Практичен контрол на съотношението: окисление на черна течност с Yokogawa CENTUM VP и ABB 800xA
Основният проблем: Отклонение в съотношението кислород към ликьор
Контролът на съотношението поддържа фиксирано съотношение между две процесни променливи. При окисляване на черен ликьор операторите трябва да добавят чист кислород към черния ликьор при точно определено съотношение. Целта: намаляване на емисиите на H2S и меркаптани, като същевременно се възстановяват стойностите на сярата. Ако съотношението се отклони, окисляването остава непълно или кислородът се изразходва излишно.
Yokogawa CENTUM VP управлява този цикъл с функцията си Advanced Process Controller (APC). ABB 800xA използва Control Builder, за да приложи същата логика в излишен AC 800M контролер. И двете платформи изискват същите три компонента: предавател за свободен поток, предавател за ограничен поток и мултипликаторен блок, който управлява зададената стойност.
Стъпка 1: Конфигуриране на диференциално налягане предавателите за поток
И двете линии – за черен ликьор и кислород – използват измервателни уреди с оребрена плоча и диференциални предаватели за налягане. В система CENTUM VP свържете FT-101 (черен ликьор) и FT-102 (кислород) към AAI143 аналогова входна карта. Активирайте функцията за извличане на квадратен корен. Това преобразува суровия 4-20 mA сигнал в линеен поток.
- Оребрена плоча: 4-инчова ANSI 600# с отвор 2.5 инча
- Обхват на DP предавателя: 0–200 inH2O
- Обхват на потока: 0–1500 GPM (черен ликьор), 0–300 SCFM (кислород)
- Калибриране: Прилагайте 4.00 mA (нула) и 20.00 mA (обхват) с HART комуникатор
В ABB 800xA използвайте AI810 аналогова входна карта в AC 800M контролера. Конфигурирайте функцията за квадратен корен в Control Builder. Серийният комуникационен модул CI853 свързва HART устройствата за дистанционна диагностика.
Стъпка 2: Създаване на мултипликатора и логиката за зададена стойност на съотношението
Мултипликаторният блок е сърцето на контрола на съотношението. Той приема сигнала за свободния поток и го умножава по коефициента на съотношението R. Резултатът става зададената стойност за ограничен поток.
Формула: SPO2 = Fliquor × R
Където R обикновено е 0.15–0.25 SCFM O₂ на GPM черен ликьор. Изчислете R от стехиометричното търсене на кислород. В процеса на окисляване на черен ликьор приблизително 0.18 SCFM O₂ на GPM ликьор осигурява 85% ефективност на окисляване при 180°F и 15 psig.
Конфигурирайте ръчен контролер (HC) паралелно с автоматичния контролер на съотношението. Операторите използват HC, за да зададат фиксиран кислороден поток при стартиране. След като цикълът се стабилизира, превключете на AUTO и оставете контролера на съотношението да следи потока на ликьора.
Задайте аларма за коефициента на съотношението: HI = 0.30, LO = 0.10. Ако R се отклони извън тези граници, задейства се аларма за оператор в HMI графиката на тенденциите.
Стъпка 3: Настройка на PID контролера за ограничен поток
Кислородният контролен клапан (FCV-102) трябва да реагира бързо на промени в зададената стойност. Използвайте функцията за автонастройка в PID блока на CENTUM VP. Задайте режима на контролера на PI. Типични параметри за настройка:
- Пропорционална лента: 50–80%
- Интегрално време: 3–8 секунди
- Диференциал: 0 (деактивирайте за поточни цикли)
- Ограничение на скоростта на зададената стойност: 5% на секунда (за предотвратяване на рязко затваряне на клапана)
Проверете работата на клапана с тест на стъпка. Променете зададената стойност с 10% и запишете времето за реакция. Допустими критерии: време за нарастване под 3 секунди, преобръщане под 5%, време за установяване под 15 секунди.
В ABB 800xA изтеглете PID параметрите в AC 800M контролера чрез Control Builder. Използвайте функцията Online Change за настройка на параметрите без спиране на процеса.
Стъпка 4: Диагностика и корекция на отклонения в съотношението
Грешките при отклонение на съотношението попадат в три категории.
- Свободният предавател за поток се отклонява надолу: Контролерът подценява потока на ликьора, така че кислородът е недостатъчен. Окислителната реакция става непълна. Четенията на H2S в изпускателната тръба се повишават.
- Свободният предавател за поток се отклонява нагоре: Контролерът изисква излишен кислород. Консумацията на кислород се увеличава с 15–20%. Регулаторът на налягането на кислорода се отваря по-често, което причинява износване на седалката на FCV-102.
- Коефициентът на мултипликатора се отклонява поради повреден регистър: Това причинява внезапен скок на зададената стойност. Кислородният клапан рязко се отваря или затваря. Открива се чрез наблюдение на скоростта на промяна на сигнала на зададената стойност. Ако dSP/dt надвиши 20% на секунда, задейства се интерлок, който задържа клапана в последната известна позиция.
Проверете заземяването на предавателя. Плаващо заземяване на 4-20 mA цикъла причинява случайни шумове в сигнала. Използвайте процесен калибратор, за да инжектирате 12.00 mA сигнал на аналоговия входен терминал. Потвърдете, че DCS отчита 50% от обхвата на потока.
Заключение и препоръки за действие
Контролът на съотношението при окисляване на черен ликьор изисква три стъпки. Първо, конфигурирайте диференциалните предаватели с оребрена плоча с извличане на квадратен корен и на двете карти AAI143 (CENTUM VP) и AI810 (ABB 800xA). Второ, изградете мултипликаторния блок с заключен коефициент в диапазона 0.10–0.30 и ръчен контролер за стартиране. Трето, настройте PID контролера за ограничен поток с PB=65%, Ti=5s и ограничение на скоростта на зададената стойност 5%/секунда.
Планирайте месечна проверка на калибрирането на двата предавателя за поток. Използвайте HART комуникатор, за да проверите изхода на DP предавателя спрямо референтен манометър. Ако грешката надвишава 1% от обхвата, извършете корекция на нулата и обхвата. Документирайте резултатите в дневника за поддръжка.
При отклонение на съотношението проследете грешката през предавателя, мултипликатора и клапана. Процесен калибратор на аналоговите входни терминали потвърждава дали грешката е в полето или в системата за управление. Дръжте ръчния контролер винаги готов по време на стартиране на окисляването.
