http://m.casecurityhq.com 2023-09-14 11:39
一家化工制造企業(yè)需要升級(jí)其燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)和燃燒控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)更高效的自動(dòng)化操作,并減少生產(chǎn)中斷。
2021年,一家全球化的化工公司聯(lián)系了Wood工業(yè)過程自動(dòng)化團(tuán)隊(duì),需要處理一個(gè)雙芯平衡吸油式熱油加熱器,該加熱器擾亂了生產(chǎn)目標(biāo)。由原始設(shè)備制造商(OEM)提供的燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)和燃燒控制系統(tǒng)需要升級(jí)。所提供的控制裝置不允許加熱器自動(dòng)運(yùn)行,客戶只能手動(dòng)操作。因此,這家化工企司面臨著加熱器頻繁停機(jī)、無法滿足設(shè)計(jì)的熱油加熱負(fù)荷的問題。
設(shè)定控制系統(tǒng)升級(jí)目標(biāo)
該項(xiàng)目的進(jìn)度壓力很大,計(jì)劃在項(xiàng)目開始五個(gè)月后進(jìn)行更換,目標(biāo)如下:
重新設(shè)計(jì)BMS和燃燒控制裝置
調(diào)查顯示空氣/燃料和燃燒速率控制不起作用。燃燒控制必須采用新的方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì),就好像設(shè)計(jì)全新的加熱器一樣。加熱器很復(fù)雜,需要在自動(dòng)和手動(dòng)功能之間取得微妙的平衡。平衡通風(fēng)加熱器要求燃燒器自動(dòng)化,而單獨(dú)的空氣調(diào)節(jié)器必須手動(dòng)設(shè)置。
最初的設(shè)計(jì)在強(qiáng)制通風(fēng)和引風(fēng)風(fēng)機(jī)上使用風(fēng)門和變頻器控制裝置。這就產(chǎn)生了控制問題,即在試圖精確控制空氣/燃料比例時(shí),兩個(gè)基于壓力的回路彼此不一致。這最終會(huì)導(dǎo)致加熱器跳閘,從而使客戶只能手動(dòng)控制風(fēng)門。
放棄現(xiàn)有的復(fù)雜控制設(shè)計(jì)和配置,轉(zhuǎn)而使用設(shè)計(jì)模板參考庫(kù)、API 556控制說明和平衡通風(fēng)的多噴嘴加熱器控制說明。
控制設(shè)計(jì)工作分為兩種主要的復(fù)雜控制策略:(a)風(fēng)機(jī)和通風(fēng)控制,以及(b)空氣/燃料控制。根據(jù)基本的加熱器和燃燒器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),開發(fā)了新的控制模式和說明。
空氣/燃料比例對(duì)于優(yōu)化燃燒效率至關(guān)重要。空氣過多會(huì)導(dǎo)致能量損失;空氣過少會(huì)導(dǎo)致不必要的燃料浪費(fèi)。理想的空氣/燃料比例取決于運(yùn)行負(fù)載和燃燒的燃料類型。為了滿足這些要求,需要:
重新思考控制策略
一旦確定了適當(dāng)?shù)目諝?燃料比例,就可以制定相應(yīng)的控制方案,將模型轉(zhuǎn)化為可用的應(yīng)用。這并不是一個(gè)簡(jiǎn)單過程。使用主燃燒空氣和通風(fēng)控制風(fēng)門上的非線性增益位置控制策略,將風(fēng)機(jī)速度控制與燃燒空氣和氣流壓力控制解耦。這允許對(duì)風(fēng)機(jī)速度的增加和減少進(jìn)行自動(dòng)控制。采用超前/滯后控制,其中通風(fēng)壓力控制和燃燒空氣流量控制起主導(dǎo)作用,以即時(shí)控制通風(fēng)和空氣流量,變頻器則發(fā)揮滯后作用。這種控制方案使用初級(jí)回路和次級(jí)回路有效解耦。
圖:一家化工公司與Wood公司簽訂合同,升級(jí)其燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)和燃燒控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)已經(jīng)過時(shí),沒有達(dá)到所需的標(biāo)準(zhǔn)。使用Wood的設(shè)計(jì)模板標(biāo)準(zhǔn)參考庫(kù)、API 556控制說明和平衡通風(fēng)多燃燒器加熱器控制說明,有助于重新思考控制策略。
圖片來源:Wood
需要對(duì)過量空氣、氧氣和一氧化碳進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制。通過基于運(yùn)行中的燃燒器數(shù)量和停止維護(hù)的燃燒器數(shù)量的設(shè)定值,自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。由于通過這些燃燒器流入加熱器的空氣不可用于燃燒,因此必須考慮未點(diǎn)燃的燃燒器,而且要單獨(dú)進(jìn)行補(bǔ)償。
在完成控制方案后,將新應(yīng)用安裝到實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)上之前,需要驗(yàn)證新設(shè)計(jì)是否可行。
考慮到控制策略的復(fù)雜性,有必要使用離線工廠驗(yàn)收測(cè)試(FAT)軟件,以在進(jìn)場(chǎng)前驗(yàn)證和確認(rèn)所有特征、計(jì)算和控制行為。在計(jì)劃的檢修期間安裝新配置文件,實(shí)施圖形修改,在加熱器調(diào)試之前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試(SAT)和預(yù)調(diào)試檢查。
化工設(shè)施控制系統(tǒng)的安裝
在團(tuán)隊(duì)對(duì)加熱器控制功能滿意后,他們將配置轉(zhuǎn)移到化工廠。加熱器點(diǎn)火,從試點(diǎn)運(yùn)行開始,一直到低于設(shè)計(jì)的點(diǎn)火率,最終通過級(jí)聯(lián)和自動(dòng)模式下運(yùn)行的新控制策略來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)熱輸出。在分階段預(yù)熱和“斜坡和保持”啟動(dòng)過程期間,進(jìn)行了微小的調(diào)整,在整個(gè)電廠重啟和熱需求上升過程中保持級(jí)聯(lián)控制。
運(yùn)行人員花了一段時(shí)間才相信新的控制方案,因?yàn)樗麄円呀?jīng)習(xí)慣了解耦控制和頻繁的控制跳閘。讓運(yùn)行人員感到驚訝的是,他們現(xiàn)在能夠利用自動(dòng)控制將加熱器調(diào)高到以前無法實(shí)現(xiàn)的熱負(fù)荷。以前,加熱器從未能夠在級(jí)聯(lián)和自動(dòng)控制的情況下運(yùn)行所有控制。盡管面臨諸多挑戰(zhàn),該項(xiàng)目還是按計(jì)劃成功完成了。