التحكم العملي في النسبة: أكسدة السائل الأسود باستخدام Yokogawa CENTUM VP و ABB 800xA

المشكلة الأساسية: انحراف نسبة الأكسجين إلى السائل الأسود

تحكم النسبة يحافظ على نسبة ثابتة بين متغيرين في العملية. في أكسدة السائل الأسود، يجب على المشغلين إضافة الأكسجين النقي إلى السائل الأسود بنسبة دقيقة. الهدف: تقليل انبعاثات H2S والميركابتان مع استرداد قيم الكبريت. إذا انحرفت النسبة، إما أن تبقى الأكسدة غير مكتملة أو يتم إهدار الأكسجين بشكل مفرط.

يتعامل نظام Yokogawa CENTUM VP مع هذه الحلقة باستخدام وظيفة وحدة التحكم المتقدمة في العملية (APC). يستخدم ABB 800xA أداة Control Builder لتنفيذ نفس المنطق في وحدة تحكم AC 800M المكررة. كلا النظامين يتطلبان نفس المكونات الثلاثة: جهاز إرسال تدفق حر، وجهاز إرسال تدفق محصور، وكتلة مضاعف تتحكم في نقطة الضبط.

الخطوة 1: تكوين أجهزة إرسال تدفق الضغط التفاضلي

تستخدم خطوط السائل الأسود والأكسجين عدادات صفيحة الفتحة مع أجهزة إرسال ضغط تفاضلي. في نظام CENTUM VP، قم بتوصيل FT-101 (السائل الأسود) وFT-102 (الأكسجين) إلى بطاقة الإدخال التناظرية AAI143. فعّل وظيفة استخراج الجذر التربيعي. هذا يحول إشارة 4-20 مللي أمبير الخام إلى قيمة تدفق خطية.

• صفيحة الفتحة: 4 بوصة ANSI 600# مع فتحة 2.5 بوصة
• نطاق جهاز إرسال الضغط التفاضلي: 0–200 بوصة ماء
• نطاق التدفق: 0–1500 جالون في الدقيقة (السائل الأسود)، 0–300 قدم مكعب قياسي في الدقيقة (الأكسجين)
• المعايرة: تطبيق 4.00 مللي أمبير (صفر) و20.00 مللي أمبير (نطاق) باستخدام جهاز HART

في ABB 800xA، استخدم بطاقة الإدخال التناظرية AI810 في وحدة تحكم AC 800M. قم بتكوين وظيفة الجذر التربيعي في Control Builder. يربط وحدة الاتصال التسلسلي CI853 أجهزة HART للتشخيص عن بُعد.

الخطوة 2: بناء منطق المضاعف ونقطة ضبط النسبة

كتلة المضاعف هي جوهر تحكم النسبة. تأخذ إشارة التدفق الحر وتضربها بمعامل النسبة R. النتيجة تصبح نقطة ضبط التدفق المحصور.

الصيغة: SP_O2 = F_liquor × R

حيث R عادة ما تكون بين 0.15–0.25 قدم مكعب قياسي في الدقيقة من O₂ لكل جالون في الدقيقة من السائل الأسود. احسب R من الطلب الاستوكيومتري للأكسجين. في عملية أكسدة السائل الأسود، حوالي 0.18 قدم مكعب قياسي في الدقيقة من O₂ لكل جالون في الدقيقة من السائل تحقق كفاءة أكسدة 85% عند 180°F و15 رطل لكل بوصة مربعة ضغط.

قم بتكوين وحدة تحكم يدوية (HC) بالتوازي مع وحدة تحكم النسبة التلقائية. يستخدم المشغلون HC لضبط تدفق الأكسجين الثابت أثناء بدء التشغيل. بمجرد استقرار الحلقة، قم بالتبديل إلى الوضع التلقائي ودع وحدة تحكم النسبة تتبع تدفق السائل.

اضبط إنذار معامل النسبة: عالي = 0.30، منخفض = 0.10. إذا انحرف R خارج هذه الحدود، يتم تشغيل إنذار للمشغل في عرض الاتجاهات على واجهة المستخدم.

الخطوة 3: ضبط وحدة تحكم PID لتدفق المحصور

يجب أن يستجيب صمام التحكم في الأكسجين (FCV-102) بسرعة لتغيرات نقطة الضبط. استخدم وظيفة الضبط التلقائي في كتلة PID بنظام CENTUM VP. اضبط وضع وحدة التحكم على PI. معلمات الضبط النموذجية:

• النطاق التناسبي: 50–80%
• زمن التكامل: 3–8 ثوانٍ
• المشتق: 0 (تعطيل للحلقات التدفقية)
• حد معدل نقطة الضبط: 5% في الثانية (لمنع صدمة الصمام)

تحقق من أداء الصمام باختبار خطوة. قم بزيادة نقطة الضبط بنسبة 10% وسجل زمن الاستجابة. المعايير المقبولة: زمن ارتفاع أقل من 3 ثوانٍ، تجاوز أقل من 5%، زمن استقرار أقل من 15 ثانية.

في ABB 800xA، قم بتنزيل معلمات PID إلى وحدة تحكم AC 800M عبر Control Builder. استخدم وظيفة التغيير عبر الإنترنت لضبط المعلمات دون إيقاف العملية.

الخطوة 4: تشخيص وتصحيح أعطال انحراف النسبة

تقع أعطال انحراف النسبة في ثلاث فئات.

• انحراف جهاز إرسال التدفق الحر إلى انخفاض: يقدر المتحكم تدفق السائل بأقل من الواقع، فينخفض الأكسجين. تصبح تفاعل الأكسدة غير مكتمل. ترتفع قراءات H2S في مداخن التهوية.
• انحراف جهاز إرسال التدفق الحر إلى ارتفاع: يطلب المتحكم أكسجينًا زائدًا. يزداد استهلاك الأكسجين بنسبة 15–20%. يفتح منظم ضغط الأكسجين بشكل متكرر، مما يسبب تآكلًا في مقعد FCV-102.
• انحراف معامل المضاعف بسبب سجل تالف: يسبب هذا قفزة مفاجئة في نقطة الضبط. يفتح صمام الأكسجين فجأة أو يغلق بإحكام. يتم اكتشاف ذلك بمراقبة معدل تغير إشارة نقطة الضبط. إذا تجاوز dSP/dt 20% في الثانية، يتم تشغيل قفل أمان يحافظ على الصمام في آخر وضع معروف.

تحقق من تأريض جهاز الإرسال. التأريض العائم في حلقة 4-20 مللي أمبير يسبب ضوضاء عشوائية في الإشارة. استخدم معاير عملية لحقن إشارة 12.00 مللي أمبير عند طرف الإدخال التناظري. تحقق من أن نظام التحكم الموزع يقرأ 50% من نطاق التدفق.

الخاتمة ونصائح العمل

يتطلب تحكم النسبة في أكسدة السائل الأسود ثلاث خطوات. أولاً، تكوين أجهزة إرسال الضغط التفاضلي لصفيحة الفتحة مع استخراج الجذر التربيعي على كل من بطاقتي AAI143 (CENTUM VP) وAI810 (ABB 800xA). ثانيًا، بناء كتلة المضاعف بمعامل مقفل بين 0.10–0.30 ووحدة تحكم يدوية لبدء التشغيل. ثالثًا، ضبط PID لتدفق المحصور مع PB=65%، Ti=5 ثوانٍ، وحد معدل 5%/ثانية على تغييرات نقطة الضبط.

حدد جدولًا شهريًا للتحقق من معايرة كلا جهازي الإرسال. استخدم جهاز HART للتحقق من خرج جهاز إرسال الضغط التفاضلي مقابل مقياس ضغط مرجعي. إذا تجاوز الخطأ 1% من النطاق، قم بإجراء ضبط الصفر والنطاق. وثق النتائج في سجل الصيانة.

عند حدوث انحراف في النسبة، تتبع العطل عبر جهاز الإرسال، والمضاعف، والصمام. يؤكد معاير العملية عند أطراف الإدخال التناظرية ما إذا كان العطل في الحقل أو في نظام التحكم. احتفظ بوحدة التحكم اليدوية جاهزة دائمًا أثناء بدء تشغيل الأكسدة.