[发明专利]淤浆法聚乙烯装置非线性和线性多变量控制方法

说明书

技术领域

本发明所属领域为过程控制和优化领域。尤其是针对石化行业的淤浆法聚乙烯装置，提出了一种综合利用多变量非线性控制和线性控制技术优点的方法。

背景技术

淤浆法聚乙烯装置以高纯度乙烯作为主要原料，丙稀或丁烯-1作为共聚单体，己烷作为溶剂，氢气作为分子量调节剂，同时加入催化剂，在一定的温度条件下进行双釜低压聚合，生成聚乙烯淤浆，淤浆经分离干燥、混炼造粒、颗粒混合、包装码垛后即得到各种性能优良的高密度聚乙烯产品。一釜和二釜均采用常规的BCH催化剂和AT催化剂进行聚合。

装置可以采用并联A、并联B和串联等方式生产不同牌号的聚乙烯产品。在生产每一种牌号时，为了使产品的熔融指数和密度等质量指标合格，需要将两个釜的氢气乙烯比、混合比、浆液浓度和压力、温度等参数控制在特定的范围内。因此，产品的质量指标和生产时所要求的工艺条件之间有着很强的非线性对应关系。

目前，国内外的聚乙烯装置已普遍采用了计算机集散控制系统，采用内置的串级、反馈等PID控制器对反应釜的关键变量进行调节。由于所生产的各种牌号之间的工艺条件差异很大，而且装置经常需要在不同的牌号间切换，因此这种常规的控制方案效果不是很理想，氢气、催化剂等原料消耗偏高，氢气乙烯比、压力等被控变量波动也较大，导致了产品质量的不稳定。

近年来在国内外一些聚乙烯装置上应用的多变量线性控制采用了基于过程模型的预测、控制和优化技术，很好地克服了常规PID控制器所存在的大时滞、强耦合等缺点，降低了氢气、催化剂等原材料的消耗，减少了装置的波动，提高了产品质量，但它还是无法有效地解决不同牌号之间的非线性问题。一个多变量线性控制器只能适用于某一个牌号。对于生产多个牌号产品的聚乙烯装置，需要设计几个多变量控制器并经常进行切换。

也有专为聚合物装置所研发的多变量非线性控制方法，由于这种控制器对所有的被控变量都采用了非线性技术，将问题过于复杂化，存在着计算周期长、响应慢等缺点。另外，由于实际应用的时间较短，技术还不够成熟和稳定。

发明内容

本发明目的是：提出一种淤浆法聚乙烯装置非线性和线性多变量控制方法，能够给出一个适用于多种串联、并联牌号的多变量控制器。优于以前的线性或者非线性多变量控制器，尤其得到一种结构简单，通用性强，便于使用和维护，而且稳定、可靠的多变量控制器。

淤浆法聚乙烯装置非线性和线性的多变量控制方法，由非线性的质量控制和线性的浓度控制两部分组成，二者采用了串级控制的结构。其中，非线性的质量控制部分是上层的主控制部分，线性的浓度控制部分是下层的副控制部分：

质量控制部分是根据生产的不同牌号，通过调整氢气乙烯比，对产品牌号的熔融指数进行控制(可以参见图1)。熔融指数与氢气乙烯比几乎成指数的关系。氢气乙烯比增高，反应生成的浆料熔融指数增高；反之则降低。熔融指数的目标值可以由操作员输入，或者通过配方管理系统自动下载。在产品牌号切换后，质量控制部分根据新的熔融指数目标值设定相应的氢气乙烯比的目标值，来调整氢气乙烯比以尽可能快地到达新的目标值。

在必要的时候可以关掉质量控制部分，浓度控制部分可以单独运行。质量控制的方法是：被控变量是一釜熔融指数，操作变量是对一釜氢气乙烯比进行正增益控制；且被控变量是二釜熔融指数，操作变量是对二釜氢气乙烯比进行正增益控制。

质量控制部分的结构如下表所示：其中“+”号表示正增益，“-”号表示负增益。

而浓度控制部分是通过调整反应釜的乙烯、氢气、共聚单体、母液、新鲜己烷和催化剂等的流量，对反应釜的氢气乙烯比、混合比、浆液浓度和压力等进行控制。浓度控制部分的结构如下表所示：其中“+”号表示正增益，“-”号表示负增益。

具体说来，浓度控制分为以下几个部分：

质量控制部分是根据生产的不同牌号，通过调整氢气乙烯比，对产品的熔融指数进行控制；熔融指数与氢气乙烯比近乎成指数的关系，氢气乙烯比增高，反应生成的浆料熔融指数增高；反之则降低；不同牌号间对应一釜反应的熔融指数和氢气乙烯比的对应关系如图1所示。熔融指数的目标值可以由操作员输入，或者通过配方管理系统自动下载。在产品牌号切换后，质量控制部分会获得新的目标值，然后设定相应的氢气乙烯比的目标值，来调整氢气以尽可能快地到达新的目标值。在必要的时候可以关掉质量控制部分，浓度控制部分可以单独运行。