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业务介绍
  聚丙烯DCS解决方案
   
   
   
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间歇液相本体法聚丙烯全过程—— DCS解决方案

液相小本体聚丙烯工艺
    二十世纪七十年代末,我国自行开发的液相小本体聚丙烯工艺,由于其具有流程短、设备简单、投资少、效益高等特点,在国内得到迅速发展。目前采用这种工艺生产的聚丙烯,全国已经有一百多家企业,而且还在不断地新建和扩容。特别是近年,由于它的投入产出比的优势明显,已经受到国际上石化界的关注。
    在工艺方面,经过二十多年生产技术人员的研究和努力,特别是高效催化剂的研制成功,使聚丙烯产品的产量和质量都有了很大的提高。然而,由于本体法间歇操作的特殊性,还有系统的非线性、时变性、大滞后、强耦合、强干扰的特点,使目前国内外的 DCS、智能调节器均无法投入正常使用,造成装置的自动化程度多年以来一直处在很低的水平。也带来了质量不稳定、产量不理想、劳动强度大、能耗物耗较高等问题。因此,提高聚丙烯生产过程的自动化控制水平,稳定优化操作,降低工人劳动强度,提高聚丙烯的产量、质量,降低能耗物耗,已经成了小本体法聚丙烯行业的主要研究课题之一。
    从八十年代中期以后,很多厂家都在小本体法聚丙烯装置上进行了自动控制的改造,取得了一定的效果,并积累了很多宝贵的经验。但自动控制中仍存在不少问题:无法实现从进料到喷料的聚合过程自动化,即没有解决各阶段的衔接控制;没有解决进料过程中丙烯汽化引起的计量误差大的问题;没有找到理想的升温曲线来控制升温;没有解决热水罐加热来完成升温控制,从而造成能耗大,效率低,反应控制重复性差;反应结束后,回收丙烯自控问题没有很好解决,造成丙烯单体消耗过高;无法解决聚合釜与聚合釜之间争水的问题;无法实现反应状况的自动识别(由于原料和催化剂等引起的反应强弱的波动)等。

间歇 PP装置DCS自控系统

HX-2000 的发展历程
    
天津市奥邦科技发展有限公司与天津市集散自动化仪表公司的技术人员针对这些问题,自 1994年开始合作,致力于间歇PP装置自控技术的研究工作。于1995年开发成功含有专用于间歇PP装置的工艺控制软件包的智能控制系统——SDT仪表分布式控制系统。在1995年7月一次投用成功,实现了聚丙烯聚合全过程自动控制,装置水平得到全面提高。该系统的开发成功依赖于我们多年积累的间歇PP装置生产的经验与数学知识、自控知识及计算机程序语言的完美结合,是一套较为理想的专家操作系统,填补了间歇PP行业的空白。该项技术96年6月通过了国家鉴定并获得当年中石化科技进步二等奖。在该系统的多次应用中,我们不是停滞不前,每次都结合当地工艺情况,使其控制软件包不断丰富;硬件在成熟性、实用性、可靠性、先进性等方面不断发展,使本系统的工艺自适应性不断增强;生产可操作性可靠、友好;操作的灵活性不断提高。该系统由原来的仪表分布式控制系统逐渐发展成为兼顾生产安全、综合信息处理、先进智能控制技术、全方位信息通讯的真正意义上的DCS智能控制系统。

DCS智能控制系统 ( HX-2000)的新进展
    
随着各个聚丙烯装置的应用, HX-2000控制技术也在不断地前进和发展。使SDT-2000更加适应广大用户的需要:
    1.各个聚合釜的主控板,实现了1:1热备冗余。在一块主控板出现故障的情况下,备板可自动投入运行,故障板进入故障状态,这些都是在不影响操作的情况下完成的。所有卡件均可带电插拔。从而实现了不影响生产能排除故障的目的。
    2. 投料系统中实现了通用化,可以根据用户的要求连接质量流量计、涡街流量计、脉冲信号、电压信号、电流信号等。
    3.回收系统中增强了自动判断能力;改进了安全保护回收的合理性。
    4.实现了反应状况的自动识别。通过控制过程的状况,自动判断聚合过程的反应强、偏强、正常、偏弱、反应弱。从而使系统的运行受到工艺过程的约束。使聚合过程处在合理的温度压力(分段聚合)下进行。另外,在传统的偏差调节的基础上,引进了趋势控制的技术。避免了大偏差时的超调现象。
    5.我们现在正在为已经采用集散系统的用户开发“全系统控制专家系统”。完成后,可以实现聚合釜的联合控制,使整个聚合装置运行更加合理。

采用该项技术后 PP的生产可达到的效果
    1. 能够实现真正意义上的PP聚合釜全过程智能控制。该控制系统一方面很好地贴近催化剂的使用特性,结合实践经验建立了较为理想的数学模型,与以前的折线法控制方案相比有质的飞跃;另一方面采用了结合生产实际的智能先进专家控制系统,使其自控投用率高、工艺适应性强、控制曲线平滑。
     2. 稳定的产品质量。由于实现了聚合釜全过程的自动控制,且利用专家经验的自适应操作系统控制平稳,使人为操作干扰因素大大降低,只要单体基本保证、反应过程三剂配比相对平稳,控制过程平稳,生产重复性高,使产品内在质量指标的离散性大大降低,稳定了产品的质量。
    3. 装置生产能力大幅度提高。由于自动控制过程平稳,生产的连续性增强,使催化剂效率得以充分发挥,从而使间歇装置基本实现了准连续化生产,装置生产能力大幅度提高,一般可提高30~50%,甚至更高。
    4. 能物耗明显降低。在市场竞争愈来愈烈的今天,降低能物耗就等于降低了成本,这一点尤为重要。1、在完善自控仪表的同时,对装置进行较为系统的优化,以便消除或改善制约能物耗的瓶颈。2、该系统生产过程的自适应性使生产平稳实现优质高产,这本身就是降低能物耗。3、该系统先进灵活的通信系统利于科学的全方位生产监督管理,并保留长时间的装置运行记录,降低不必要的损失。因此该技术符合现代管理的要求。
    5. PP装置安全状况将得到改善,工人劳动强度降低有利于科学的管理。1、本DCS智能控制系统在硬件设置上采取了主控板、电源、通信、操作站均采用了1:1热冗余技术,且特别是主控板设计了双CPU实现故障自检确认,并实现自动无扰动切换,使控制系统平稳安全运行可靠保证。2、由于该系统充分应用了专家控制经验,使生产适应性、过程预控能力增强,从根本上使生产不平稳性降低。3、有效的超压自保系统,使生产极端工况下,保持设备运行的高安全性。喷料的联锁系统,解决了操作人员误操作带来的危险。
    6. 投入产出比提高。该项目投资少见效快,一般当年取得的效益便可超出改造的投资,如果在新装置设计之初选用该项技术则更为理想。

控制系统介绍
    
本自动控制系统聚合过程是由五个子系统完美结合完成聚合过程自动控制:热水罐恒温系统;丙烯投料系统; 热水升温系统;升温恒温系统;回收系统。以及闪蒸釜的一个子程控系统完成的闪蒸釜控制。还有喷料联锁系统。
    1.热水罐恒温控制系统
    使热水保持恒定温度,保障升温阶段的自动控制。实践证明,本系统不仅为升温的控制提供稳定的控制条件,并且能节约大量的蒸汽。
    2.丙烯投料系统
    精确完成聚合釜投料量的控制,是保障三剂配比准确的前提。我们创造性地开发了具有调节环节的流量计量系统。很好地解决了投料过程丙烯汽化所引起的计量不稳定的问题。可配套使用质量流量计、涡街流量计。经过多年的运行实践表明,这个方案运行稳定准确,其误差 <1%。保证了稳定的三剂配比,从而保证了聚合反应的相对稳定。
    另外,本系统如果采用涡街流量计,也可以达到 1%的精度。相对质量流量计而言,这可以节约十几万元以上的投入。
    3.热水升温系统
    按规定的工艺曲线(可由工艺技术人员调整升温的速度)控制升温过程,使聚合釜内丙烯达到聚合的条件,保证聚合反应的稳定性和一致性。升温速度过慢,使催化剂逐渐失去活性,造成反应时间长和催化剂的不必要浪费。升温速度过快,引起聚合反应激烈,由于换热条件有限,势必无法控制,造成大量丙烯回收,增加各种消耗,影响产品的质量和产量。在升温过程中,实现了聚合釜夹套回水冷热水的分流,进一步节约蒸汽的消耗,并减小了循环水场的负担。同时避免了热水灌的抽空、溢流等现象。
    4.恒温系统
    恒温过程是聚合反应控制中最重要的一环。可以说前三套系统都是为了这个过程的稳定服务的。在较高的反应温度指标下,稳定控制聚合釜的温度和压力,是保证产品质量的关键。同时反应时间也可以大大地缩短,单釜产量也相对提高。但反应温度越高,控制难度越大,安全阀也更容易起跳。这就是安全和效益的矛盾。采用本系统后,可实现全过程的自动控制,合理调节内冷和夹套循环水的流量,使每釜都处在相同的反应过程条件下,保证了聚丙烯质量的稳定。并在一定程度上降低水、电、气的消耗。即解决了高效生产,又保障了生产的安全。在一般情况下,可使温度和压力稳定控制在± 0.5%范围之内。
    另外,通过合理运用夹套和内冷的调节,解决了凉料和热料的问题。
    5.回收系统
    自动判断回收条件,实现自动回收。即使在三剂比例失调或原料不稳定的情况下,如果聚合釜压力过高,回收阀门会自动打开,以防安全阀起跳,并保证装置安全运行。合理控制回收速度和回收终点,做到回收彻底,降低丙烯单耗。另外,在回收系统中实现了冷凝器的连锁,可进一步节约循环水的消耗。
    6.闪蒸釜控制系统(为可选)
    采用 PLC程序控制器自动完成喷料、置换、回收、放料等过程;并时实与操作站进行通讯,完成信息交换。为了确保操作的安全,喷料部分可以采用手动启动、自动控制。从而规范操作、保障安全,同时可以大量节约氮气,缩短闪蒸釜的操作周期。
    7.喷料联锁系统(为可选)
    避免由于操作人员的疲劳或者不熟练造成误操作,给装置带来的巨大的安全隐患。
        DCS控制系统(HX-2000)的应用情况
    请参见 天津奥邦科技发展有限公司业绩一览

间歇 PP装置DCS自控系统投资估算及 效益分析

一.仪表投资估算
     根据工厂实际进行估算。
二.经济效益
    1.提高产品产量
    在原料保证的前提下 ,平均单釜产量大于3吨,日均单釜投料不少于6次(高效催化剂)
    2.提高产品质量
    由于操作稳定,产品内在质量提高,市场竞争力加强,每吨潜在增值 30~100 元。
    3.能耗大幅度下降
    综合能耗降至 65 以下。
    总体来讲,采用 DCS 智能控制系统后,对于 3 万吨 / 年的年的 装置而言, 直接增效益至少可达 300-500 万元以上。
三.社会效益
    1.大大减少职工劳动强度,提高劳动生产率,改善操作条件,优化装置管理。
    2.装置的安全状况将大为改善。

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