再生氣壓縮機控制系統應用與改進

任攀，裴爽，梁蕊，黃飛飛，于姝彥，朱華峰

（1.中國石油四川石化南充煉油廠，四川南充637000；2.中國石油西南油氣田a.采氣工程研究院；b.通信公司；c.安研院計量檢測中心，四川南充637000；3.中石油新疆油田公司供水公司，新疆克拉瑪依834000）

南充煉油廠芳構化裝置的原壓縮機組由于設備落后老化、工作條件差等因素，造成檢維修難度大、檢修頻率和維護成本高等問題。該公司2011年8月利用裝置再生周期間隙對機組進行更換。新壓縮機為兩列對稱布置的一級雙作用氣缸（兩只并列）往復式活塞機組。再生氣壓縮機是芳構化裝置再生工藝中氮氣循環使用的關鍵設備，機組正常平穩運行需要一套與之相匹配的控制系統。由于再生壓縮機組在原有機房內進行更換改造，控制電纜敷設、儀表測量引線安裝受到了很大的局限，因而現場使用無紙記錄儀作為控制單元，具有投入成本少、控制方案簡單可行、儀表維護工作量少等特點。無紙記錄儀對現場數據實時監控，輸出的節點信號串入電控柜二次控制回路，實現溫度和壓力的報警與聯鎖功能，電控柜通過電纜與就地儀表柜中部的防爆操作箱相連接。防爆操作箱面板上設有相關操作指示燈，開停機操作和相關提示在操作箱面板上完成。壓縮機按照裝置再生周期投用，未達到開機條件時，操作人員無法啟動機組。

1 控制系統構成和要求

1.1 機組運行參數控制說明

壓縮機采用降壓啟動，并設有報警聯鎖系統。就地顯示和報警聯鎖保護項目見表1所列。

表1 壓縮機儀表顯示與報警聯鎖參數

續 表 1

1.2 控制系統的構成

2臺壓縮機分別使用2臺無紙記錄儀實現溫度和壓力的報警與聯鎖功能，無紙記錄儀輸出的節點信號串入電控柜二次控制回路，電控柜通過電纜與就地儀表柜中部的防爆操作箱相連接。儀電信號控制流程如圖1所示。

圖1 儀電信號控制流程

無紙記錄儀、防爆操作箱、接線箱、壓力變送器統一集成在就地儀表控制柜中。壓縮機正常運行后如果出現故障而自動停機，操作員可按下報警復位按鈕，消除報警，然后根據報警停機指示內容，排除故障后即可重新開機。值得一提的是，壓縮機正常運行時，如果外界擾動進入系統潤滑油壓，導致潤滑油壓力低報警出現而未達到聯鎖值，即油壓為0.15～0.20MPa時，潤滑油輔泵自啟動。電氣控制系統設計鑒于對機組安全考慮，認為主油泵或無紙記錄儀出現故障，因而輔泵持續運行以維持油壓，即便在防爆操作箱面板使用“輔泵停”開關也不能奏效。惟一的解決方法是停壓縮機，檢查確認無誤后重新開機。

2 無紙記錄儀控制邏輯

無紙記錄儀實現功能主要有采集現場儀表的壓力、溫度信號；實現壓力變送器配電功能；實現溫度和壓力報警聯鎖觸點輸出；參數趨勢及歷史數據存儲。現場所有溫度測點信號來自熱電阻（Pt100），壓力測點信號來自壓力變送器。當進氣溫度T102≥40℃或排氣溫度T104≥120℃時，觸點閉合，此時防爆操作箱面板上指示燈“進氣溫度高”或“排氣溫度高”亮；當供油溫度T303≥55℃或電機A相溫度T105≥110℃時，觸點閉合，此時指示燈“供油溫度高”或“主電機溫度高”亮；當進氣壓力p102≤0.15MPa時，觸點閉合；當排氣壓力p104≥0.43MPa時，觸點閉合，此時指示燈“進氣壓力低”或“排氣壓力高”亮。現場壓力變送器采用二線制信號傳輸，因而需要無紙記錄儀24V直流電源模塊供電。

對于電機B相、C相溫度（T106，T107）而言，在無紙記錄儀中實現的功能與電機A相溫度相同，其中任意溫度達到報警值或者故障值時，防爆操作箱面板上指示燈“主電機溫度高”都會亮。

當供油壓力p304≥0.35MPa時，觸點閉合，達到開機條件，防爆操作箱面板上指示燈“允許開機”亮；當p304≤0.20MPa時，觸點閉合，壓力低報警條件成立，指示燈“潤滑油壓力低”亮，此時輔泵自啟動；當p304≤0.15MPa時，觸點閉合，低壓聯鎖條件成立，機組停車，指示燈“壓縮機停”亮。

3 控制執行單元電氣原理

3.1 輔助潤油泵自啟停電氣原理

輔助潤油泵在機組安全運行策略上起著重要作用，輔泵自啟停電氣原理如圖2所示。啟動輔泵提升油壓是機組開車的前提條件，從輔泵開控制自保持電路來看，啟動按鈕SB6觸發交流接觸器KM3閉合，輔泵開始運行。當p304尚未到達0.35MPa時，一旦出現故障，人工點擊停止按鈕SB5，輔泵停止運行；當p304到達0.35MPa時，無紙記錄儀PS3－1觸點閉合，KA2繼電器勵磁，KA2常閉觸點斷開，輔泵停止運行，此時“允許開機”指示燈HL7亮。

圖2 輔泵自啟停電氣原理

機組啟動運行正常后，來自主電機交流接觸器KM的常開觸點閉合，潤滑油自啟動電氣控制回路處于等待狀態。當p304＜0.20MPa時，無紙記錄儀PS3－2觸點閉合，KA4繼電器勵磁，輔泵自停控制回路中的KA4常閉觸點斷開，確保KA2繼電器失電。輔泵自啟控制回路中的KA2常閉觸點保持閉合，KA4常開觸點閉合，完成輔泵自啟過程。由于潤滑油自啟動電氣控制回路是一個自保持電路，一旦無紙記錄儀PS3－2觸點閉合，KA4繼電器始終勵磁。這樣在輔泵開停控制回路中，KA2常閉觸點和KA4常開觸點始終閉合，輔泵持續工作。如果機組恢復正常工作狀態，欲想停輔泵的先決條件是KM常開觸點斷路，惟一的辦法是使壓縮機電機停運。

3.2 報警和聯鎖電氣原理

機組的報警和聯鎖是給操作人員提示和保護機組運行的必要措施。報警和聯鎖電氣原理如圖3所示。圖中自上而下，無紙記錄儀壓力和溫度觸點PS1，PS2和TS1～TS6在滿足條件時，報警 指示燈被點亮。

圖3 報警和聯鎖電氣原理

聯鎖停機自保持電路的關鍵點在于PS3－3觸點。在壓縮機停機電氣控制回路中取中間繼電器KA5的一個常閉觸點，KA5勵磁，則壓縮機停機。停機后，停機控制回路一直起作用。待油壓恢復正常時，按下報警復位按鈕SB7，可以消除聯鎖和報警。

4 控制系統報警聯鎖技術改進

4.1 潤滑油壓力低報警遠程指示

潤滑油壓力是確保機組安全運行的重要因素，潤滑油壓力過低容易損壞機組部件。為讓操作人員第一時間感知潤滑油壓力正在下降的趨勢，必須將壓力低報警引入DCS操作站顯示畫面。壓縮機廠家在設計時只考慮了現場潤滑油壓力低報警，沒有考慮到壓力信號分配或者遠程報警的問題。筆者認為圖2中，中間繼電器KA4與壓力低報警有密切關系。因此，取KA4上一對常開無源觸點送入控制室操作站實現預報警功能。

4.2 潤滑油壓力低聯鎖可靠性措施

聯鎖停機自保持電路的關鍵點在于PS3－3觸點是否能及時有效閉合。運用冗余的概念，在圖3報警停機控制回路中的138和139節點并聯壓力開關觸點，做到聯鎖可靠性保障。筆者選用的是機械壓力開關，壓力范圍為0.01～0.25MPa，觸點容量：Umax＝250V（AC），Imax＝5A，Pmax＝1.25× 103W，控制器設定值可調，死區小于0.01MPa。該壓力開關通過純機械形變導致微動開關動作。當壓力增加時，作用于傳感壓力元器件產生形變，并向上移動，通過欄桿彈簧等機械結構，最終啟動最上端的微動開關，使節點信號輸出。

5 結束語

再生氣壓縮機自控程度直接影響芳構化裝置再生循環效果。通過無紙記錄儀實現對機組全過程實時監控，無紙記錄儀與電氣執行單元的有機連接使得該控制系統在報警和聯鎖方面得到了較好的應用。為了進一步提高壓縮機組的安全性和可靠性，增加遠程低油壓報警和壓力聯鎖開關措施以實現控制系統的改進。機組運行兩個周期以來，控制系統工作正常。

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