[发明专利]一种氯化氢合成炉系统的优化控制方法

说明书

本发明公开了一种氯化氢合成炉系统的优化控制方法，针对氯化氢合成炉入口气体流量可测、且基于人工在线测量氯化氢纯度值的具有多台氯化氢合成炉的氯气氢气流量调节控制系统，该方法考虑了多台合成炉流量联合调节中存在的流量与压力的耦合情况，外环采用带氯氢比值控制与总流量约束的流量分配最优化策略，在按氯氢比值分配流量的同时保证氯气和氢气总缓冲罐流量的稳定，为多台合成炉在线优化氢气和氯气流量的设定值；在内环采用PID流量控制策略，并引入压力前馈补偿，以提高系统的鲁棒性。本发明将流量分配最优化策略与氯氢比值控制策略相结合、PID流量控制策略与压力前馈补偿策略相结合，以实现对多台氯化氢合成炉系统的优化控制。

技术领域

本发明涉及最优化策略与自动控制技术领域，涉及一种氯化氢合成炉系统的优化控制方法。

背景技术

氯化氢是化学工业最基础的原料之一，也是合成氯乙烯的重要原料，是生产聚氯乙烯的上游工序。来自氢气缓冲罐的氢气和氯气缓冲罐的氯气在合成炉内燃烧生成氯化氢气体。合成炉是生成氯化氢气体的重要设备，合成炉入口的氢气和氯气配比是影响合成炉出口氯化氢纯度并决定能否安全生产的关键。氢气与氯气在合成炉发生化学反应时，氯气过量会引起合成炉或输气管道爆炸，氢气过量则会导致能耗过高、原料利用率低等问题，实现合成炉氢氯配比精确控制、提高原料利用率和降低生产风险，是国内外氯碱工业生产氯氢合成工序中亟需解决的问题。

由于实际生产的需求，当氯化氢合成过程中需要调整任一台合成炉的氯气或氢气流量时，现在主要依靠现场操作工人的判断，工人采用手动控制模式，以感性试探调节的策略修改气体流量的调节阀开度，即在控制系统操作界面上设定阀位开度值来调整管道中的气体流量，并通过氢气和氯气控制对象的流量变化来决定下一步操作。当任一台合成炉的氯气或氢气流量发生变化时，由于各合成炉供气回路之间存在强耦合，将会导致不同合成炉的氯气或氢气管道中出现无序竞争现象，最终导致控制系统长周期振荡波动，对系统整体稳定性和氯化氢气体的质量产生不利影响。

当前氯碱车间合成工序中的每台合成炉氢气和氯气流量主要是手动调节，即通过设置阀门开度的方式实现，为了保证安全生产中的氯化氢纯度，氢气流量和氯气流量之间采用比值控制策略，但由于氯气缓冲罐和氢气缓冲罐及其总管压力的波动，每台合成炉受并联管线流量和压力波动的影响，导致比值控制无法有效投运，进而导致氯化氢合成工序中的氯气流量和氢气流量实际比值的波动问题。研究多台合成炉的氯气流量和氢气流量的优化控制技术具有重要的理论意义和迫切的现实需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种氯化氢合成炉系统的优化控制方法，更加快速、准确地实现对多台氯化氢合成炉系统的控制。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种氯化氢合成炉系统的优化控制方法，包括以下步骤：

1、氢气缓冲罐和氯气缓冲罐同时为多个合成炉提供氢气和氯气，每台合成炉有两个入口，入口前有电动调节阀门，阀门后带气体流量检测计；

2、在上位机中设置合成炉工作总台数、合成炉出口的氯化氢纯度期望值和氯化氢总产量等参数；

3、上位机根据设定的参数，基于氯化氢合成炉入口可测的流量信息与每台合成炉的人工在线测量氯化氢纯度值，在保证氢气和氯气总缓冲罐流量小范围变化的情况下，为每台合成炉在线优化氢气流量和氯气流量的设定值，以实现每台合成炉出口的实际氯化氢纯度达到期望值；

4、每台合成炉获得氢气和氯气流量的设定值后进入PID流量闭环控制，控制器输入为流量设定值与实际流量值之间的误差，控制变量为阀门开度，将氯化氢合成炉入口可测的气体流量作为反馈信号；

5、每台合成炉氢气和氯气的PID流量闭环控制系统会受到气体压力变化带来的扰动，这里采用前馈调节来补偿管道压力扰动对流量的影响；