多变量预估控制技术在聚丙烯装置上的应用.pdf

主题八：过程先进控制、优化技术研究及应用 多变量预估控制技术在聚丙烯装置上 的应用 桦，龚华初，应伟波 ( 国石化长炼分公司计算机所 湖南 岳阳 邮编：414012) 摘 要 本文简要介绍多变量预估控制技术在长盛石化聚丙烯装置的设计、开发过程，以及多变量 预估控制器的运行情况和应用效果。 关键词:聚丙烯、`多变量预估、模型、APC、软仪表 0 引言 随着控制理论的发展、计算机性能的提高，一些复杂的高级的控制方法（即先 进控制技术）不断涌现，以解决时变性 、 耦合、非线性和大时滞等过程控制问 题。在这些新型的控制技术中，最为突出的便是多变量预估控制技术。 为提升装置的控制水平、提高经济效益，中国石化长岭分公司在长盛公司 10 万 吨/年聚丙烯装置上实施了先进控制（APC），由石化盈科信息技术有限责任公司、长 岭分公司计算机所和长盛公司共同开发。2003 年 11 月技术人员进行了装置调研，对 生产过程进行了分析，完成了APC 系统功能设计报告，完成数据采集功能。2004 年4 月开始进行该项目的详细设计。2004 年 5 月底完成工艺计算，2004 年 7 月进行阶跃 测试，2004 年8 月模型辨识和控制器仿真，2004 年 10 月试投用，2004 年 12 月正式 投用，控制系统至今在生产装置连续良好运行。 1 长盛石化公司聚丙烯装置概况 中国石化长岭分公司长盛石化股分有限责任公司 （以下简称长盛公司）聚丙烯 装置采用Himont 液相本体环管均聚物生产技术，原设计加工能力为7 万吨/年，2003 年经改造，扩能至 10 万吨/年，可生产薄膜、注塑、扁丝、吹塑等聚丙烯产品，常生 产的牌号约为9 个，产品牌号切换较为频繁。该装置分为丙烯精制、聚合、聚合物分 离和反应物回收、干燥、造粒等单元。其中聚合部分的主要控制目标 （如加工量、熔 融指数等）的时间常数大，主要操纵变量之间耦合极 ，如果操作不当，会导致聚合 量和产品质量波动、物耗偏高、过渡态时间长甚至发生超温、爆聚，采用APC 控制可 以协调各变量之间的关系，使操作平稳，带来可观的经济效益。 1.1 工艺过程简介 该装置（参见图1-1——聚合部分工艺总貌简图）采用国产DQ 和CS 催化剂，均 属于高效载体催化剂，用三乙基铝做活化剂，并需使用外给电子体。自配料罐 （D106、D111、D110）来的催化剂、铝剂、给电子体进入催化剂接触罐 （D201）相混 合，丙烯进料罐 （D302）的物料经添加氢气并调整到一定氢浓度后，一部分与预接触 的催化剂各组分一起进入预聚反应器（R200），在低温下缓慢聚合，以避免催化剂颗 粒粉化，并有利于提高催化剂活性。从预聚反应器来的催化剂和反应物进入聚合反应 310 主题八：过程先进控制、优化技术研究及应用 器（R201），自丙烯进料罐来的反应进料，经预调氢后的大部分也进入聚合反应器， 在 70℃左右发生聚合反应，聚合反应的产物自反应器排出后去聚合物分离系统和反 应物回收系统。所回收的反应物返回到丙烯进料罐，与新鲜丙烯混合作为反应系统的 进料。 图1-1——聚合部分工艺总貌简图 2 APC 控制系统目标 根据工艺分析和达到提高效益的控制目标的要求，确定 APC 控制范围包括聚合以及反 应物回收部分 与聚合操作密切相关的部分，并实现以下目标： 提高处理量； 保证APC 投用率90%以上； 软仪表精度满足控制要求； 提供H2 浓度、MFR、产量在线计算； 反应温度控制方差降低10%; 密度控制方差降低15%； 产量的稳态偏差不大于10%； 降低能耗。 3 控制器设计 3.1 控制策略 采用多变量前馈和解耦技术，平稳过渡态，抵御操纵变量间的相互干扰； 采用增益补偿策略，校正聚合过程的非线性特性； 采用工艺计算，估算反应器内的状态变量，从而预测产物的性质。 聚合部分的主要控制目标