摘 要：无骨花灯随着时代发展，规模各异的化工厂在我国大地不断崛起。与此同时，由于工业自动化技术的发展，化工行业正逐步实现自动化。在现代合成化工企业中，常见的一种反应器就是聚合反应釜。本设计以某化工公司的间歇式PVC聚合反应釜为例，对其自动控制系统中的夹套温度控制展开研究讨论。
关键词: 聚合反应釜；温度控制；串级控制；参数整定
本文以具体的一个化工厂的氯乙烯聚合反应釜为例，阐述一个间歇式PVC聚合反应釜的自动控制系统。PVC聚合反应釜的自动控制系统包含着进料控制、悬浮辅助水的液位控制以及温度控制，本文具体介绍夹套温度串级控制的控制方案。
一、分程调节
在PVC聚合反应中，夹套的温度控制可分为蒸汽加热升温过程与冷却水换热冷却过程，而这两个过程也是这个反应的主体控制部分。为了更好的实现两个阀门的分程控制，在此处可安装两个两位五通电磁阀，采用DCS控制电磁阀的动作，分别控制两个阀门的动作从而
构成温度分程控制系统。在这里特别要注意，反应釜夹套的热水排出端口安装的调节阀应选用气开阀，相应的在冷却水出水端选用气关阀。DCS控制系统启动反应后，根据釜内温度与夹套温度来调整夹套的蒸汽和冷却水出口调节阀的阀开度，在完成分程控制后，蒸汽阀门关闭，冷却水阀门根据温度保持调节状态。拼接处理器
二、温度控制步骤
对接扣件
根据工艺要求，我们可以把反应釜的温度控制部分分为加热、过渡、反应、结束四个阶段。整个控制系统的转化率主要依赖于温度控制，加热速率控制后，恒温稳定控制成为整个系统的核心。通过DCS控制系统的控制，PVC聚合反应时反应釜的温度控制通常采用顺序控制方法，自动程序控制如框图1所示：
图1 顺序控制程序框图示意图
1、加热阶段：
根据PVC的合成配方，虽然PVC的聚合反应是放热反应，但反应物要达到一定温度反应才会进行聚合反应，因而在反应开始前要在夹套中通入加热蒸汽使反应釜内温度上升，使得反应物更快到达引发聚合反应的温度从而引发聚合。由于是使用DCS系统控制，因而在遇到突发状况时，操作人员可以远程通过DCS控制使蒸汽阀关闭，停止釜内温度上升，处理突发问题后也可以远程控制其开启，继续加热。而通过温度的自动控制，在反应开始和反应进行期间，可以避免因为干扰而造成的过冲或者降温的情况，从而提高产品的质量。
2、过渡阶段：
探针天线当反应物达到所需温度开始进行反应时，此时釜内温度开始超出设定温度，此时就进入了过度阶段。釜内的聚合反应需要维持在一个温度控制范围，因而当温度超出设定温度时，加热蒸汽阀逐渐关闭，冷却水阀逐渐开启，将冷却水插入夹套。此时，反应器中的聚合才刚刚开始，聚合反应不稳定，放热不均匀，放热较少，如果加热蒸汽阀关闭过快冷却水阀
开启过快，反应物失热从而达不到发生聚合反应的条件；同理如果加热蒸汽阀关闭过慢冷却水阀开启过慢，釜内反应温度出现波动，产品的质量极易受到影响，宜采用套温PID串级控制方法。
3、反应阶段：
此时的反应处于稳定反应状态，反应持续放出大量热量，按照PVC的合成配方要把釜内温度T保持在一定范围，因此此时的换热功能很是重要。此时调节釜内温度T是控制的重点，此时在系统上设置好所需温度值T，将釜内的温度控制设置为主回路，并将套温设定为二次回路，使用PID串级调节控制。同时各调节器上的PID参数都会根据不同配设来自动设定好，通过控制循环冷却水和加热蒸汽调节阀的开度开调节釜内温度。由于可能受到环境温度以及其他的干扰影响，这样的的控制方法能迅速地调节各种阀开度来自动控制釜温，可使水壶内的温度T稳定，大大提高产品的产量和质量。由于技术人员不需在现场控制，不需靠近高温反应的夹套，进而改善技术人员的工作环境。
4、结束阶段：
当反应即将结束时，DCS操作人员要根据实际情况确定反应的进展，最后确认反应结束。此时釜底角阀打开，PVC浆料排出，釜内通入除垢剂与水进行清洗，为下一釜投料作准备。此时的釜内温度迅速下降，冷却水阀关闭，每个阀门和温控器将自动返回其初始值，并将完成控制程序，并返回到它的原始值。
三、反应釜温度串级控制系统
串级控制系统由两个主回路和二次回路组成。控制系统使用两个控制器和两组温度变送器。前者控制器的输出作为后者控制器的设置，后者控制器的输出信号被发送到控制阀。从回路来看，主控制器应放在前面做主回路的控制，而在中间的副控制环节里面的控制器就为副控制器。主、副控制器所对应的是主、副被控参数，而副被控参数是为了控制主被控参数而引入的辅助变量。由于夹套内是通过冷却水的热交换来调节温度，因而温度变化比较大，滞后小，因而扰动也比较小，所以选择其为副回路。氯乙烯聚合反应器是一个容量大、延迟时间长、时间常数大的被控对象，因此选择作为主调节回路。
反应釜温度串级控制的具体工作过程为:当反应处于稳定状态时，冷却水阀开度处于一定开度，其进水量与排水量保持不变，因此反应釜内温度与夹套内温度都能保持相对稳定。当
伸缩车棚
夹套温度受到干扰，副控制器会快速调节，控制冷却水阀进而改变冷却水的流量，为了克服干扰，由于二次回路优先，初始调谐，快调谐特性，一般干扰不大的话，二次回路可调节控制时，反应釜内温度T的影响不会太大。当反应堆内的温度受到干扰时，由于在主回路进行调节的同时副回路的快速调节能加快主回路的温度调节，这样对主控制量的就不会太大。可以说两个回路的相互配合，使得主被控量T受干扰的影响大大降低，系统控制性能大大提高。此外，在串级控制系统，在主和副回路之间应该有一个适当的匹配关系控制过程的时间常数，通常为T01=（3~13）T02。
在聚合过程中，温度对在反应的各个阶段都是具有不同的特性。因此，我们可以通过不同的控制方法来控制在不同的反应阶段的聚合釜温度。在工艺的过度阶段，总会有一些不可忽略的变量影响，而把这些变量引入带PID参数的计算当中，这样的釜温控制器的PID就会不同，这样的计算控制能使传统的PID控制更适用于现实的生产当中，也可以相对自动调整，这也可以作为一个先进的数学模型控制的参考。由于每个反应阶段都有相应的控制措施，因此在温度上升阶段我们可以根据各种因素来控制其平滑上升，并在达到所需控制温度后，控制釜内温度范围不超过设定温度的±2℃。
四、小结
总而言之，在化工行业自动化的改造下，大量的多变量复杂控制回路、先进的控制系统、优化控制系统在化工行业得到应用，这样大大保证了产量的同时也节省了大量的人力资源，更大的保障了人生安全。
参考文献
[1]冯晓玲.关于分程控制系统的研究[J].自动化与仪器仪表，2012，(06):1-2.
[2]陈发广.双蓄热步进式加热炉仪表控制系统设计及应用研究[D].重庆大学，2010.
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