Controle Prático de Proporção: Oxidação de Licor Negro com Yokogawa CENTUM VP e ABB 800xA
O Problema Central: Desvio na Relação Oxigênio-Liquor
O controle de razão mantém uma proporção fixa entre duas variáveis do processo. Na oxidação do licor negro, os operadores devem adicionar oxigênio puro ao licor negro em uma razão precisa. O objetivo: reduzir as emissões de H2S e mercaptanos enquanto recupera os valores de enxofre. Se a razão se desviar, a oxidação fica incompleta ou o oxigênio é desperdiçado excessivamente.
O Yokogawa CENTUM VP gerencia esse laço com sua função Controlador Avançado de Processo (APC). O ABB 800xA usa seu Control Builder para implementar a mesma lógica em um controlador AC 800M redundante. Ambas as plataformas exigem os mesmos três componentes: um transmissor de fluxo livre, um transmissor de fluxo cativo e um bloco multiplicador que define o setpoint.
Passo 1: Configurar os Transmissores de Fluxo por Pressão Diferencial
Tanto as linhas de licor negro quanto de oxigênio usam medidores de placa orifício com transmissores de pressão diferencial. Em um sistema CENTUM VP, conecte o FT-101 (licor negro) e o FT-102 (oxigênio) à placa de entrada analógica AAI143. Ative a função de extração da raiz quadrada. Isso converte o sinal bruto de 4-20 mA em um valor linear de fluxo.
- Placa orifício: ANSI 600# de 4 polegadas com orifício de 2,5 polegadas
- Faixa do transmissor DP: 0–200 inH2O
- Faixa de fluxo: 0–1500 GPM (licor negro), 0–300 SCFM (oxigênio)
- Calibração: Aplique 4,00 mA (zero) e 20,00 mA (span) com um comunicador HART
No ABB 800xA, use a placa de entrada analógica AI810 no controlador AC 800M. Configure a função raiz quadrada no Control Builder. O módulo de comunicação serial CI853 conecta os dispositivos HART para diagnóstico remoto.
Passo 2: Construir o Multiplicador e a Lógica do Setpoint da Razão
O bloco multiplicador é o coração do controle de razão. Ele recebe o sinal de fluxo livre e o multiplica pelo coeficiente da razão R. O resultado se torna o setpoint do fluxo cativo.
Fórmula: SPO2 = Flicor × R
Onde R é tipicamente 0,15–0,25 SCFM O₂ por GPM de licor negro. Calcule R a partir da demanda estequiométrica de oxigênio. No processo de oxidação do licor negro, aproximadamente 0,18 SCFM O₂ por GPM de licor alcança 85% de eficiência de oxidação a 180°F e 15 psig.
Configure um controlador manual (HC) em paralelo com o controlador automático de razão. Os operadores usam o HC para definir um fluxo fixo de oxigênio durante a partida. Uma vez que o laço estabilize, mude para AUTO e deixe o controlador de razão acompanhar o fluxo do licor.
Defina o alarme do coeficiente da razão: ALTO = 0,30, BAIXO = 0,10. Se R se desviar além desses limites, dispare um alarme para o operador na exibição de tendência do IHM.
Passo 3: Ajustar o Controlador PID do Fluxo Cativo
A válvula de controle de oxigênio (FCV-102) deve responder rapidamente às mudanças de setpoint. Use a função de autoajuste no bloco PID do CENTUM VP. Defina o modo do controlador para PI. Parâmetros típicos de ajuste:
- Banda proporcional: 50–80%
- Tempo integral: 3–8 segundos
- Derivativo: 0 (desabilitar para laços de fluxo)
- Limite de taxa do setpoint: 5% por segundo (para evitar batidas na válvula)
Verifique o desempenho da válvula com um teste de degrau. Aumente o setpoint em 10% e registre o tempo de resposta. Critérios aceitáveis: tempo de subida abaixo de 3 segundos, overshoot abaixo de 5%, tempo de estabilização abaixo de 15 segundos.
No ABB 800xA, faça o download dos parâmetros PID para o controlador AC 800M via Control Builder. Use a função Online Change para ajustar parâmetros sem parar o processo.
Passo 4: Diagnosticar e Corrigir Falhas de Desvio da Razão
Falhas de desvio da razão se enquadram em três categorias.
- Transmissor de fluxo livre desvia para baixo: O controlador subestima o fluxo do licor, então o oxigênio fica insuficiente. A reação de oxidação fica incompleta. As leituras de H2S aumentam na chaminé de ventilação.
- Transmissor de fluxo livre desvia para cima: O controlador exige oxigênio em excesso. O consumo de oxigênio aumenta em 15–20%. O regulador de pressão do oxigênio abre com mais frequência, causando desgaste no assento da FCV-102.
- Coeficiente do multiplicador desvia devido a um registrador corrompido: Isso causa um salto súbito no setpoint. A válvula de oxigênio abre ou fecha bruscamente. Detecte isso monitorando a taxa de variação do sinal do setpoint. Se dSP/dt ultrapassar 20% por segundo, dispare um intertravamento que mantém a válvula na última posição conhecida.
Verifique o aterramento do transmissor. Um aterramento flutuante no laço 4-20 mA causa ruído aleatório no sinal. Use um calibrador de processo para injetar um sinal de 12,00 mA no terminal de entrada analógica. Verifique se o DCS lê 50% da faixa de fluxo.
Conclusão e Recomendações de Ação
O controle de razão na oxidação do licor negro requer três etapas. Primeiro, configure os transmissores DP da placa orifício com extração da raiz quadrada nas placas AAI143 (CENTUM VP) e AI810 (ABB 800xA). Segundo, construa o bloco multiplicador com uma faixa de coeficiente travada entre 0,10 e 0,30 e um controlador manual para a partida. Terceiro, ajuste o PID do fluxo cativo com PB=65%, Ti=5s e limite de taxa de 5%/s nas mudanças de setpoint.
Agende uma verificação mensal de calibração dos dois transmissores de fluxo. Use um comunicador HART para checar a saída do transmissor DP contra um manômetro de referência. Se o erro ultrapassar 1% do span, realize o ajuste de zero e span. Documente os resultados no registro de manutenção.
Quando ocorrer desvio da razão, rastreie a falha pelo transmissor, multiplicador e válvula. Um calibrador de processo nos terminais de entrada analógica confirma se a falha está no campo ou no sistema de controle. Mantenha o controlador manual pronto o tempo todo durante a partida da oxidação.
