增强化工公司控制系统的可靠性、性能

系统集成洞察

• 对任何公司来说，重新设计控制系统都是一项挑战，系统集成商经常进入一些项目，这些项目涉及过时的技术，尽管这些技术可能具有功能性，但与当今的最佳技术相去甚远。
• 在这种情况下，主要的重点是检修燃烧器管理系统(BMS)和燃烧控制系统，这对化工公司的生产力有很大的影响。
• 系统集成商可以帮助改善公司的运营，使其更加自动化，但主要的挑战是跟上这些变化，积极主动，而不是被动地进行维护和自动化维修和升级。

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2021年，一家全球化学公司找到Wood的工业过程自动化团队，解决双单元平衡通风热油加热器的问题，该加热器扰乱了生产目标。由原始设备制造商(OEM)提供的燃烧器管理系统(BMS)和燃烧控制系统需要升级。提供的控制不允许加热器自动操作，让客户只能手动操作。因此，该化工公司面临着频繁的加热器跳闸和无法满足设计热油加热职责的问题。

创建控制系统升级项目目标

由于计划在项目开始后5个月进行周转，进度压力很大，其目标如下:

• 相对于已建立的行业最佳实践标准(如API 556)，评估BMS和燃烧控制的设计。
• 评估燃烧控制设计，并根据需要重新设计，以提供稳定、自动的空气/燃料比控制和氧气调节，以提供设计热负荷。
• 开发和测试燃烧控制和BMS策略所需的修订或替换。
• 在计划的周转中实现修改后的配置并调试控件。
• 提供操作员和工程师培训，包括加热器调试。

重新设计BMS和燃烧控制

调查确定空气/燃料和射速控制失灵。燃烧控制必须采取“新的设计方法”，完全重新设计，就像一个新的加热器设计一样。加热器很复杂，需要在自动化和手动功能之间取得微妙的平衡。平衡通风加热器要求燃烧器自动化，而单独的空气寄存器必须手动设置。原始设计在强制通风(FD)和诱导通风(ID)风扇上使用了阻尼器和变频驱动器(VFD)控制。这就产生了一个控制问题，在试图准确控制空气/燃料比时，两个基于压力的回路彼此不一致。这最终会导致加热器跳闸，挑战客户在手动控制下专门操作阻尼器。

现有的复杂控制设计和配置被放弃，转而使用设计模板参考库、API 556控制叙述和平衡通风多燃烧器加热器控制叙述。

控制设计工作分为两个主要的复杂控制策略:(a)风扇和通风控制和(b)空气/燃料控制。基于基础加热器和燃烧器设计数据，开发了新的控制方案和叙述。

空气/燃料比是优化燃烧效率的关键。过多的空气导致能量损失;空气太少会导致不必要的燃料浪费。理想的空气/燃料比取决于操作负荷和燃烧的燃料类型。为满足这些需要:

• 基于提供的加热器和燃烧器数据表以及燃料气体成分数据，对空气/燃料和燃烧速率控制进行了燃烧工程和建模

• 特性曲线和计算被开发用于空气/燃料和发射速率控制。

重新思考控制策略

一旦确定了适当的空气/燃料比计算，就会制定控制方案，将模型转化为可用的应用程序。这不是简单的努力。在一次燃烧空气和通风控制阻尼器上采用非线性增益位置控制策略，将风扇转速控制与燃烧空气和通风压力控制解耦。这样就可以自动控制风扇转速的增减。采用先导/滞后控制，通风压力控制和燃烧气流控制作为先导，提供通风和气流的瞬时控制，vfd起滞后作用。该控制方案有效地解耦了主回路和二次回路。

动态补偿控制过量空气，O₂需要CO。这是通过根据运行中的燃烧器数量和退出服务进行维护的燃烧器数量进行设定值调整来实现的。必须考虑未点燃的燃烧器，但单独补偿，因为通过这些燃烧器流入加热器的空气不能用于燃烧。

在完成控制后，在将新应用程序安装到现场控制系统上之前，要验证新设计的可操作性。

考虑到控制策略的复杂性，在现场动员之前，需要一个离线工厂验收测试(FAT)软件来验证和验证所有的特征、计算和控制行为。新的配置文件和图形修改是在计划的周转期间安装的，在加热器调试之前进行了现场验收测试(SAT)和预调试检查。

化工设施控制系统安装

在团队对加热器控制功能感到满意后，他们将配置转移到化学公司的设施。加热器被点燃，从纯先导操作，通过低于设计的熄火速率，最终设计热量输出与新的控制策略在级联和自动模式下运行。在分阶段预热和“倾斜和保持”过程启动期间进行了微小的调整和调整，在整个工厂重启和热量需求上升过程中保持控制级联。

操作人员花了一段时间才相信新的控制方案，因为他们已经习惯了不需要人工干预的分离控制和频繁的控制起下钻。操作人员惊讶地发现，他们现在能够利用自动控制将加热器调到以前无法实现的热负荷。加热器以前从未能够在所有控制级联和自动的情况下运行。

尽管挑战重重，项目还是如期顺利完成。

布拉德Bonnette技术总监是干什么的木的应用智能。伍德是CFE媒体和技术内容合作伙伴。由Chris Vavra编辑，web内容经理，CFE媒体和技术，cvavra@cfemedia.com．

关键词:燃烧器管理系统，化工制造

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