Contrôle Pratique du Rapport : Oxydation de la Liqueur Noire avec Yokogawa CENTUM VP et ABB 800xA
Le Problème Fondamental : Dérive du Rapport Oxygène-Liqueur
Le contrôle du rapport maintient une proportion fixe entre deux variables de procédé. Dans l’oxydation de la liqueur noire, les opérateurs doivent ajouter de l’oxygène pur à la liqueur noire selon un rapport précis. L’objectif : réduire les émissions de H2S et de mercaptans tout en récupérant les valeurs de soufre. Si le rapport dérive, l’oxydation reste incomplète ou l’oxygène est gaspillé de manière excessive.
Yokogawa CENTUM VP gère cette boucle avec sa fonction Advanced Process Controller (APC). ABB 800xA utilise son Control Builder pour implémenter la même logique dans un contrôleur redondant AC 800M. Les deux plateformes nécessitent les mêmes trois composants : un transmetteur de débit libre, un transmetteur de débit captif et un bloc multiplicateur qui pilote la consigne.
Étape 1 : Configurer les Transmetteurs de Débit à Pression Différentielle
Les lignes de liqueur noire et d’oxygène utilisent des débitmètres à plaque d’orifice avec transmetteurs de pression différentielle. Dans un système CENTUM VP, connectez le FT-101 (liqueur noire) et le FT-102 (oxygène) à la carte d’entrée analogique AAI143. Activez la fonction d’extraction de racine carrée. Cela convertit le signal brut 4-20 mA en une valeur de débit linéaire.
- Plaque d’orifice : ANSI 600# 4 pouces avec alésage de 2,5 pouces
- Plage du transmetteur DP : 0–200 inH2O
- Plage de débit : 0–1500 GPM (liqueur noire), 0–300 SCFM (oxygène)
- Étalonnage : Appliquer 4,00 mA (zéro) et 20,00 mA (étendue) avec un communicateur HART
Dans ABB 800xA, utilisez la carte d’entrée analogique AI810 dans le contrôleur AC 800M. Configurez la fonction racine carrée dans le Control Builder. Le module de communication série CI853 connecte les appareils HART pour le diagnostic à distance.
Étape 2 : Construire la Logique du Multiplicateur et de la Consigne de Rapport
Le bloc multiplicateur est le cœur du contrôle du rapport. Il prend le signal de débit libre et le multiplie par le coefficient de rapport R. Le résultat devient la consigne du débit captif.
Formule : SPO2 = Fliqueur × R
Où R est typiquement de 0,15 à 0,25 SCFM O₂ par GPM de liqueur noire. Calculez R à partir de la demande stœchiométrique en oxygène. Dans le procédé d’oxydation de la liqueur noire, environ 0,18 SCFM O₂ par GPM de liqueur permet d’atteindre 85 % d’efficacité d’oxydation à 180°F et 15 psig.
Configurez un régulateur manuel (HC) en parallèle avec le régulateur automatique de rapport. Les opérateurs utilisent HC pour fixer un débit d’oxygène constant au démarrage. Une fois la boucle stabilisée, passez en mode AUTO et laissez le régulateur de rapport suivre le débit de la liqueur.
Réglez l’alarme du coefficient de rapport : HI = 0,30, LO = 0,10. Si R dérive au-delà de ces limites, déclenchez une alarme opérateur dans l’affichage tendance HMI.
Étape 3 : Régler le Régulateur PID du Débit Captif
La vanne de contrôle d’oxygène (FCV-102) doit répondre rapidement aux changements de consigne. Utilisez la fonction d’auto-réglage dans le bloc PID de CENTUM VP. Réglez le mode du régulateur sur PI. Paramètres typiques de réglage :
- Bande proportionnelle : 50–80 %
- Temps intégral : 3–8 secondes
- Dérivé : 0 (désactivé pour les boucles de débit)
- Limite de variation de consigne : 5 % par seconde (pour éviter les à-coups de vanne)
Vérifiez la performance de la vanne avec un test en échelon. Faites varier la consigne de 10 % et enregistrez le temps de réponse. Critères acceptables : temps de montée inférieur à 3 secondes, dépassement inférieur à 5 %, temps de stabilisation inférieur à 15 secondes.
Dans ABB 800xA, téléchargez les paramètres PID dans le contrôleur AC 800M via le Control Builder. Utilisez la fonction Online Change pour ajuster les paramètres sans arrêter le procédé.
Étape 4 : Diagnostiquer et Corriger les Dérives du Rapport
Les défauts de dérive du rapport se répartissent en trois catégories.
- Le transmetteur de débit libre dérive à la baisse : Le régulateur sous-estime le débit de liqueur, donc l’oxygène est insuffisant. La réaction d’oxydation devient incomplète. Les mesures de H2S augmentent dans la cheminée de ventilation.
- Le transmetteur de débit libre dérive à la hausse : Le régulateur demande un excès d’oxygène. La consommation d’oxygène augmente de 15 à 20 %. Le régulateur de pression d’oxygène s’ouvre plus fréquemment, provoquant une usure du siège de la FCV-102.
- Le coefficient multiplicateur dérive à cause d’un registre corrompu : Cela provoque un saut brutal de la consigne. La vanne d’oxygène s’ouvre ou se ferme brutalement. Détectez cela en surveillant la vitesse de variation du signal de consigne. Si dSP/dt dépasse 20 % par seconde, déclenchez un verrouillage qui maintient la vanne à sa dernière position connue.
Vérifiez la mise à la terre du transmetteur. Une masse flottante sur la boucle 4-20 mA provoque des parasites aléatoires. Utilisez un calibrateur de procédé pour injecter un signal de 12,00 mA à la borne d’entrée analogique. Vérifiez que le DCS lit 50 % de la plage de débit.
Conclusion et Conseils d’Action
Le contrôle du rapport dans l’oxydation de la liqueur noire nécessite trois étapes. Premièrement, configurez les transmetteurs DP à plaque d’orifice avec extraction de racine carrée sur les cartes AAI143 (CENTUM VP) et AI810 (ABB 800xA). Deuxièmement, construisez le bloc multiplicateur avec une plage de coefficient verrouillée entre 0,10 et 0,30 et un régulateur manuel pour le démarrage. Troisièmement, réglez le PID du débit captif avec PB=65 %, Ti=5 s, et une limite de variation de consigne de 5 %/s.
Planifiez une vérification d’étalonnage mensuelle des deux transmetteurs de débit. Utilisez un communicateur HART pour comparer la sortie du transmetteur DP avec un manomètre de référence. Si l’erreur dépasse 1 % de l’étendue, effectuez un réglage zéro et étendue. Documentez les résultats dans le journal de maintenance.
En cas de dérive du rapport, recherchez la panne dans le transmetteur, le multiplicateur et la vanne. Un calibrateur de procédé aux bornes d’entrée analogique confirme si la panne est sur le terrain ou dans le système de contrôle. Gardez le régulateur manuel prêt à tout moment lors du démarrage de l’oxydation.
