Controllo Pratico del Rapporto: Ossidazione della Liscivia Nera con Yokogawa CENTUM VP e ABB 800xA
Il Problema Principale: Deriva del Rapporto Ossigeno-Liquido
Il controllo del rapporto mantiene una proporzione fissa tra due variabili di processo. Nell’ossidazione della lisciva nera, gli operatori devono aggiungere ossigeno puro alla lisciva nera con un rapporto preciso. L’obiettivo: ridurre le emissioni di H2S e mercaptani recuperando i valori di zolfo. Se il rapporto devia, l’ossidazione rimane incompleta oppure si spreca ossigeno in eccesso.
Yokogawa CENTUM VP gestisce questo ciclo con la sua funzione Advanced Process Controller (APC). ABB 800xA utilizza Control Builder per implementare la stessa logica in un controllore AC 800M ridondante. Entrambe le piattaforme richiedono gli stessi tre componenti: un trasmettitore di portata “wild”, un trasmettitore di portata “captive” e un blocco moltiplicatore che guida il setpoint.
Passo 1: Configurare i Trasmettitori di Portata a Pressione Differenziale
Sia la linea della lisciva nera che quella dell’ossigeno utilizzano misuratori a piastra orifizio con trasmettitori di pressione differenziale. In un sistema CENTUM VP, collegare FT-101 (lisciva nera) e FT-102 (ossigeno) alla scheda di ingresso analogico AAI143. Abilitare la funzione di estrazione della radice quadrata. Questo converte il segnale grezzo 4-20 mA in un valore di portata lineare.
- Piastra orifizio: ANSI 600# da 4 pollici con foro da 2,5 pollici
- Campo del trasmettitore DP: 0–200 inH2O
- Campo di portata: 0–1500 GPM (lisciva nera), 0–300 SCFM (ossigeno)
- Taratura: applicare 4,00 mA (zero) e 20,00 mA (span) con un comunicatore HART
In ABB 800xA, utilizzare la scheda di ingresso analogico AI810 nel controllore AC 800M. Configurare la funzione radice quadrata in Control Builder. Il modulo di comunicazione seriale CI853 collega i dispositivi HART per la diagnostica remota.
Passo 2: Costruire la Logica del Moltiplicatore e del Setpoint del Rapporto
Il blocco moltiplicatore è il cuore del controllo del rapporto. Prende il segnale di portata “wild” e lo moltiplica per il coefficiente di rapporto R. Il risultato diventa il setpoint della portata “captive”.
Formula: SPO2 = Fliquido × R
Dove R è tipicamente 0,15–0,25 SCFM O₂ per GPM di lisciva nera. Calcolare R dalla domanda stechiometrica di ossigeno. Nel processo di ossidazione della lisciva nera, circa 0,18 SCFM O₂ per GPM di lisciva raggiunge un’efficienza di ossidazione dell’85% a 180°F e 15 psig.
Configurare un controllore manuale (HC) in parallelo con il controllore automatico del rapporto. Gli operatori usano HC per impostare un flusso d’ossigeno fisso durante l’avvio. Una volta stabilizzato il ciclo, passare ad AUTO e lasciare che il controllore del rapporto segua la portata della lisciva.
Impostare l’allarme del coefficiente di rapporto: HI = 0,30, LO = 0,10. Se R devia oltre questi limiti, attivare un allarme operatore nel display di tendenza HMI.
Passo 3: Tarare il Controllore PID della Portata “Captive”
La valvola di controllo dell’ossigeno (FCV-102) deve rispondere rapidamente ai cambiamenti del setpoint. Usare la funzione di auto-tuning nel blocco PID di CENTUM VP. Impostare la modalità del controllore su PI. Parametri di taratura tipici:
- Banda proporzionale: 50–80%
- Tempo integrale: 3–8 secondi
- Derivativo: 0 (disabilitato per cicli di portata)
- Limite di variazione del setpoint: 5% al secondo (per evitare colpi di valvola)
Verificare le prestazioni della valvola con un test a gradino. Modificare il setpoint del 10% e registrare il tempo di risposta. Criteri accettabili: tempo di salita inferiore a 3 secondi, sovraelongazione sotto il 5%, tempo di assestamento inferiore a 15 secondi.
In ABB 800xA, scaricare i parametri PID nel controllore AC 800M tramite Control Builder. Usare la funzione Online Change per regolare i parametri senza fermare il processo.
Passo 4: Diagnosticare e Correggere i Guasti da Deriva del Rapporto
I guasti da deriva del rapporto rientrano in tre categorie.
- Il trasmettitore di portata “wild” devia verso il basso: Il controllore sottostima la portata della lisciva, quindi l’ossigeno è insufficiente. La reazione di ossidazione diventa incompleta. Le letture di H2S aumentano nella ciminiera di sfiato.
- Il trasmettitore di portata “wild” devia verso l’alto: Il controllore richiede ossigeno in eccesso. Il consumo di ossigeno aumenta del 15–20%. Il regolatore di pressione dell’ossigeno si apre più frequentemente, causando usura sul sedile della FCV-102.
- Il coefficiente del moltiplicatore devia a causa di un registro corrotto: Questo provoca un salto improvviso del setpoint. La valvola dell’ossigeno si apre o si chiude bruscamente. Rilevare questo monitorando la velocità di variazione del segnale setpoint. Se dSP/dt supera il 20% al secondo, attivare un interblocco che blocca la valvola nella sua ultima posizione nota.
Controllare la messa a terra del trasmettitore. Una massa flottante sul loop 4-20 mA causa rumore casuale del segnale. Usare un calibratore di processo per iniettare un segnale da 12,00 mA al terminale di ingresso analogico. Verificare che il DCS legga il 50% del campo di portata.
Conclusione e Consigli Operativi
Il controllo del rapporto nell’ossidazione della lisciva nera richiede tre passaggi. Primo, configurare i trasmettitori DP a piastra orifizio con estrazione della radice quadrata sia sulla scheda AAI143 (CENTUM VP) sia sulla scheda AI810 (ABB 800xA). Secondo, costruire il blocco moltiplicatore con un intervallo di coefficiente bloccato tra 0,10 e 0,30 e un controllore manuale per l’avvio. Terzo, tarare il PID della portata “captive” con PB=65%, Ti=5s e un limite di variazione del setpoint del 5%/sec.
Programmare una verifica di taratura mensile di entrambi i trasmettitori di portata. Usare un comunicatore HART per controllare l’uscita del trasmettitore DP rispetto a un manometro di riferimento. Se l’errore supera l’1% del campo, eseguire una regolazione di zero e span. Documentare i risultati nel registro di manutenzione.
Quando si verifica una deriva del rapporto, tracciare il guasto attraverso trasmettitore, moltiplicatore e valvola. Un calibratore di processo ai terminali di ingresso analogico conferma se il guasto è sul campo o nel sistema di controllo. Tenere sempre pronto il controllore manuale durante l’avvio dell’ossidazione.
