Pratik Oran Kontrolü: Yokogawa CENTUM VP ve ABB 800xA ile Siyah Likör Oksidasyonu

Temel Sorun: Oksijen-Sıvı Oranı Kayması

Oran kontrolü, iki proses değişkeni arasında sabit bir oranı korur. Siyah likör oksidasyonunda, operatörler siyah liköre belirli bir oranda saf oksijen eklemelidir. Amaç: H2S ve merkaptan emisyonlarını azaltmak ve kükürt değerlerini geri kazanmaktır. Oran kayarsa, ya oksidasyon tamamlanmaz ya da oksijen gereksiz yere israf edilir.

Yokogawa CENTUM VP, bu döngüyü Gelişmiş Proses Kontrolörü (APC) fonksiyonu ile yönetir. ABB 800xA ise aynı mantığı yedekli AC 800M kontrolöründe Control Builder kullanarak uygular. Her iki platform da aynı üç bileşeni gerektirir: bir wild akış vericisi, bir captive akış vericisi ve setpoint’i yöneten bir çarpan bloğu.

Adım 1: Diferansiyel Basınç Akış Vericilerini Yapılandırma

Hem siyah likör hem de oksijen hatları, diferansiyel basınç vericili orifis plakası sayaçları kullanır. Bir CENTUM VP sisteminde, FT-101 (siyah likör) ve FT-102 (oksijen) AAI143 analog giriş kartına bağlanır. Kare kök çıkarma fonksiyonu etkinleştirilir. Bu, ham 4-20 mA sinyalini lineer akış değerine dönüştürür.

• Orifis plakası: 2,5 inç çaplı 4 inç ANSI 600#
• DP verici aralığı: 0–200 inH2O
• Akış aralığı: 0–1500 GPM (siyah likör), 0–300 SCFM (oksijen)
• Kalibrasyon: HART iletişim cihazı ile 4,00 mA (sıfır) ve 20,00 mA (aralık) uygulanır

ABB 800xA’da, AC 800M kontrolöründe AI810 analog giriş kartı kullanılır. Kare kök fonksiyonu Control Builder’da yapılandırılır. CI853 seri iletişim modülü, HART cihazlarını uzaktan teşhis için bağlar.

Adım 2: Çarpan ve Oran Setpoint Mantığını Oluşturma

Çarpan bloğu, oran kontrolünün kalbidir. Wild akış sinyalini alır ve oran katsayısı R ile çarpar. Sonuç captive akış setpoint’i olur.

Formül: SP_O2 = F_likör × R

Burada R genellikle siyah likör başına 0,15–0,25 SCFM O₂ aralığındadır. R, stokiyometrik oksijen talebinden hesaplanır. Siyah likör oksidasyon sürecinde, yaklaşık 0,18 SCFM O₂/GPM likör, 180°F ve 15 psig’de %85 oksidasyon verimliliği sağlar.

Otomatik oran kontrolörü ile paralel olarak manuel bir kontrolör (HC) yapılandırılır. Operatörler, başlatma sırasında sabit oksijen akışını HC ile ayarlar. Döngü stabil hale gelince AUTO’ya geçilir ve oran kontrolörü likör akışını takip eder.

Oran katsayısı alarmı ayarlanır: YÜKSEK = 0,30, DÜŞÜK = 0,10. R bu sınırların dışına çıkarsa, HMI trend ekranında operatör alarmı tetiklenir.

Adım 3: Captive Akış PID Kontrolörünü Ayarlama

Oksijen kontrol vanası (FCV-102), setpoint değişikliklerine hızlı yanıt vermelidir. CENTUM VP’nin PID bloğundaki otomatik ayar fonksiyonu kullanılır. Kontrolör modu PI olarak ayarlanır. Tipik ayar parametreleri:

• Orantısal bant: %50–80
• İntegral zaman: 3–8 saniye
• Türev: 0 (akış döngüleri için devre dışı)
• Setpoint değişim hızı limiti: saniyede %5 (vana çarpmasını önler)

Vana performansı adım testi ile doğrulanır. Setpoint %10 artırılır ve tepki süresi kaydedilir. Kabul kriterleri: yükselme süresi 3 saniyenin altında, aşım %5’in altında, yerleşme süresi 15 saniyenin altında olmalıdır.

ABB 800xA’da, PID parametreleri Control Builder aracılığıyla AC 800M kontrolörüne indirilir. Online Change fonksiyonu ile proses durdurulmadan parametreler ayarlanabilir.

Adım 4: Oran Kayması Arızalarını Teşhis ve Düzeltme

Oran kayması arızaları üç kategoriye ayrılır.

• Wild akış vericisi düşük sapma yaparsa: Kontrolör likör akışını düşük tahmin eder, oksijen yetersiz kalır. Oksidasyon reaksiyonu tamamlanmaz. H2S değerleri baca yığınında yükselir.
• Wild akış vericisi yüksek sapma yaparsa: Kontrolör gereğinden fazla oksijen talep eder. Oksijen tüketimi %15–20 artar. Oksijen basınç regülatörü daha sık açılır, bu da FCV-102 oturma yüzeyinde aşınmaya neden olur.
• Çarpan katsayısı bozuk bir kayıt nedeniyle saparsa: Bu ani setpoint sıçramasına yol açar. Oksijen vanası aniden açılır veya tamamen kapanır. Setpoint sinyalinin değişim hızını izleyerek tespit edilir. dSP/dt saniyede %20’yi aşarsa, vana son bilinen pozisyonda kilitlenir.

Vericinin topraklamasını kontrol edin. 4-20 mA döngüsünde yüzen toprak, rastgele sinyal gürültüsüne neden olur. Bir proses kalibratörü kullanarak analog giriş terminaline 12,00 mA sinyal enjekte edin. DCS’nin akış aralığının %50’sini okuduğunu doğrulayın.

Sonuç ve Eylem Önerileri

Siyah likör oksidasyonunda oran kontrolü üç adımdan oluşur. İlk olarak, her iki AAI143 (CENTUM VP) ve AI810 (ABB 800xA) kartında kare kök çıkarma ile orifis plakası DP vericileri yapılandırılır. İkinci olarak, 0,10–0,30 aralığında kilitli katsayı ile çarpan bloğu ve başlatma için manuel kontrolör oluşturulur. Üçüncü olarak, captive akış PID’si PB=65%, Ti=5s ve setpoint değişimlerinde saniyede %5 hız limiti ile ayarlanır.

Her iki akış vericisinin aylık kalibrasyon doğrulaması planlanmalıdır. HART iletişim cihazı ile DP vericisinin çıkışı referans manometreye karşı kontrol edilir. Hata aralığın %1’ini aşarsa, sıfır ve aralık ayarı yapılır. Sonuçlar bakım defterine kaydedilir.

Oran kayması oluştuğunda, arıza verici, çarpan ve vana üzerinden izlenir. Analog giriş terminallerinde bir proses kalibratörü, arızanın sahada mı yoksa kontrol sisteminde mi olduğunu doğrular. Oksidasyon başlatılırken manuel kontrolör her zaman hazır tutulmalıdır.