1、前言

我公司2001年3月新建年产1万吨规模的双氧水生产装置，双氧水作为其它产品的一种化工原料。

工艺简介：由外管送来的氢气（氯碱车间），经过加压，然后送入氢化釜使其与工作液进行氢化反应，得到的氢化液再和氧气反应，得到的氧化液（包括：工作液和双氧水），经过萃取分离，得到双氧水，并使工作液得到再生，循环使用。图1为双氧水氢化工序工艺流程图。

本工艺的特点和难点分析如下：控制回路较多，生产的连续性很强，塔式设备较多， 而且各个参数之间关联较严重。有些对象特性属于电加热炉式比较难控制，其中之一的是氢化工序的氢化压力对象，而且压力升高速度很快，只须将氢气通入釜内， 压力很快升高，而要将压力降下来，则要依靠氢化釜自身反应将氢气吸收。这样的对象在自控时要尽量避免上超调。否则很容易造成系统的失控。另外，氢化釜压力 对象还具有正反馈特性，需要在控制时予以考虑。

2、系统组成

（1） 系统配置

本项目的控制系统采用的是SUPCON JX-300X集散控制系统。该系统能够实现从连续控制、批量控制到逻辑控制等多种控制算法。根据带控制点的工艺流程图，与工艺人技术人员认真细致地分析了生产工艺对控制的要求，我们合理设计了方便于操作工监视、操作的流程图画面。本工程采用1个控制站、2个操作站，操作站和控制站处于同一集中控室内，两操作站是完全对等的，其中任意一台操作站均可兼作工程师站。控制站与操作站之间由SCnetⅡ双重化冗余的过程控制网连接。我们从生产更加可靠和经济考虑，主控器、数据转发卡、重要的输入和输出点、电源、通讯网络采用1：1热备冗余。在控制站中，遵循同一类型I/O卡件放在同一机笼中的原则。

（2） 

3、控制策略及实施方案

本系统共有26个控制回路，大部分采用单回路PID控制，属于常规的控制方案。我们对常规控制方案的在组态方面做了若干优化，如调节器的正反作用的设置，和工艺人员协商后，采用忽略调节阀气开、气关形式的方法，调节阀的开关形式在组态软件中设置，这样，系统大大简化了调节器作用设置。

对 于参数关联比较大的对象，适当采取前馈解耦。双氧水生产过程中，氢化液贮罐的液位是一个很关键的参数，氢化液贮罐作为氢化工段的成品贮罐，同时也是从氢化 到氧化工段的工况的稳定性密切相关的重要参数，当氢化工序进料增大时，相应希望氢化液贮罐的出料（即氧化工序的进料）也增大，这样才能有效地保证氢化液贮 罐液位的平稳。因此，氢化液贮罐液位LI-103采用均匀控制和前馈控制相结合的方法，使整个系统的生产的连续性和物料的平衡得到有力的保障。

对于类似电加热炉特性对象，则采用自适应PID的方法来避免上超调。氢化釜的压力就是这类对象，当氢气进气阀门打开时，釜内氢气压力迅速升高，而要想将釜内压力降下来，则需要依靠釜内反应来吸收氢气，速度比较缓慢。这样的对象，一旦参数出现上超调，就很难降下来。其时域特性如图2所示。因此，我们将釜内压力分为几段，分别用不同的PID参数来整定。

由图2可以看到，氢化釜压力在升压过程中的时间常数很小，因而我们把升压过程分为三个阶段：a、低压阶段，此时（压力小于P1时），氢化釜的压力上升很快，对象对调节作用很敏感，这时可以将调节器的调节作用设得较弱。b、中压阶段，此时（压力在P1、P2之间），氢化釜的特性比较稳定，鲁棒性出较强，可以保持相对较强的控制作用。c、高压阶段（压力大于P2）， 此时，对象的鲁棒性很强，对调节作用很不敏感，需要将积分作用切除，尽量避免超调。另一方面，我们在分析氢化釜压力对象和投运过程中，发现氢化釜压力对象 还具有正反馈特性。从机理角度来讲，氢化釜的压力取决于氢气进料量和氢化釜反应时的吸氢能力，而氢化釜的吸氢能力又和氢化釜的液位成正比。于是，当氢气进 料和再生工作液进料一定时，若釜内的压力偏高，则在压力作用下，氢化釜出料加大，导致液位下降，液位下降又会使单位时间内氢化釜吸收的氢气量减小，使釜内 压力进一步升高。反之，若压力偏低，则氢化釜出料困难，导致液位上升，进而使单位时间内氢化釜吸收的氢气量增大，使釜内压力进一步降低。由此可风，氢化釜 压力是个正反馈对象。对于这样的正反馈对象，如果不能使其工作在工作点附近，则很可能导致被控变量发散，使系统失控。为解决这个问题，操作工往往是手工调 整氢化釜压力回路的设定值，使压力不偏离工作点太远。在总结了操作工的经验和对过程进行了机理分析之后，我们确定了这样的控制方案原则：在操作工操作经验 和工艺理论计算的基础上，得出工作点。工作点的数值可以在投运过程中根据实际情况做修正，滚动优化，直至得到满意的控制效果。利用前述变PID参数的方法避免大的超调。以变参数PID调节器为副回路，其设定值根据“有过有欠”的原则以程序方式由规则推理得出，推理机的输入是釜压力反馈值和釜压力的变化率反馈。

综上所述，氢化釜压力回路的控制方案可以采用以下方块图（图3）表示：

工作点可修正

变PID控制器

过程对象

控制规则库

压力变化率

4、结束语 通过开车后、上电调试后，再生液罐的液位和氢化釜压力及氢化釜液位等关键参数的稳定性非常好，生产的连续性和物料的平衡得到了很好的保证。在降低工人的劳动强度时，产品收率、消耗和质量方面达到预期的效果。DCS系统在双氧水生产过程中能够发挥其强大、灵活的功能，取得良好的经济效益。