气相流化床法PE装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法与流程

气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法
技术领域
1.本发明涉及聚合反应的控制技术领域，具体地，涉及一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法。


背景技术：

2.气相流化床法pe装置常规控制中，总压就是聚合反应所需的压力，乙烯分压是乙烯浓度与总压的乘积，聚乙烯的生产会消耗大量的乙烯，维持一定的乙烯分压对反应稳定非常重要，以便聚合反应的连续稳定进行。总压对生产也至关重要，总压高会使流化气速增大，压缩机轴功率会大，存在设备安全隐患。
3.目前，一般使用催化剂来协调控制乙烯分压和总压，总压和乙烯分压控制特性存在大周期、多扰动、大滞后、非线性等典型问题，且乙烯分压和反应器总压时常存在反向特性，控制难度显著增大。现有系统无法用常规控制和普通先进控制方法实现自动化控制，人工操作方式又受限于操作人员水平和精力，容易出现调节不及时或者严重超调等情况，导致相关工艺参数出现大幅波动。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法。
5.第一方面，本技术实施提供一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法，包括：
6.通过调节催化剂来影响乙烯分压和总压；
7.获取乙烯分压在t1时间内的最大值和最小值，以及总压过滤值在t2时间内的最大值和最小值；
8.预测乙烯分压和总压过滤值的变化趋势，并根据变化趋势确定催化剂的调节策略；
9.在负荷变化情况下，根据所述调节策略来稳定乙烯分压和总压。
10.可选地，将十分钟内的总压过滤值作为被控变量，获取在t2时间内总压过滤值的最大值和最小值。
11.可选地，预测乙烯分压和总压过滤值的变化趋势，并根据变化趋势确定催化剂的调节策略，包括：
12.获取乙烯分压当前值，若t2时间内乙烯分压的最大值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向上；
13.若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在上限范围外，且总压大于下限、第1分压计时器和第3总压计时器均为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长；
14.若t2时间内乙烯分压的最小值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向下；
15.若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在下限范围外，且总压小于下限、第2分压计时器和第4总压计时器均为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
16.可选地，预测乙烯分压和总压过滤值的变化趋势，并根据变化趋势确定催化剂的调节策略，包括：
17.获取当前的总压过滤值，若t2时间内当前的总压过滤值的最大值等于当前值，则预测总压的变化趋势向上；
18.若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在上限范围外，且第1分压计数器小于预设值、第3总压计时器为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长；
19.若t2时间内当前的总压过滤值的最小值等于当前值，则预测总压的变化趋势向下；
20.若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在下限范围外，且第2分压计数器小于预设值、第4总压计时器为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
21.可选地，在负荷变化情况下，根据所述调节策略来稳定乙烯分压和总压，包括：
22.采集不同负荷和催化剂条件下，乙烯分压和总压随时间变化的数据，并代入编写的程序进行仿真调试，得到乙烯分压和总压的催化剂控制策略；
23.根据乙烯分压和总压的催化剂控制策略来稳定乙烯分压和总压。
24.第二方面，本技术实施例提供一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制装置，包括：
25.调节模块，用于通过调节催化剂来影响乙烯分压和总压；
26.获取模块，用于获取乙烯分压在t1时间内的最大值和最小值，以及总压过滤值在t2时间内的最大值和最小值；
27.预测模块，用于预测乙烯分压和总压过滤值的变化趋势，并根据变化趋势确定催化剂的调节策略；
28.控制模块，用于在负荷变化情况下，根据所述调节策略来稳定乙烯分压和总压。
29.可选地，所述获取模块，具体用于：将十分钟内的总压过滤值作为被控变量，获取在t2时间内总压过滤值的最大值和最小值。
30.可选地，所述预测模块，具体用于：
31.获取乙烯分压当前值，若t2时间内乙烯分压的最大值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向上；
32.若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在上限范围外，且总压大于下限、第1分压计时器和第3总压计时器均为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长；
33.若t2时间内乙烯分压的最小值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向下；
34.若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在下限范围外，且总压小于下限、第2分压计时器和第4总压计时器均为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
35.可选地，所述预测模块，具体用于：
36.获取当前的总压过滤值，若t2时间内当前的总压过滤值的最大值等于当前值，则
预测总压的变化趋势向上；
37.若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在上限范围外，且第1分压计数器小于预设值、第3总压计时器为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长；
38.若t2时间内当前的总压过滤值的最小值等于当前值，则预测总压的变化趋势向下；
39.若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在下限范围外，且第2分压计数器小于预设值、第4总压计时器为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
40.可选地，所述控制模块，具体用于：
41.采集不同负荷和催化剂条件下，乙烯分压和总压随时间变化的数据，并代入编写的程序进行仿真调试，得到乙烯分压和总压的催化剂控制策略；
42.根据乙烯分压和总压的催化剂控制策略来稳定乙烯分压和总压。
43.第三方面，本技术实施例提供一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制设备，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：
44.执行如第一方面中任一项所述的气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法的步骤。
45.第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现如第一方面中任一项所述的气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法的步骤。
46.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
47.本发明中针对总压和乙烯分压控制特性存在大周期、多扰动、大滞后、非线性等典型缺点，基于对气相流化床法pe装置聚合反应系统的工艺分析，通过智能控制软件的自主编程设计，利用数据挖掘以及在线数据迭代技术设计出鲁棒性更佳的控制策略。该控制方案既要考虑实现对总压的平稳控制，还要兼顾乙烯分压的稳定，同时在负荷发生改变后，控制系统能够较快的响应并避免系统发散，使控制回路具有更佳的鲁棒性能。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
49.图1为本发明实施例中pe聚合反应的原理示意图；
50.图2为本技术实施例提供的一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法的流程图；
51.图3为本技术实施例中乙烯分压的控制方法流程图；
52.图4为本技术实施例中总压的控制方法流程图；
53.图5为提负荷时乙烯分压和总压的变化趋势示意图一；
54.图6为提负荷时乙烯分压和总压的变化趋势示意图二。
55.图中：
56.1、pe聚合反应器；2、换热器；3、循环气压缩机；4、总压；5、乙烯分压。
具体实施方式
57.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
58.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
59.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
61.图1为本发明实施例中pe聚合反应的原理示意图，如图1所示，原料乙烯、丁烯和氢气在催化剂作用下与氮气和制冷剂ica(异戊烷)同时进去反应器内，在温度85℃-95℃，压力2.2-2.5mpa下发生聚合反应，聚合反应生成的粉料由反应器底部排除，未参与反应的循环气由反应器顶部送入循环气压缩机，经冷却后进入反应器内进行重复利用。co为灭活剂，在反应出现异常时及时加入以终止反应，防止爆聚的发生，一般情况下，co保持关闭状态。
62.图2为本技术实施例提供的一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制方法的流程图，如图2所示，本实施例中的方法可以包括：
63.步骤s201、通过调节催化剂来影响乙烯分压和总压。
64.本实施例中，通过分析气相流化床法pe装置聚合反应系统工艺特点，操纵变量—催化剂对反应速率控制从而影响乙烯分压变化；催化剂调节导致反应器内气相组成发生变化后，总压也会引起变化，即催化剂对乙烯分压和总压同时影响。
65.步骤s202、获取乙烯分压在t1时间内的最大值和最小值，以及总压过滤值在t2时间内的最大值和最小值。
66.本实施例中，由于总压受反应温度影响，为减少温度带来的波动，可以选取总压在十分钟内的过滤值，并将这个时间段内的总压过滤值作为被控变量；乙烯分压不做处理，直接选作被控变量。
67.需要说明的是，本实施例不限定t1、t2的具体取值，本领域技术人员可以根据实际要求设置。
68.步骤s203、预测乙烯分压和总压过滤值的变化趋势，并根据变化趋势确定催化剂
的调节策略。
69.本实施例中，可以利用浙江中控智能控制软件，通过聚合反应特性及工艺生产特点，选取乙烯分压在t1时间内最大值和最小值；选取总压过滤值在t2时间内最大值和最小值，然后采用仿人工智能趋势预测通过区间约束控制总压和乙烯分压。
70.示例性的，图3为本技术实施例中乙烯分压的控制方法流程图，如图3所示，获取乙烯分压当前值，若t2时间内乙烯分压的最大值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向上；若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在上限范围外，且总压大于下限、第1分压计时器和第3总压计时器均为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。若t2时间内乙烯分压的最小值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向下；若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在下限范围外，且总压小于下限、第2分压计时器和第4总压计时器均为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
71.示例性的，图4为本技术实施例中总压的控制方法流程图，如图4所示，获取当前的总压过滤值，若t2时间内当前的总压过滤值的最大值等于当前值，则预测总压的变化趋势向上；若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在上限范围外，且第1分压计数器小于预设值、第3总压计时器为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。若t2时间内当前的总压过滤值的最小值等于当前值，则预测总压的变化趋势向下；若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在下限范围外，且第2分压计数器小于预设值、第4总压计时器为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
72.步骤s204、在负荷变化情况下，根据所述调节策略来稳定乙烯分压和总压。
73.因负荷发生变化时，会导致乙烯分压上升，在正常生产时，需要在负荷变化时及时调节催化剂，以免造成后期调节存在滞后，导致生产波动。通过非线性模式利用乙烯分压、总压、负荷与催化剂活性的关系曲线确定调节负荷时催化剂的调节量。
74.本实施例中，利用浙江中控智能控制软件编写负荷变化同步催化剂变化调节程序。设计变负荷时催化剂加入控制，协调正常情况下控制同时进行，达到提降负荷中稳定乙烯分压和总压的目的。
75.可选地，上述方法还可以包括如下步骤：
76.采集不同负荷和催化剂条件下，乙烯分压和总压随时间变化的数据，并代入编写的程序进行仿真调试，得到乙烯分压和总压的催化剂控制策略。
77.本实施例中，可以在浙江中控apc-suite系列软件中通过数据采集、编程、现场调试达到上述目的。
78.具体地，当提负荷时，催化剂会按c kg/t进行增加，同理，在降负荷时，催化剂会按c kg/t进行减少。设置催化剂调节最大步幅限为0.2kg/t。同时在总压和乙烯分压发生变化后，按照上述控制方法进行调节，综合调节，达到预期效果。
79.本实施例法提升了总压和乙烯分压的鲁棒性，装置运行平稳性与跟踪性均能得到保证；大大降低了现场操作人员劳动强度，避免了诸多误操作，有效保证了装置运行安全。本实施例中提出了最大值、最小值概念，在滞后较大时可进行大幅度调节，提早干预，减少装置累计加入带来的超调；利用倒计时的周期方式，提出催化剂大周期调节乙烯分压和总压，并设置乙烯分压与总压区间调节步幅大小。本实施例中的所有计算均可以在上位机上实现，减轻了dcs(distributed control system)运行负荷，提高了dcs安全性。
80.具体地，以气相流化床法pe装置聚合反应系统为具体案例阐述本发明中控制方法的具体实现与控制效果。
81.1、趋势预测
82.(1)乙烯分压趋势预测
83.取t1时间内最大值与最小值，当出现当前值与最大值重合时，表明乙烯分压此时正处于上涨通道；当出现当前值与最小值重合时，表明乙烯分压此时处于下降通道。
84.(2)总压趋势预测
85.取t2时间内最大值与最小值，当出现当前值与最大值重合时，表明总压此时正处于上涨通道；当出现当前值与最小值重合时，表明总压此时处于下降通道。
86.权重分配
87.考虑到流化气速的重要性，控制时催化剂调节分配给总压权重大，调节幅度更大，乙烯分压权重小，调节幅度小，调节周期为t分钟。需要说明的是，本实施例不限定t的具体取值，本领域技术人员可以根据实际要求设置。
88.3、催化剂调节乙烯分压，协调总压，分两种情况。
89.(1)乙烯分压在操作上下限内，根据前面趋势预测得出，若出现上升时，分压计时器1与总压计时器3均为零且总压值在下限约束以上，此时催化剂会向上调节a步幅，并保持t分钟。若出现下降，第2分压计时器与第4总压计时器均为零且总压值在上限约束以下，催化剂会向下调节a步幅，并保持t分钟。
90.(2)乙烯分压在操作上下限以外，若出现持续上升并超过上限，第1分压计时器与第3总压计时器均为零且总压值在下限约束以上，此时催化剂会上调1.5倍a步幅，并保持t分钟。若出现持续下降并超过下限，第2分压计时器与第4总压计时器均为零且总压值在上限约束以下，催化剂会下调1.5倍a步幅，并保持t分钟。
91.4、催化剂调节总压，协调乙烯分压，分两种情况。
92.(1)总压在操作上下限内，根据前面趋势预测得出，若出现上升时，当第1分压计时器小于5且与总压计时器3为零，催化剂会向上调节b步幅，并保持t分钟。若出现下降，当第2分压计时器小于5且与第4总压计时器为零，催化剂会向下调节b步幅，并保持t分钟。
93.(2)总压在操作上下限以外，若出现持续上升，当第1分压计时器小于5且与第3总压计时器为零，催化剂会上调1.5倍b步幅，并保持t分钟。若出现持续下降，当第2分压计时器小于5且与第4总压计时器为零，催化剂会下调1.5倍b步幅，并保持t分钟。
94.需要说明的是，本实施例中的a、b不限制具体的取值，此处只是用于区分。在实际应用中，本领域技术人员可以根据需要，设置催化剂的调节步幅。
95.图5、图6分别展示了投用前后乙烯分压和总压时趋势，以验证本方法的优势。
96.本技术实施例提供的气相流化床法pe装置聚合反应总压和乙烯分压平稳控制方法提出了总压和乙烯分压一段时间内最大值，最小值概念，结合模型预测和趋势预测控制策略，更好的实现非线性多变量控制解耦。在负荷发生变化后，针对大滞后、非线性、多扰动控制特点，提前调节催化剂，减少后期影响，实现多变量协调问题的解决方案。利用倒计时归零周期方式，实现了一对二具有非线性、大滞后、多扰动特征的控制解耦，实现了催化剂大周期控制乙烯分压和总压。利用区间调节方式，区分调节区间内和区间外的步幅，达到优化区域控制目的，丰富了多变量控制的优化路径。
97.本技术实施例还提供一种气相流化床法pe装置聚合反应总压与乙烯分压控制装置，本实施例中的装置可以包括：
98.调节模块，用于通过调节催化剂来影响乙烯分压和总压；
99.获取模块，用于获取乙烯分压在t1时间内的最大值和最小值，以及总压过滤值在t2时间内的最大值和最小值；
100.预测模块，用于预测乙烯分压和总压过滤值的变化趋势，并根据变化趋势确定催化剂的调节策略；
101.控制模块，用于在负荷变化情况下，根据所述调节策略来稳定乙烯分压和总压。
102.可选地，所述获取模块，具体用于：将十分钟内的总压过滤值作为被控变量，获取在t2时间内总压过滤值的最大值和最小值。
103.可选地，所述预测模块，具体用于：
104.获取乙烯分压当前值，若t2时间内乙烯分压的最大值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向上；
105.若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在上限范围外，且总压大于下限、第1分压计时器和第3总压计时器均为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长；
106.若t2时间内乙烯分压的最小值等于当前值，则预测乙烯分压的变化趋势向下；
107.若乙烯分压当前值在上下限范围内或者在下限范围外，且总压小于下限、第2分压计时器和第4总压计时器均为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
108.可选地，所述预测模块，具体用于：
109.获取当前的总压过滤值，若t2时间内当前的总压过滤值的最大值等于当前值，则预测总压的变化趋势向上；
110.若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在上限范围外，且第1分压计数器小于预设值、第3总压计时器为零时，控制催化剂向上调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长；
111.若t2时间内当前的总压过滤值的最小值等于当前值，则预测总压的变化趋势向下；
112.若当前的总压过滤值在上下限范围内或者在下限范围外，且第2分压计数器小于预设值、第4总压计时器为零时，控制催化剂向下调b步幅或者1.5b步幅并维持预设时长。
113.可选地，所述控制模块，具体用于：
114.采集不同负荷和催化剂条件下，乙烯分压和总压随时间变化的数据，并代入编写的程序进行仿真调试，得到乙烯分压和总压的催化剂控制策略；
115.根据乙烯分压和总压的催化剂控制策略来稳定乙烯分压和总压。
116.本实施例中的装置可以实现图2所示的方法，具体实现过程和技术效果参见图2所示方法的相关描述，此处不再赘述。
117.以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本发明保护的范围。
118.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
119.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。