Control Práctico de la Relación: Oxidación de Licor Negro con Yokogawa CENTUM VP y ABB 800xA
El Problema Central: Deriva en la Relación Oxígeno-Licor
El control de relación mantiene una proporción fija entre dos variables del proceso. En la oxidación del licor negro, los operadores deben añadir oxígeno puro al licor negro en una proporción precisa. El objetivo: reducir las emisiones de H2S y mercaptanos mientras se recuperan los valores de azufre. Si la relación se desvía, la oxidación queda incompleta o se desperdicia oxígeno en exceso.
Yokogawa CENTUM VP maneja este lazo con su función de Control Avanzado de Procesos (APC). ABB 800xA utiliza su Control Builder para implementar la misma lógica en un controlador AC 800M redundante. Ambas plataformas requieren los mismos tres componentes: un transmisor de flujo variable, un transmisor de flujo cautivo y un bloque multiplicador que impulsa el punto de consigna.
Paso 1: Configurar los Transmisores de Flujo por Presión Diferencial
Tanto las líneas de licor negro como de oxígeno usan medidores de placa orificio con transmisores de presión diferencial. En un sistema CENTUM VP, conecte el FT-101 (licor negro) y el FT-102 (oxígeno) a la tarjeta de entrada analógica AAI143. Active la función de extracción de raíz cuadrada. Esto convierte la señal cruda de 4-20 mA en un valor lineal de flujo.
- Placa orificio: ANSI 600# de 4 pulgadas con orificio de 2.5 pulgadas
- Rango del transmisor DP: 0–200 inH2O
- Rango de flujo: 0–1500 GPM (licor negro), 0–300 SCFM (oxígeno)
- Calibración: Aplique 4.00 mA (cero) y 20.00 mA (span) con un comunicador HART
En ABB 800xA, use la tarjeta de entrada analógica AI810 en el controlador AC 800M. Configure la función de raíz cuadrada en el Control Builder. El módulo de comunicación serial CI853 conecta los dispositivos HART para diagnóstico remoto.
Paso 2: Construir la Lógica del Multiplicador y Punto de Consigna de la Relación
El bloque multiplicador es el corazón del control de relación. Toma la señal de flujo variable y la multiplica por el coeficiente de relación R. El resultado se convierte en el punto de consigna del flujo cautivo.
Fórmula: SPO2 = Flicor × R
Donde R suele ser 0.15–0.25 SCFM O₂ por GPM de licor negro. Calcule R a partir de la demanda estequiométrica de oxígeno. En el proceso de oxidación del licor negro, aproximadamente 0.18 SCFM O₂ por GPM de licor logra una eficiencia de oxidación del 85% a 180°F y 15 psig.
Configure un controlador manual (HC) en paralelo con el controlador automático de relación. Los operadores usan HC para fijar un flujo de oxígeno durante el arranque. Una vez que el lazo se estabiliza, cambie a AUTO y deje que el controlador de relación siga el flujo de licor.
Configure la alarma del coeficiente de relación: ALTO = 0.30, BAJO = 0.10. Si R se desvía más allá de estos límites, active una alarma para el operador en la pantalla de tendencias del HMI.
Paso 3: Ajustar el Controlador PID del Flujo Cautivo
La válvula de control de oxígeno (FCV-102) debe responder rápidamente a los cambios del punto de consigna. Use la función de autoajuste en el bloque PID de CENTUM VP. Configure el modo del controlador en PI. Parámetros típicos de ajuste:
- Banda proporcional: 50–80%
- Tiempo integral: 3–8 segundos
- Derivado: 0 (deshabilitar para lazos de flujo)
- Límite de tasa de cambio del punto de consigna: 5% por segundo (para evitar golpes en la válvula)
Verifique el desempeño de la válvula con una prueba escalón. Cambie el punto de consigna en un 10% y registre el tiempo de respuesta. Criterios aceptables: tiempo de subida menor a 3 segundos, sobrepaso menor al 5%, tiempo de asentamiento menor a 15 segundos.
En ABB 800xA, descargue los parámetros PID al controlador AC 800M vía Control Builder. Use la función de Cambio en Línea para ajustar parámetros sin detener el proceso.
Paso 4: Diagnosticar y Corregir Fallas por Deriva en la Relación
Las fallas por deriva en la relación se dividen en tres categorías.
- El transmisor de flujo variable deriva a bajo: El controlador subestima el flujo de licor, por lo que el oxígeno es insuficiente. La reacción de oxidación queda incompleta. Las lecturas de H2S aumentan en la chimenea de ventilación.
- El transmisor de flujo variable deriva a alto: El controlador demanda oxígeno en exceso. El consumo de oxígeno aumenta entre 15–20%. El regulador de presión de oxígeno se abre con más frecuencia, causando desgaste en el asiento de la FCV-102.
- El coeficiente multiplicador deriva debido a un registro corrupto: Esto provoca un salto repentino en el punto de consigna. La válvula de oxígeno se abre o cierra bruscamente. Detecte esto monitoreando la tasa de cambio de la señal del punto de consigna. Si dSP/dt supera el 20% por segundo, active un interbloqueo que mantenga la válvula en su última posición conocida.
Revise la conexión a tierra del transmisor. Una tierra flotante en el lazo 4-20 mA causa ruido aleatorio en la señal. Use un calibrador de proceso para inyectar una señal de 12.00 mA en el terminal de entrada analógica. Verifique que el DCS lea el 50% del rango de flujo.
Conclusión y Recomendaciones de Acción
El control de relación en la oxidación del licor negro requiere tres pasos. Primero, configure los transmisores DP de placa orificio con extracción de raíz cuadrada en ambas tarjetas AAI143 (CENTUM VP) y AI810 (ABB 800xA). Segundo, construya el bloque multiplicador con un rango de coeficiente bloqueado entre 0.10 y 0.30 y un controlador manual para el arranque. Tercero, ajuste el PID del flujo cautivo con PB=65%, Ti=5s y un límite de tasa de cambio del punto de consigna del 5%/segundo.
Programe una verificación de calibración mensual de ambos transmisores de flujo. Use un comunicador HART para comparar la salida del transmisor DP con un manómetro de referencia. Si el error supera el 1% del rango, realice un ajuste de cero y span. Documente los resultados en el registro de mantenimiento.
Cuando ocurra una deriva en la relación, rastree la falla a través del transmisor, el multiplicador y la válvula. Un calibrador de proceso en los terminales de entrada analógica confirma si la falla está en campo o en el sistema de control. Mantenga el controlador manual listo en todo momento durante el arranque de la oxidación.
