Kontrol Rasio Praktis: Oksidasi Black Liquor dengan Yokogawa CENTUM VP dan ABB 800xA

Masalah Utama: Perubahan Rasio Oksigen ke Cairan Hitam

Kontrol rasio menjaga proporsi tetap antara dua variabel proses. Dalam oksidasi cairan hitam, operator harus menambahkan oksigen murni ke cairan hitam dengan rasio yang tepat. Tujuannya: mengurangi emisi H2S dan merkaptan sekaligus memulihkan nilai sulfur. Jika rasio berubah, oksidasi menjadi tidak lengkap atau oksigen terbuang secara berlebihan.

Yokogawa CENTUM VP menangani loop ini dengan fungsi Advanced Process Controller (APC). ABB 800xA menggunakan Control Builder untuk menerapkan logika yang sama pada kontroler AC 800M redundan. Kedua platform memerlukan tiga komponen yang sama: transmitter aliran liar, transmitter aliran tertutup, dan blok pengali yang menggerakkan setpoint.

Langkah 1: Konfigurasikan Transmitter Aliran Tekanan Diferensial

Baik saluran cairan hitam maupun oksigen menggunakan meter pelat orifis dengan transmitter tekanan diferensial. Dalam sistem CENTUM VP, hubungkan FT-101 (cairan hitam) dan FT-102 (oksigen) ke kartu input analog AAI143. Aktifkan fungsi ekstraksi akar kuadrat. Ini mengubah sinyal 4-20 mA mentah menjadi nilai aliran linier.

• Pelat orifis: ANSI 600# 4 inci dengan lubang 2,5 inci
• Rentang transmitter DP: 0–200 inH2O
• Rentang aliran: 0–1500 GPM (cairan hitam), 0–300 SCFM (oksigen)
• Kalibrasi: Terapkan 4,00 mA (nol) dan 20,00 mA (span) dengan komunikator HART

Di ABB 800xA, gunakan kartu input analog AI810 pada kontroler AC 800M. Konfigurasikan fungsi akar kuadrat di Control Builder. Modul komunikasi serial CI853 menghubungkan perangkat HART untuk diagnostik jarak jauh.

Langkah 2: Bangun Logika Pengali dan Setpoint Rasio

Blok pengali adalah inti dari kontrol rasio. Ia mengambil sinyal aliran liar dan mengalikannya dengan koefisien rasio R. Hasilnya menjadi setpoint aliran tertutup.

Rumus: SP_O2 = F_liquor × R

Di mana R biasanya 0,15–0,25 SCFM O₂ per GPM cairan hitam. Hitung R dari kebutuhan oksigen stoikiometrik. Dalam proses oksidasi cairan hitam, sekitar 0,18 SCFM O₂ per GPM cairan mencapai efisiensi oksidasi 85% pada 180°F dan 15 psig.

Konfigurasikan pengendali manual (HC) paralel dengan pengendali rasio otomatis. Operator menggunakan HC untuk mengatur aliran oksigen tetap saat startup. Setelah loop stabil, beralih ke AUTO dan biarkan pengendali rasio mengikuti aliran cairan.

Atur alarm koefisien rasio: HI = 0,30, LO = 0,10. Jika R berubah melewati batas ini, aktifkan alarm operator di tampilan tren HMI.

Langkah 3: Setel Pengendali PID Aliran Tertutup

Katup kontrol oksigen (FCV-102) harus merespons cepat terhadap perubahan setpoint. Gunakan fungsi auto-tune pada blok PID CENTUM VP. Atur mode pengendali ke PI. Parameter penyetelan tipikal:

• Band proporsional: 50–80%
• Waktu integral: 3–8 detik
• Derivatif: 0 (nonaktifkan untuk loop aliran)
• Batas laju setpoint: 5% per detik (mencegah benturan katup)

Verifikasi performa katup dengan uji langkah. Ubah setpoint sebesar 10% dan catat waktu respons. Kriteria yang diterima: waktu naik kurang dari 3 detik, overshoot di bawah 5%, waktu stabilisasi kurang dari 15 detik.

Di ABB 800xA, unduh parameter PID ke kontroler AC 800M melalui Control Builder. Gunakan fungsi Online Change untuk menyesuaikan parameter tanpa menghentikan proses.

Langkah 4: Diagnosa dan Perbaiki Kesalahan Perubahan Rasio

Kesalahan perubahan rasio terbagi menjadi tiga kategori.

• Transmitter aliran liar turun: Pengendali meremehkan aliran cairan, sehingga oksigen kurang. Reaksi oksidasi menjadi tidak lengkap. Bacaan H2S naik di cerobong ventilasi.
• Transmitter aliran liar naik: Pengendali meminta oksigen berlebih. Konsumsi oksigen naik 15–20%. Regulator tekanan oksigen membuka lebih sering, menyebabkan keausan pada dudukan FCV-102.
• Koefisien pengali berubah karena register rusak: Ini menyebabkan lonjakan setpoint tiba-tiba. Katup oksigen membuka atau menutup secara mendadak. Deteksi ini dengan memantau laju perubahan sinyal setpoint. Jika dSP/dt melebihi 20% per detik, aktifkan interlock yang menahan katup pada posisi terakhir yang diketahui.

Periksa grounding transmitter. Grounding mengambang pada loop 4-20 mA menyebabkan noise sinyal acak. Gunakan kalibrator proses untuk menyuntikkan sinyal 12,00 mA pada terminal input analog. Verifikasi DCS membaca 50% dari rentang aliran.

Kesimpulan dan Saran Tindakan

Kontrol rasio dalam oksidasi cairan hitam memerlukan tiga langkah. Pertama, konfigurasikan transmitter DP pelat orifis dengan ekstraksi akar kuadrat pada kartu AAI143 (CENTUM VP) dan AI810 (ABB 800xA). Kedua, bangun blok pengali dengan rentang koefisien terkunci 0,10–0,30 dan pengendali manual untuk startup. Ketiga, setel PID aliran tertutup dengan PB=65%, Ti=5s, dan batas laju 5%/detik pada perubahan setpoint.

Jadwalkan verifikasi kalibrasi bulanan untuk kedua transmitter aliran. Gunakan komunikator HART untuk memeriksa output transmitter DP terhadap manometer referensi. Jika kesalahan melebihi 1% dari span, lakukan penyesuaian nol dan span. Dokumentasikan hasilnya dalam log pemeliharaan.

Saat terjadi perubahan rasio, telusuri kesalahan melalui transmitter, pengali, dan katup. Kalibrator proses pada terminal input analog memastikan apakah kesalahan ada di lapangan atau sistem kontrol. Siapkan pengendali manual setiap saat selama startup oksidasi.