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)，以實現(xiàn)更高效的自動化操作，并減少生產中斷。

2021年，一家全球化的化工公司聯(lián)系了Wood工業(yè)過程自動化團隊，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目標。由原始設備制造商（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、無法滿足設計的熱油加熱負荷的問題。

設定控制系統(tǒng)升級目標

該項目的進度壓力很大，計劃在項目開始五個月后進行更換，目標如下：

• 根據現(xiàn)有的行業(yè)最佳實踐標準（如API 556），來評估BMS和燃燒控制的設計；
• 評估燃燒控制設計，并根據需要重新設計，以提供穩(wěn)定、自動的空燃比控制和氧氣調節(jié)，從而提供設計熱負荷；
• 制定和測試燃燒控制和BMS策略所需的升級或更換；
• 在規(guī)劃的更換中實施修改后的配置，并調試控制措施；
• 提供運行人員和工程師培訓，包括對加熱器的調整。

重新設計BMS和燃燒控制裝置

調查顯示空氣/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行重新設計，就好像設計全新的加熱器一樣。加熱器很復雜，需要在自動和手動功能之間取得微妙的平衡。平衡通風加熱器要求燃燒器自動化，而單獨的空氣調節(jié)器必須手動設置。

最初的設計在強制通風和引風風機上使用風門和變頻器控制裝置。這就產生了控制問題，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。這最終會導致加熱器跳閘，從而使客戶只能手動控制風門。

放棄現(xiàn)有的復雜控制設計和配置，轉而使用設計模板參考庫、API 556控制說明和平衡通風的多噴嘴加熱器控制說明。

控制設計工作分為兩種主要的復雜控制策略：（a）風機和通風控制，以及（b）空氣/燃料控制。根據基本的加熱器和燃燒器設計數據，開發(fā)了新的控制模式和說明。

空氣/燃料比例對于優(yōu)化燃燒效率至關重要。空氣過多會導致能量損失；空氣過少會導致不必要的燃料浪費。理想的空氣/燃料比例取決于運行負載和燃燒的燃料類型。為了滿足這些要求，需要：

• 根據所提供的加熱器和燃燒器數據表以及燃氣成分數據，對空氣/燃料和點火等級控制進行燃燒工程和建模。
• 開發(fā)用于空氣/燃料和燃燒速率控制的特性曲線和計算。

重新思考控制策略

一旦確定了適當的空氣/燃料比例，就可以制定相應的控制方案，將模型轉化為可用的應用。這并不是一個簡單過程。使用主燃燒空氣和通風控制風門上的非線性增益位置控制策略，將風機速度控制與燃燒空氣和氣流壓力控制解耦。這允許對風機速度的增加和減少進行自動控制。采用超前/滯后控制，其中通風壓力控制和燃燒空氣流量控制起主導作用，以即時控制通風和空氣流量，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)已經過時，沒有達到所需的標準。使用Wood的設計模板標準參考庫、API 556控制說明和平衡通風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、氧氣和一氧化碳進行動態(tài)補償控制。通過基于運行中的燃燒器數量和停止維護的燃燒器數量的設定值，自適應實現(xiàn)動態(tài)補償。由于通過這些燃燒器流入加熱器的空氣不可用于燃燒，因此必須考慮未點燃的燃燒器，而且要單獨進行補償。

在完成控制方案后，將新應用安裝到實時控制系統(tǒng)上之前，需要驗證新設計是否可行。

考慮到控制策略的復雜性，有必要使用離線工廠驗收測試（FAT）軟件，以在進場前驗證和確認所有特征、計算和控制行為。在計劃的檢修期間安裝新配置文件，實施圖形修改，在加熱器調試之前進行現(xiàn)場驗收測試（SAT）和預調試檢查。

化工設施控制系統(tǒng)的安裝

在團隊對加熱器控制功能滿意后，他們將配置轉移到化工廠。加熱器點火，從試點運行開始，一直到低于設計的點火率，最終通過級聯(lián)和自動模式下運行的新控制策略來實現(xiàn)設計熱輸出。在分階段預熱和“斜坡和保持”啟動過程期間，進行了微小的調整，在整個電廠重啟和熱需求上升過程中保持級聯(lián)控制。

運行人員花了一段時間才相信新的控制方案，因為他們已經習慣了解耦控制和頻繁的控制跳閘。讓運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高到以前無法實現(xiàn)的熱負荷。以前，加熱器從未能夠在級聯(lián)和自動控制的情況下運行所有控制。盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，該項目還是按計劃成功完成了。