Oran Kontrol Sistemi Arıza Teşhisi: ABB AC500 ve Yokogawa CENTUM VP ile Siyah Likör Oksidasyonu

Kraft Hamur Tesislerinde Vahşi Akış Problemi

Kraft hamur tesisleri yan ürün olarak siyah likör üretir. Bu sıvı, hidrojen sülfür ve merkaptanlar gibi uçucu kükürt bileşikleri içerir. Tesisler, kükürdü stabilize etmek ve emisyonları azaltmak için bu siyah likörü saf oksijenle okside etmelidir. Kontrol zorluğu, her zaman hassas bir oksijen-siyah likör oranını korumakta yatar.

Bu oran kontrol mimarisinde, siyah likör akışı vahşi değişken olarak görev yapar. Oksijen akışı ise kontrol edilen değişkendir. ABB AC500 ikincil kontrol döngüsünü yönetir. Yokogawa CENTUM VP operatör istasyonu oran hesaplaması ve gösterimini sağlar.

İlk olarak, vahşi akış vericisini belirleyin. Bir kraft hamur tesisinde siyah likör akış vericisi diferansiyel basınç ölçümü ile çalışır. Verici, diferansiyel basıncın kareköküyle orantılı 4-20mA sinyal gönderir. Bu sinyal Yokogawa CENTUM VP AAI141-S40 analog giriş kartı tarafından alınır.

İkinci olarak, karekök çıkarma ayarını doğrulayın. Yokogawa CENTUM VP, akış sinyalini doğrusal hale getirmek için karekök fonksiyon bloğu (ARITH-S) içerir. CENTUM VP’de fonksiyon bloğu özelliklerini açın. SQRT ENABLE parametresinin AÇIK (ON) olarak ayarlandığını kontrol edin. Karekök çıkarma etkinleştirilmezse, akış sinyali doğrusal olmaz. Kontrolör akış değişikliklerine yanlış tepki verir.

Adım Adım Arıza İzolasyon Prosedürü

Oran kontrol arızalarını izole etmek için bu 6 adımlı prosedürü izleyin:

• Adım 1: Vahşi akış vericisi okumalarını Yokogawa CENTUM VP FACEPLATE üzerinde kaydedin. PV değerini mA cinsinden ve dönüştürülmüş akış değerini GPM cinsinden not edin.
• Adım 2: Döngü kalibratör kontrolü yapın. Fluke 754 proses kalibratörünü verici terminalindeki 4-20mA döngüsüne bağlayın. 4mA sinyal enjekte edin. Yokogawa’nın %0 akış gösterdiğini doğrulayın. 20mA sinyal enjekte edin. Yokogawa’nın aralığın %100’ünü gösterdiğini doğrulayın.
• Adım 3: Çarpan bloğu yapılandırmasını kontrol edin. Yokogawa CENTUM VP BCDL fonksiyonunda çarpan bloğunu (ARITH-M) bulun. Girişleri doğrulayın: vahşi akış PV IN1’e girer. Manuel kontrolör çıkışı IN2’ye girer. Çarpan çıkışı, Modbus TCP üzerinden ABB AC500’e setpoint sağlar.
• Adım 4: Modbus TCP iletişimini doğrulayın. ABB AC500 CM577-EP Ethernet modülü ile Modbus 40001 kaydını kontrol edin. Bu kayıt Yokogawa’dan gelen oran setpoint’ini tutar. Modbus sorgusunun 100ms içinde geçerli veri döndürdüğünü onaylayın.
• Adım 5: ABB AC500 yapılandırmasını kontrol edin. Automation Builder yazılımını açın. Oksijen kontrol valfi için PID döngü yapılandırmasına gidin. PV kaynağının Modbus TCP olarak ayarlandığını doğrulayın. Modbus veri bütünlüğünü doğruladıktan sonra PID modunu OTOMATİK (AUTO) yapın.
• Adım 6: Oksijen valfi üzerinde adım testi yapın. Yokogawa CENTUM VP üzerinden setpoint’e %10’luk adım değişikliği verin. ABB AC500 PID çıkış tepkisini gözlemleyin. Karakterize edilmiş, 5 saniye seyahat süresine sahip kontrol valfi için oksijen valfi yeni konuma 15 saniye içinde ulaşmalıdır.

Verici Arıza Modları ve Güvenlik Sonuçları

Bu bölüm, siyah likör oksidasyon oran kontrol sistemindeki dört kritik arıza modunu detaylandırır.

• Vahşi akış vericisi düşük okuma yapıyor: Siyah likör akış vericisi, tıkanmış impuls hatları nedeniyle 8mA’ya (%50 aralık) düşerse, oran kontrol sistemi bunu düşük siyah likör akışı olarak algılar. Çarpan bloğu oksijen setpoint’ini buna göre azaltır. ABB AC500 PID döngüsü oksijen valfini kapatır. Oksidasyon verimi %85’in altına düşer. Kükürt bileşikleri atık akışta kararsız kalır.
• Vahşi akış vericisi yüksek okuma yapıyor: Diferansiyel basınç vericisi diyaframı açık kalırsa, sinyal 20mA’yı aşar. Oran kontrol sistemi oksijen valfini daha fazla açar. Reaksiyon kabındaki oksijen konsantrasyonu %25’in üzerine çıkar. Bu, oksijen zengin ortamda yangın ve patlama tehlikesi yaratır.
• Oksijen akış vericisi düşük arıza yapıyor: Oksijen vericisi bobin arızası nedeniyle 4mA (sıfır akış) gösterirse, ABB AC500 PID döngüsü oksijen valfini tamamen açar. Çarpan bloğu bunu düzeltemez çünkü siyah likör sinyalini doğru alır. Operatörün hemen müdahale etmesi gerekir.
• Oksijen kontrol valfi tamamen kapalı arıza yapıyor: Valf aktüatörü hava beslemesini kaybederse, ABB AC500 PID çıkışı %0’da doygunlaşır. Reaksiyon kabına oksijen girişi olmaz. Oksidasyon reaksiyonu tamamen durur. HIMA HIMatrix F-GAS sistemi 30 saniye içinde acil kapatma tetiklemelidir.

Kapalı Oksijen Döngüsü için PID Ayarı

ABB AC500 PID kontrolörü, her yapılandırma değişikliğinden sonra ayar gerektirir. Oksijen kontrol döngüsü için bu ayar sırasını izleyin.

• Adım 1: PID’yi MANUEL moda alın. Çıkışı %50’ye ayarlayın.
• Adım 2: Adım yanıt testi yapın. Çıkışı %50’den %60’a değiştirin. PV’nin son değerin %63,2’sine ulaşma süresini kaydedin. Bu açık döngü zaman sabitidir (Tau). Tipik bir oksijen kontrol valfi için Tau 8–12 saniyedir.
• Adım 3: Ziegler-Nichols yöntemiyle ilk ayar parametrelerini hesaplayın. Orantısal Bant (PB) değerini Tau’nun 3 katı bölü Ölü Zaman olarak ayarlayın. İntegral Zamanı (Ti) 2,67 kat Ölü Zaman olarak ayarlayın. Türev Zamanı (Td) sıfır olarak ayarlayın.
• Adım 4: Hesaplanan değerleri ABB AC500 PID fonksiyon bloğuna girin. İntegral terimi en son etkinleştirin. Döngüyü osilasyonlar için izleyin. Osilasyonlar 3 döngüyü aşarsa PB’yi %20 artırın.
• Adım 5: Yük altında performansı doğrulayın. Siyah likör akışını %25 değiştirin. Oksijen akış tepki süresini gözlemleyin. Hedef yerleşme süresi 45 saniye veya daha azdır. Oranın geçişler sırasında setpoint’in +/- %3’ü içinde kaldığını doğrulayın.

Sonuç ve Eylem Önerileri

Kraft hamur tesislerindeki oran kontrol sistemleri titiz arıza teşhisi ve önleyici bakım gerektirir. ABB AC500 ve Yokogawa CENTUM VP kombinasyonu sırasıyla sağlam ikincil ve birincil kontrol sağlar. Ancak mühendislerin çarpan bloğu yapılandırmasını, Modbus TCP iletişimini ve PID ayar prosedürlerini anlaması gerekir.

İlk olarak, vahşi akış vericisi sinyalinde karekök çıkarma dönüşümünü her bakım döneminde en az bir kez doğrulayın. İkinci olarak, diferansiyel basınç karşılaştırması ile impuls hatlarının tıkanıklığını her 6 ayda bir kontrol edin. Üçüncü olarak, oksijen kontrol valfi pozisyonerini doğru konumlandırmayı sağlamak için üç ayda bir kalibre edin.

Son olarak, tüm oran kontrol setpoint değişikliklerini Yokogawa CENTUM VP alarm kayıtlarında belgeleyin. Bu belgeleme, HIMA HIMatrix ile SIS entegrasyonu için IEC 61511 uyumluluğunu destekler. Bu yapılandırılmış yaklaşımı izleyen mühendisler, oksidasyon verimini %95’in üzerinde tutacak ve hamur tesisinde tehlikeli oksijen zenginleşmiş koşulları önleyecektir.