Praktyczna kontrola stosunku: utlenianie czarnego ługu z Yokogawa CENTUM VP i ABB 800xA

Główny problem: dryf stosunku tlenu do ługu

Sterowanie stosunkiem utrzymuje stałą proporcję między dwoma zmiennymi procesowymi. W utlenianiu czarnego ługu operatorzy muszą dodawać czysty tlen do czarnego ługu w precyzyjnym stosunku. Cel: zmniejszyć emisję H2S i merkaptanów przy jednoczesnym odzysku wartości siarki. Jeśli stosunek się przesunie, utlenianie pozostaje niepełne lub tlen jest marnowany nadmiernie.

Yokogawa CENTUM VP obsługuje tę pętlę za pomocą funkcji Zaawansowanego Sterownika Procesu (APC). ABB 800xA wykorzystuje Control Builder do implementacji tej samej logiki w redundantnym sterowniku AC 800M. Obie platformy wymagają tych samych trzech komponentów: nadajnika przepływu dzikiego, nadajnika przepływu uwięzionego oraz bloku mnożnika, który steruje nastawą.

Krok 1: Konfiguracja nadajników różnicy ciśnień przepływu

Linie czarnego ługu i tlenu wykorzystują przepływomierze z płytą orurową i nadajniki różnicy ciśnień. W systemie CENTUM VP podłącz FT-101 (czarny ług) i FT-102 (tlen) do karty wejścia analogowego AAI143. Włącz funkcję ekstrakcji pierwiastka kwadratowego. Konwertuje to surowy sygnał 4-20 mA na liniową wartość przepływu.

• Płyta orurowa: 4-calowa ANSI 600# z otworem 2,5 cala
• Zakres nadajnika DP: 0–200 inH2O
• Zakres przepływu: 0–1500 GPM (czarny ług), 0–300 SCFM (tlen)
• Korekta: zastosuj 4,00 mA (zero) i 20,00 mA (zakres) za pomocą komunikatora HART

W ABB 800xA użyj karty wejścia analogowego AI810 w sterowniku AC 800M. Skonfiguruj funkcję pierwiastka kwadratowego w Control Builderze. Moduł komunikacji szeregowej CI853 łączy urządzenia HART do zdalnej diagnostyki.

Krok 2: Budowa logiki mnożnika i nastawy stosunku

Blok mnożnika jest sercem sterowania stosunkiem. Pobiera sygnał przepływu dzikiego i mnoży go przez współczynnik stosunku R. Wynik staje się nastawą przepływu uwięzionego.

Wzór: SP_O2 = F_ług × R

Gdzie R zwykle wynosi 0,15–0,25 SCFM O₂ na GPM czarnego ługu. Oblicz R na podstawie stechiometrycznego zapotrzebowania na tlen. W procesie utleniania czarnego ługu około 0,18 SCFM O₂ na GPM ługu osiąga 85% wydajności utleniania przy 180°F i 15 psig.

Skonfiguruj ręczny regulator (HC) równolegle do automatycznego regulatora stosunku. Operatorzy używają HC do ustawienia stałego przepływu tlenu podczas rozruchu. Po ustabilizowaniu pętli przełącz na AUTO i pozwól regulatorowi stosunku śledzić przepływ ługu.

Ustaw alarm współczynnika stosunku: HI = 0,30, LO = 0,10. Jeśli R wyjdzie poza te granice, wywołaj alarm operatora na wyświetlaczu trendów HMI.

Krok 3: Strojenie regulatora PID przepływu uwięzionego

Zawór sterujący tlenem (FCV-102) musi szybko reagować na zmiany nastawy. Użyj funkcji automatycznego strojenia w bloku PID CENTUM VP. Ustaw tryb regulatora na PI. Typowe parametry strojenia:

• Pasmo proporcjonalne: 50–80%
• Czas całkowania: 3–8 sekund
• Różniczkowanie: 0 (wyłączone dla pętli przepływu)
• Limit szybkości zmiany nastawy: 5% na sekundę (zapobiega gwałtownemu zamknięciu zaworu)

Zweryfikuj działanie zaworu testem skokowym. Zwiększ nastawę o 10% i zanotuj czas reakcji. Kryteria akceptacji: czas narastania poniżej 3 sekund, przeregulowanie poniżej 5%, czas ustalania poniżej 15 sekund.

W ABB 800xA pobierz parametry PID do sterownika AC 800M przez Control Builder. Użyj funkcji Online Change, aby dostosować parametry bez zatrzymywania procesu.

Krok 4: Diagnostyka i korekta usterek dryfu stosunku

Usterki dryfu stosunku dzielą się na trzy kategorie.

• Dryf nadajnika przepływu dzikiego w dół: Regulator niedoszacowuje przepływ ługu, więc tlen jest niedoborowy. Reakcja utleniania staje się niepełna. Wzrost odczytów H2S w kominie wentylacyjnym.
• Dryf nadajnika przepływu dzikiego w górę: Regulator żąda nadmiaru tlenu. Zużycie tlenu wzrasta o 15–20%. Regulator ciśnienia tlenu częściej się otwiera, powodując zużycie siedziska FCV-102.
• Dryf współczynnika mnożnika z powodu uszkodzonego rejestru: Powoduje nagły skok nastawy. Zawór tlenu gwałtownie się otwiera lub zamyka. Wykryj to monitorując szybkość zmiany sygnału nastawy. Jeśli dSP/dt przekracza 20% na sekundę, wywołaj blokadę utrzymującą zawór w ostatniej znanej pozycji.

Sprawdź uziemienie nadajnika. Pływające uziemienie na pętli 4-20 mA powoduje losowe zakłócenia sygnału. Użyj kalibratora procesowego do wstrzyknięcia sygnału 12,00 mA na terminal wejścia analogowego. Zweryfikuj, czy DCS odczytuje 50% zakresu przepływu.

Podsumowanie i zalecenia

Sterowanie stosunkiem w utlenianiu czarnego ługu wymaga trzech kroków. Po pierwsze, skonfiguruj nadajniki DP z płytą orurową z ekstrakcją pierwiastka kwadratowego na kartach AAI143 (CENTUM VP) i AI810 (ABB 800xA). Po drugie, zbuduj blok mnożnika z zablokowanym zakresem współczynnika 0,10–0,30 oraz ręcznym regulatorem do rozruchu. Po trzecie, stroj regulator PID przepływu uwięzionego z PB=65%, Ti=5s i limitem szybkości zmiany nastawy 5%/s.

Planuj miesięczną weryfikację kalibracji obu nadajników przepływu. Użyj komunikatora HART do sprawdzenia wyjścia nadajnika DP względem manometru wzorcowego. Jeśli błąd przekracza 1% zakresu, wykonaj korektę zera i zakresu. Dokumentuj wyniki w dzienniku konserwacji.

W przypadku dryfu stosunku śledź usterkę przez nadajnik, mnożnik i zawór. Kalibrator procesowy na terminalach wejścia analogowego potwierdza, czy usterka jest w polu czy w systemie sterowania. Trzymaj ręczny regulator gotowy przez cały czas rozruchu utleniania.