒸、脫氣后，固相粉料以重力方式下料至汽蒸系統(tǒng)，攜帶著大量細粉的氣相丙烯則進入高壓洗滌塔T301，向上的丙烯氣流與冷卻后回流的液相丙烯在塔盤逆流接觸，以除去其中夾帶的細粉，洗滌出的聚合物細粉與液相丙烯形成的淤漿通過洗滌塔底部出料閥排至小閃線閃蒸后再進行脫氣，洗滌塔頂部氣相丙烯進入換熱器冷卻為液相后，少部分用于回流洗滌，大部分輸送至反應(yīng)單元回用。洗滌塔底部裝有再沸器，由來自汽蒸系統(tǒng)的98～100℃工藝熱水在此加熱丙烯淤漿，汽化洗滌塔底部丙烯，確保塔底液位控制在400mm左右。由于洗滌塔的液位穩(wěn)定可直接確保塔壓和氣相出料量穩(wěn)定，進而可確保上游閃蒸、脫氣系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定和下游與新鮮丙烯均勻混合，因此洗滌塔液位是聚丙烯裝置運行的重點控制參數(shù)之一。

1 帶死區(qū)的PID調(diào)節(jié)控制方案

高壓丙烯洗滌塔液位控制采用串級控制方案，如圖1所示，液位控制器LIC3201為主調(diào)節(jié)器，工藝熱水流量控制器FIC3202為副調(diào)節(jié)器，主、副調(diào)節(jié)回路的原始設(shè)計算法皆為基本型PID方式。

圖1 T301液位串級控制原理

由于主調(diào)對象的液位有著較長的滯后特性，其控制精度差、調(diào)節(jié)難度大，大港石化公司100kt／a聚丙烯裝置開工初期僅靠整定PID參數(shù)無法投用液位串級控制回路，操作員工僅能憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)熱水量，難以達到穩(wěn)定液位、壓力及出料的目的，導(dǎo)致聚丙烯裝置運行參數(shù)超高低限值的情況頻繁發(fā)生。對此，自2012年開始對液位控制采取優(yōu)化措施。

1.1 PID控制算法的優(yōu)化

經(jīng)分析，傳統(tǒng)PID算法較偏重于設(shè)定值變更時的跟蹤性，適用于線性時間常量的一階滯后，而液位動態(tài)特性為典型的二階滯后，針對每個控制周期，將基本型PID控制運算式變形為使用采樣值的形式，使用差分運算式，轉(zhuǎn)換如下：

式中：DMVn——操作輸出變量；En——偏差，En＝PVn－SVn；DEn——偏差的變化量；DT——控制周期。

與基本型PID運算式相比，該算法對于液位測量值的波動狀況可以進行穩(wěn)定地控制。另外，對于控制對象過程的特性變化、負荷變動或干擾發(fā)生，可以進行比例、積分、微分的各種控制處理，可預(yù)期得到良好的效果。

1.2 將PID定值控制改為死區(qū)控制

由于大滯后被控參數(shù)變化的不確定性和高壓丙烯洗滌塔流程復(fù)雜性等特點，至再沸器的工藝熱水量與液位、塔壓等均有一定的關(guān)系。傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)不但有20%的超調(diào)，而且系統(tǒng)響應(yīng)較慢。一遇到波動就進行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致閥門的不停動作，故在差分控制算法上，進一步采用了帶死區(qū)的PID調(diào)節(jié)，原理如圖2所示。

圖2 帶死區(qū)的PID液位控制原理

規(guī)定死區(qū)的目的是避免控制作用過于頻繁即減少閥門啟閉過于頻繁，消除動作頻繁所引起的振蕩，增加閥門使用壽命以及密封性。其控制算式：

式中：e（k）——位置跟蹤偏差，e（k）＝r（k）－y（k）；r（k）——給定值；y（k）——反饋值；e0——參考值，其具體數(shù)據(jù)可根據(jù)實際控制對象的工藝要求或?qū)嶋H經(jīng)驗來進行確定，e0太小會造成控制動作過于頻繁，e0太大會造成較大的滯后性。

通過上式，可以看出帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)實際上是一個非線性的系統(tǒng)，當(dāng)｜e（k）｜≤e0時，控制器輸出為0，即閥門不動作；當(dāng)｜e（k）｜＞e0時，控制器進行相應(yīng)的動作控制閥門。根據(jù)生產(chǎn)實際，取e0＝0.15較為合理。

在PID控制中加入死區(qū)環(huán)節(jié)能有效地提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，消除系統(tǒng)的振蕩。并允許一定偏差的存在，但這個偏差滿足聚丙烯裝置運行參數(shù)波動范圍。

2 優(yōu)化效果

優(yōu)化前，高壓丙烯塔液位控制波形如圖3所示，波動范圍為25%～75%，這是聚丙烯裝置運行平穩(wěn)率長期不理想的主要原因之一。

圖3 優(yōu)化前液位控制波形

采用帶死區(qū)的PID調(diào)節(jié)對高壓丙烯塔液位控制波形如圖4所示。波動范圍為47.5%～52.5%，有效確保了洗滌塔及其上下游系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并使聚丙烯裝置2012年4月運行平穩(wěn)率達到100%。

圖4 優(yōu)化后液位控制波形

3 結(jié)束語

對于聚丙烯裝置高壓丙烯塔，采用帶死區(qū)的PID優(yōu)化控制方案，在很大程度上實現(xiàn)了高壓丙烯塔液位的平穩(wěn)控制，有著確保裝置安全平穩(wěn)運行、減輕操作員工工作強度的雙重意義。長期運行證明，該系統(tǒng)有較強的抗干擾性和穩(wěn)定性，有利于提高工作效率以及管理水平，方便實時監(jiān)控，同時對生產(chǎn)合格產(chǎn)品具有積極意義。

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