一、前言
在PVC行業(yè)，中控有著豐富的技術改造和新上裝置的工程實踐經驗和完善的行業(yè)自動化生產過程解決方案。自1998年開始，先后在杭電化、西化、太化、福二化、株化、宜賓天原、內蒙古三聯(lián)化工、包頭明天、河南神馬、四川金路、青島海晶和陽泉煤業(yè)等三十多家企業(yè)的100多套裝置上得到成功應用，生產工藝技術涉及懸浮法、本體法和乳液法，釜型有13m3、30 m3、45 m3、48 m3、70 m3等。
目前國內約60%的氯堿行業(yè)裝置選用了中控的WebField系列的DCS，完全扭轉了過去基本依賴進口DCS產品的局面。中控期待著為更多的PVC行業(yè)用戶提供優(yōu)質的產品、完善的服務，幫助更多的PVC行業(yè)用戶提高經濟效益與社會效益。
二、PVC生產工藝流程簡介
PVC的聚合基本方法有四種：懸浮聚合、乳液聚合、本體聚合和溶液聚合。樹脂產品的物理形態(tài)有粒狀、粉狀、糊狀、溶液和清漆等，它們各自適應一定的加工工藝或使用范圍。目前我國主要用懸浮法生產，成品為某種粗細的粒狀樹脂，適宜于壓延、擠出、注射、吹塑等成型加工工藝，對懸浮法作適當?shù)母倪M，可生產代糊用樹脂。乳液法糊樹脂均采用國外的技術，其產量約占10％，隨著硬質樹脂使用范圍的擴大，其比重有所下降。本體法PVC聚合在我國僅宜賓天原化工二廠和內蒙古海吉氯堿化工股份有限公司采用，其產品和懸浮法相近，但產品質量較懸浮法有一定的優(yōu)勢，隨著生產裝置的國產化和單套裝置產量的增加，其產品具有很強的市場競爭力。
電石法制取PVC工藝流程主要由乙炔制備、氯乙烯合成及精餾、聚合、干燥等工序構成。
三、PVC生產過程主要控制方案
3.1 氯乙烯（VCM）合成
關鍵控制：
◆ 氯化氫氣體和乙炔氣體流量比值控制
干燥的氯化氫氣體和乙炔氣體以一定的流量自動配比同時分別進入混合器，乙炔流量跟隨氯化氫流量變化。控制難點是這兩種氣體的流量如何準確測量、變比值系數(shù)的確定以及調節(jié)閥的防腐選型。
◆ 混合器溫度壓力聯(lián)鎖保護
當混合器內的溫度或壓力超限時自動切斷乙炔流量并采取一系列的保護措施。
◆ 乙炔穩(wěn)壓控制
進入混合器前的乙炔壓力必須穩(wěn)定，為此在乙炔總管設穩(wěn)壓調節(jié)回路。
3.2 氯乙烯（VCM）精餾
關鍵控制：
低沸塔再沸器的加熱控制方塊圖如下圖所示，該控制系統(tǒng)的設定值為低沸塔的塔底溫度，然后加入兩個前饋：即塔頂溫度和塔釜液位的前饋，如有可能再加入提餾段的溫差，此控制系統(tǒng)若加入提餾段溫差前饋，則可以對進料擾動做較快的補償，從而提高整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
低沸塔塔頂冷劑量控制方塊圖如下圖所示，該控制系統(tǒng)的設定值為低沸塔塔頂溫度，然后也加入兩個前饋：即塔釜溫度（提餾段溫差）和塔釜液位的前饋，同樣可以對進料擾動做相應的補償，從而提高整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
低塔到高塔的中間過料量控制系統(tǒng)的設定值為低塔液位，因為低塔液位的波動對整個精餾過程和產品質量的影響很大，所以低塔釜液位需要恒定控制，它也受進料量、進料狀態(tài)及低塔釜加熱量波動的影響，故加入了這二個前饋量。
高塔再沸器加熱量控制系統(tǒng)的設定值為高沸塔塔釜液位，此控制系統(tǒng)是通過控制加熱量，從而控制塔釜中的蒸氣量達到控制塔釜液位的目的，但高塔釜液位受塔釜溫度(提餾段溫差)、塔頂溫度(精餾段溫差)、塔頂冷劑量和從低塔到高塔的過料量的影響也很大，因此也加入了這幾個前饋作為擾動補償，從而提高整個控制的穩(wěn)定性。
VCM精餾高沸塔、低沸塔采用中控先進控制的控制效果和常規(guī)控制效果對比如下圖：
1. 小釜控制
PVC聚合釜溫度的控制在反應過程中基本上采用了釜內溫度與夾套溫度的串級調節(jié)方案，以聚合釜內溫度為主調參數(shù)，夾套溫度為副調參數(shù)。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，溫度主回路起進一步的細調作用，同時用戶考慮冷卻水溫度較高，控制效果不理想，參照70M3的溫控原理，采用內冷單獨控制方式。
特色控制策略：
★ 加熱—實行位式控制，目的為了縮短升溫時間。
★ 過渡—設置切換溫度點，同時結合工藝專家的控制經驗，做到動態(tài)切換，避免超調。當PVC聚合釜內溫度達到切換溫度點時，進入過渡過程的經驗PID控制，使PVC聚合釜溫度平穩(wěn)過渡到設定溫度。
★ 保溫—當聚合釜溫度平穩(wěn)過渡到設定溫度后，進入正常聚合反應的常規(guī)串級控制方式，保持PVC聚合釜內溫度恒定，考慮到該廠采用二種冷卻水方式（外冷采用工業(yè)水循環(huán)水，內冷采用+5度冷凍水），我們考慮外冷采用分程控制，內冷采用主環(huán)輸出直接控制，以減小內冷冷凍水動作幅度大產生較大的干擾。
2. 懸浮法70m3PVC聚合控制
關鍵控制：
◆ 等溫水入料控制
在古德里奇技術中，脫鹽水采用熱水進料。當脫鹽水、VCM單體、分散劑、其它助劑加料完成后，聚合釜溫度約高于聚合反應溫度，加入引發(fā)劑后即可直接進入聚合反應過程，省去了升溫環(huán)節(jié)，不但縮短了單釜操作時間，提高單釜產能，而且提高了產品質量。
◆ 聚合反應過程控制
在聚合階段，控制程序要完成釜溫控制、 溫度分布檢測、壓力檢測、測點檢測、粗料預估、注水控制、反應終止判定和滿釜檢測等。
◆ 釜溫控制
該控制采用聚合釜釜溫和盤管冷卻水溫的串級控制，通過調節(jié)盤管和內冷管進水量來穩(wěn)定釜溫。
四、典型業(yè)績
中控近年來承擔了國內30家PVC企業(yè)的新建或擴建技術改造工程的50多個自控項目，從乙炔制備、氯乙烯合成精餾，到聚合、干燥，整個生產線全面由DCS控制自動優(yōu)化運行。
在VCM精餾部分的高沸塔、低沸塔工藝控制中，使用中控APC先進控制軟件，使精餾效果達到高效和高質量安全運行。
中控DCS已經應用于各種規(guī)格的PVC聚合釜控制，例如30 m3、48 m3和70 m3。應用的聚合工藝類型有本體法和懸浮法。
下面是我們在PVC行業(yè)部分典型項目:
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典型用戶 |
項目名稱 |
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宜賓海豐和銳有限公司 |
20萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程 |
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青島海晶化工集團有限公司 |
16萬噸/年PVC改造工程 |
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太原化工股份有限公司 |
15萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程（三期） |
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宜賓天原股份有限公司 |
12萬噸/年聚氯乙烯 |
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寧夏青銅峽樹脂廠 |
10萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程 |
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山西陽泉煤業(yè)(集團)有限責任公司 |
10萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程 |
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四川金路樹脂有限公司 |
8萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程 |
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河南宇航化工股份有限公司 |
8萬噸/年聚氯乙烯(PVC)轉化工段工程 |
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河南宇航化工股份有限公司 |
8萬噸/年聚氯乙烯(PVC)轉化精餾工段工程 |
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太原化工股份有限公司氯堿分公司 |
8萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程 |
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重慶天原化工有限公司 |
8萬噸/年氯堿工程 |
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四川金路樹脂有限公司 |
30立方PVC聚合自動控制改造和干燥系統(tǒng)擴容工程 |
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中化三聯(lián)塑膠（內蒙古）有限責任公司 |
8萬噸/年PVC工段項目工程(一期) |
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內蒙古三聯(lián)化工股份有限公司 |
6萬噸/年PVC擴建工程-聚合工段工程 |
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山西榆社化工股份有限公司 |
6萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程 |
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山西榆社化工股份有限公司 |
6萬噸/年聚氯乙烯(PVC)工程(二期) |
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