工程案例二TS/型系统在线性低高度聚乙稀装置中的应用 一、工艺简介 线性低密度聚乙烯装置（山陀）采用低压气相法流化床聚合工艺，以聚合缓乙烯为原 料，丁烯-1为共聚单体，氯气为分子量调节剂，使用改进的乙X催化剂，通过液相预聚合 和气相流化床聚合，生产出颗粒状（或粉料）的聚乙烯产品： 线性低密度聚乙烯装置包括原料精制、雁化剂制备、面聚合、聚合、溶剂日收、适较及 风送序、色装码操等工序，其工艺流程如图38所示。 里 D100 生 图3封线性低密度素乙插统置工克程帽图： 原料精制工序的作用是将界区外来的乙烯、丁稀-1，氢气和氨气等原料，进行精制处理， 脱除原料里的杂质和水份，醒化剂的制备是在催化剂制备反应釜内正己烷溶剂中，按理时间 顺序依次加入镁等8种化学品，制成粗催化剂。再经过淘析、浓度测理，到达生产至和 山距的雁化剂要求，储存在中阿罐内，由霍化剂注入程序控制，加入到预聚合反应器内。 预豪合工序的主要任务是为聚合反应提供合格的预聚物，反应鼎理为 mC,从，兰→C,H,利用封闭日路中的热氯气，将预聚物最浮液中的溶剂蒸发、干燥， 使其化为干粉。而赢发出去的己烷冷凝国收。 聚合工序的主要任务是将经过精制处理的星料（乙烯，丁烯-，氢气等）引进流化床反 应器，在预聚物和催化剂的作用下，在一定的温度和压力条件下进行气相聚合，一部分转化 为一定馆流指数和密度的聚合物：未反应的气体经过分离，冷却，由循环气压缩机送国流化 床反应器循环使用，并在循环回路中补充聚合反应所消耗的反应物：生成的聚乙烯粉料由侧 线或者底部抽出后，经过二次脱气、调理送至挤压、造粒工序。 溶剂精帽与回收工序的主要任务是将界区来的，装置使用过的正己烧运入己统精情塔精
工程案例二 TPS/HPM 系统在线性低密度聚乙烯装置中的应用 一、工艺简介 线性低密度聚乙烯装置（LLDPE）采用低压气相法流化床聚合工艺，以聚合级乙烯为原 料，丁烯-1 为共聚单体，氢气为分子量调节剂，使用改进的 Z-N 催化剂，通过液相预聚合 和气相流化床聚合，生产出颗粒状（或粉料）的聚乙烯产品。 线性低密度聚乙烯装置包括原料精制、催化剂制备、预聚合、聚合、溶剂回收、造粒及 风送序、包装码垛等工序，其工艺流程如图 3.38 所示。 原料精制工序的作用是将界区外来的乙烯、丁烯-1、氢气和氮气等原料，进行精制处理， 脱除原料里的杂质和水份。催化剂的制备是在催化剂制备反应釜内正己烷溶剂中，按照时间 顺序依次加入镁等 8 种化学品，制成粗催化剂，再经过淘析、浓度调理，到达生产 HDPE 和 LLDPE 的催化剂要求，储存在中间罐内，由催化剂注入程序控制，加入到预聚合反应器内。 预聚合工序的主要任务是为聚合反应提供合格的预聚物，反应原理为 n M M nC H C2H4 ( ) 2 4 1 0 1 1 → ，利用封闭回路中的热氮气，将预聚物悬浮液中的溶剂蒸发、干燥， 使其化为干粉，而蒸发出去的己烷冷凝回收。 聚合工序的主要任务是将经过精制处理的原料（乙烯、丁烯-1、氢气等）引进流化床反 应器，在预聚物和催化剂的作用下，在一定的温度和压力条件下进行气相聚合，一部分转化 为一定熔流指数和密度的聚合物；未反应的气体经过分离、冷却，由循环气压缩机送回流化 床反应器循环使用，并在循环回路中补充聚合反应所消耗的反应物；生成的聚乙烯粉料由侧 线或者底部抽出后，经过二次脱气、调理送至挤压、造粒工序。 溶剂精馏与回收工序的主要任务是将界区来的、装置使用过的正己烷送入己烷精馏塔精
馏，脱除水份和重组粉（氯丁规、细粒霍化剂等），供催化剂制备、预聚合反应、预聚合干 燥系统使用。 挤压、造粒和均化工序将聚合工序送来的聚乙烯静料，经过连续式混炼机，齿轮泵、水 下切粒机组进行挤压造较，通过均化合格后聚乙烯进入成品料仓。 包装码壕工序将案乙烯粒料经电子称称重，链包，自动液简式流作业后，码登成品如库， 二、系统配置 线性低密度聚乙烯装置的控制系饶主要由集散控制系统（①CS)和成套设备机组的PLC 控制系统（如乙烯压缩机、循环气压缩机以及挤压机等）两部分组成。其中S系统负责深 集全装置的工艺数据的校拟量信号和数字量信号，完成对工艺变量的PD常规控制，测量指 示和装置的信号报警及联锁。 1,系饶构成 山DPE装置的C5采用美国Boneywell公司的TP5/HW系统，配置5台冗余的HW,5 台以S站，1台工程师站，1台圆站以及配套的打印机、辅助操作台等。系统结构如图3.39 所示。 GUSI cUS2 as3仗s4s3 4身第家年4EP年者年4家留度g4卡道名年4E每 图33护DC5镜配置 2卡件规候 DPE的I/0总数约1700多点，应用程序有15个，功能顺序表128个(0PST),卡 件数量大，其规榄见表34： 表a.4PW卡作规模 序号 点的类 1号站 2号结 3号站 4号站 5号站 合计 型 AI 69 64 93 35 160 421 2 AD 28 28 23 20 15 114 DI 238 204 133 227 802
馏，脱除水份和重组份（氯丁烷、细粒催化剂等），供催化剂制备、预聚合反应、预聚合干 燥系统使用。 挤压、造粒和均化工序将聚合工序送来的聚乙烯粉料，经过连续式混炼机、齿轮泵、水 下切粒机组进行挤压造粒，通过均化合格后聚乙烯进入成品料仓。 包装码垛工序将聚乙烯粒料经电子称称重、缝包、自动液筒式流作业后，码跺成品如库。 二、系统配置 线性低密度聚乙烯装置的控制系统主要由集散控制系统（DCS）和成套设备机组的 PLC 控制系统（如乙烯压缩机、循环气压缩机以及挤压机等）两部分组成。其中 DCS 系统负责采 集全装置的工艺数据的模拟量信号和数字量信号，完成对工艺变量的 PID 常规控制、测量指 示和装置的信号报警及联锁。 1.系统构成 LLDPE 装置的 DCS 采用美国 Honeywell 公司的 TPS/HPM 系统，配置 5 台冗余的 HPM，5 台 GUS 站，1 台工程师站，1 台 HM 站以及配套的打印机、辅助操作台等。系统结构如图 3.39 所示。 2.卡件规模 LLDPE 的 I/O 总数约 1700 多点，应用程序有 15 个，功能顺序表 128 个（LCP FST），卡 件数量大，其规模见表 3.4。 表 3.4 HPM 卡件规模 序号 点的类 型 1 号站 2 号站 3 号站 4 号站 5 号站 合计 1 AI 69 64 93 35 160 421 2 AO 28 28 23 20 15 114 3 DI 238 204 133 227 802
DO 122 97 50 126 396 5 PI 2 2 10 三，主要控制方案 1.反应器温度拉制 山DPE装置的反应器DM00的盟度是控制路体流动速率的一个辅助被控变量。当反应温 度超过安全操作温度时，可能会使树而在反应器内结块。当反应温度过低时容易使共聚单体 丁焰一】熔于树脂中，会堵寨反应器内的分布板。所以必须将反应温度控制在安全操作范围 内。反应器盟度控制方案如图30所示， RRACT LOOPCW 期n@ 1 图】0反应网出度腔剩方案 反应器盟度控制方案采用两个串级控制系统.第一个为反应温度(T45)与循环气压缩机 入口找热体循环气祖度(T402)的串级控制系统。第二个为反应温度(T05)与循环气压缩机 出口的载热体循环气温度(T403)非级控制系统。 在第一个串领控制系统中，反应器温度控制器(TC-6)的输出与压缩机入口盟度控制 器(T心-408)的输出，通过高选择器(H5EL》将输出送至别控制器(TC-402)作为TC-02 的外授定值，TC-2的输出操纵冷却水控刺阀(T-40吧)：在第二个申级控制系统中，反应 器温度控制器(TC-45)的输出作为压缩机出口温度控制墨(TC-403)的外设定值。压缩机 出口盟度测量倍号TE403从和TE03B通过高选择器，其输出信号送至聊控制器(TC-03), 作为T心-40吗的测量值，控制器(TC-403)的输出操纵冷却水控制阁(TV-43)。由于循环气 直接带出反应器内的反应热，因此，本控制方案树控制反应器内温度变化是比较及时的。而
4 DO 122 97 50 126 395 5 PI 3 2 2 3 10 三、主要控制方案 1.反应器温度控制 LLDPE 装置的反应器 D400 的温度是控制熔体流动速率的一个辅助被控变量。当反应温 度超过安全操作温度时，可能会使树脂在反应器内结块。当反应温度过低时容易使共聚单体 丁烯-1 熔于树脂中，会堵塞反应器内的分布板。所以必须将反应温度控制在安全操作范围 内。反应器温度控制方案如图 3.40 所示。 反应器温度控制方案采用两个串级控制系统。第一个为反应温度(T405)与循环气压缩机 入口载热体循环气温度(T402) 的串级控制系统。第二个为反应温度(T405)与循环气压缩机 出口的载热体循环气温度(T403)串级控制系统。 在第一个串级控制系统中，反应器温度控制器（TC-405）的输出与压缩机入口温度控制 器（TC-408）的输出，通过高选择器（HI SEL）将输出送至副控制器（TC-402）作为 TC-402 的外设定值，TC-402 的输出操纵冷却水控制阀（TV-402）；在第二个串级控制系统中，反应 器温度控制器（TC-405）的输出作为压缩机出口温度控制器（TC-403）的外设定值，压缩机 出口温度测量信号 TE403A 和 TE403B 通过高选择器，其输出信号送至副控制器（TC-403）， 作为 TC-403 的测量值，控制器（TC-403）的输出操纵冷却水控制阀（TV-403）。由于循环气 直接带出反应器内的反应热，因此，本控制方案对控制反应器内温度变化是比较及时的，而
两个串级控制回路对调温水流量进行控制，能及时克服调温水流量的变化对反应温度的影 响。反应器温度控制方案是通过C5系统的各种算法模块的组药来实现的，图341所示。 卡4 图3.41反度建度程制才案组老 2.氢气与乙烯液度比值控制 熔体流动速率是山E产品质量控制的重要变量之一，工艺要求严格控制。生产上格体 流动速率主要依据反应物中氢气（鼠）和乙桶(C:)浓度的比值来控制，如图&2所示。 1 专红 m片m 图34健氯气和乙体度比值程材方案+ 为了得到反应器中反应物的氯气和乙烯浓度，在循环气压缩机出口采集循环气样品，经 过气相色谱仪分析各种气体成分，得出乙烯沫度和氢气浓度，并将这些信号送到5系统里。 利用障法运算核块得出氢气和乙烯浓度的比植，然后乘以乙烯流量(C0)信号，其积作为 氯气流量控制墨的授定值，如图33所示。 所要求的氢气/乙烯浓度比，是由操作人员输入的，成者熔体指数控制系统设定。氢气 的浓度（偶）由色谐仪连续测定，控制的目的是使温的测量值等于氢气浓度的设定值。 SP,-SPG×AETY,其中AETm是乙烯的浓度，通过氢气注入阀PV370控制属量，以提高 氢气的浓度
两个串级控制回路对调温水流量进行控制，能及时克服调温水流量的变化对反应温度的影 响。反应器温度控制方案是通过 DCS 系统的各种算法模块的组态来实现的，如图 3.41 所示。 2．氢气与乙烯浓度比值控制 熔体流动速率是 LLDPE 产品质量控制的重要变量之一，工艺要求严格控制。生产上熔体 流动速率主要依据反应物中氢气（H2）和乙烯（ = C2 ）浓度的比值来控制，如图 3.42 所示。 为了得到反应器中反应物的氢气和乙烯浓度，在循环气压缩机出口采集循环气样品，经 过气相色谱仪分析各种气体成分，得出乙烯浓度和氢气浓度，并将这些信号送到 DCS 系统里， 利用除法运算模块得出氢气和乙烯浓度的比值，然后乘以乙烯流量(FC370)信号，其积作为 氢气流量控制器的设定值，如图 3.43 所示。 所要求的氢气/乙烯浓度比，是由操作人员输入的，或者熔体指数控制系统设定。氢气 的浓度（AH2）由色谱仪连续测定，控制的目的是使 AH2 的测量值等于氢气浓度的设定值。 SPH2=SPRH2C2×AETHY，其中 AETHY 是乙烯的浓度。通过氢气注入阀 FV370 控制 H2 量，以提高 氢气的浓度
氢气浓度控制系统是由两个回路组成，第一回路控制器产生与之串级的第二回路控制器 的设定值，米控制氢气的流量，以满足氢气流量控制要求。两个回路可同时接通和斯断开。 复气中衡 LFEEAEE 图：氯气非度控制规 第一回路与色谱仅同步工作。当控制系统断开时，氯气与乙烯浓度比的设定值5PC 就跟粽出/AEn比的测量值和计算值，同时第二回路的设定值也跟鉴氯气流量的测量值和 计算值。第一回路的控制算法是： -aw 式中4P嘱一一氢气PID的增益： d一一氢气PID输出的变化量： 4D一一偏差的导数， 该算法对因设定值突然变化而引起的P的变化率，以及因设定值较大的变化而引起 的氢浓度的变化率，也有限制作用。使氢浓度的变化半限定在/h左右。 第二回路的算法：DM说风围 式中 观一一氢气的注入量： DW一差压法测量的氢气流量： 咒N=FPURGEX AH/1OO 当该回路断开时，氯气的流量可由操作人员控制。FC370的流量设定植等于PH,但 限定在慎和100之间，第二目路的输出跟踪氢气的流量，以避免在控制系统接通（投用） 时产生则烈的波动
氢气浓度控制系统是由两个回路组成。第一回路控制器产生与之串级的第二回路控制器 的设定值，来控制氢气的流量，以满足氢气流量控制要求。两个回路可同时接通和断开。 第一回路与色谱仪同步工作。当控制系统断开时，氢气与乙烯浓度比的设定值 SPRH2C2 就跟踪 AH2/AETHY 比的测量值和计算值，同时第二回路的设定值也跟踪氢气流量的测量值和 计算值。第一回路的控制算法是： d i i t D t t E t PIDH G MV − 2 = − + 式中 ΔPIDH2——氢气 PID 的增益； ΔMV——氢气 PID 输出的变化量； ΔD——偏差的导数。 该算法对因设定值突然变化而引起的 PIDH2 的变化率，以及因设定值较大的变化而引起 的氢浓度的变化率，也有限制作用，使氢浓度的变化率限定在 1%/h 左右。 第二回路的算法：DIFH2=FH2-PURGEH2 式中 FH2——氢气的注入量； DIFH2——差压法测量的氢气流量； PURGH2 = FPURGE×AH2/100 当该回路断开时，氢气的流量可由操作人员控制。FC370 的流量设定值等于 PIDFH2，但 限定在 0%和 100%之间，第二回路的输出跟踪氢气的流量，以避免在控制系统接通（投用） 时产生剧烈的波动