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一家化工制造企業(yè)需要升級其燃燒器管理系統(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)過程自動化團(tuán)隊(duì)，需要處理一個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。所提供的控制裝置不允許加熱器自動運(yùn)行，客戶只能手動操作。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)目開始五個月后進(jìn)行更換，目標(biāo)如下：

• 根據(jù)現(xiàn)有的行業(yè)最佳實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)（如API 556），來評估BMS和燃燒控制的設(shè)計(jì)；
• 評估燃燒控制設(shè)計(jì)，并根據(jù)需要重新設(shè)計(jì)，以提供穩(wěn)定、自動的空燃比控制和氧氣調(diào)節(jié)，從而提供設(shè)計(jì)熱負(fù)荷；
• 制定和測試燃燒控制和BMS策略所需的升級或更換；
• 在規(guī)劃的更換中實(shí)施修改后的配置，并調(diào)試控制措施；
• 提供運(yùn)行人員和工程師培訓(xùn)，包括對加熱器的調(diào)整。

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，需要在自動和手動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化，而單獨(dú)的空氣調(diào)節(jié)器必須手動設(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，兩個基于壓力的回路彼此不一致。這最終會導(dǎo)致加熱器跳閘，從而使客戶只能手動控制風(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、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/燃料比例對于優(yōu)化燃燒效率至關(guān)重要。空氣過多會導(dǎo)致能量損失；空氣過少會導(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：

• 根據(jù)所提供的加熱器和燃燒器數(shù)據(jù)表以及燃?xì)獬煞謹(jǐn)?shù)據(jù)，對空氣/燃料和點(diǎn)火等級控制進(jìn)行燃燒工程和建模。
• 開發(fā)用于空氣/燃料和燃燒速率控制的特性曲線和計(jì)算。

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。這并不是一個簡單過程。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。這允許對風(fēng)機(jī)速度的增加和減少進(jìn)行自動控制。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回路和次級回路有效解耦。

圖：一家化工公司與Wood公司簽訂合同，升級其燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）和燃燒控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)已經(jīng)過時，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、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

需要對過量空氣、氧氣和一氧化碳進(jìn)行動態(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)收測試（FAT）軟件，以在進(jìn)場前驗(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)場驗(yàn)收測試（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，最終通過級聯(lián)和自動模式下運(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”啟動過程期間，進(jìn)行了微小的調(diào)整，在整個電廠重啟和熱需求上升過程中保持級聯(lián)控制。

運(yùn)行人員花了一段時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聯(lián)和自動控制的情況下運(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。