制氧機空氣壓縮機組的DCS自控及改進

林興

摘 要：應用DCS控制空氣壓縮機可以提高效率和經濟效益。文章主要介紹和分析了制氧機空氣壓縮機組的自控內容和原理，并提出了改善其停車事故頻發的改進方法。

關鍵詞：空氣壓縮機組；恒壓控制；改進方法

1 引言

空氣壓縮機有非常廣的應用層面，例如在煉鋼、煉鐵、供水等行業，作為這些行業不可缺少的氧氣供給來源，其應用量非常大。但是，低效率和高故障率的傳統空氣壓縮機組并不能滿足鋼鐵等行業迅猛發展的要求。近些年來，隨著分布式控制系統的發展，使得用DCS對空氣壓縮機組進行控制成為了可能，使用DCS對其進行控制的普及，起到了對空氣壓縮機組的改造和完善的作用，有效的提升了空壓機的自動化水平，配合更為先進調節器和傳感器，還可以對控制回路進行簡化，可以輕松實現執行邏輯功能，提高了回路調節的能力。應用DCS自控系統進行控制，除了具有很好的控制效果外，還具有較強的抗干擾能力，對工作環境要求不高，大大提升了空壓機組運行的安全穩定性，此外，其經濟效益也非常顯著。

2 自控內容和原理

2.1 基本控制

根據空氣分壓工藝的特點要求，對空壓機機組的控制可采用恒壓控制方式。此外，為了提升空氣壓縮機在運行時的穩定性，還考慮加設防喘振控制、事故聯鎖停車控制等安全保護控制。

2.2 恒壓控制

作為空氣壓縮機常用的一種控制方法，恒壓控制能在機組容量改變時，保證壓縮空氣以接近恒定壓力輸出。利用恒壓控制空氣壓縮機，其轉速在拖動電動機是不變的，主要是通過控制入口導葉的開度來實現的，而調節導葉則需要用到恒壓控制器，它的作用是在空氣壓縮機的出口處對空氣壓力進行采集，將采集到的數據作為輸入量，再比較所設定值，最后利用PID調節器將輸入量進行調節，得到的輸出量用來對入口導葉的開度進行調控。

2.3 安全保護控制

2.3.1 防喘振保護控制

空氣壓縮機喘振現象主要包括：空氣壓縮機的動力來源，即電動機的電流表和功率表有較大的波動量；空氣壓縮機劇烈振動，出口壓力升高后迅速下降，氣流伴有較大的噪聲，且其流量大幅下降，甚至有吸氣管道空氣倒流現象。

發生喘振的原因與葉片周圍氣體流量有關。當葉道氣體流量過小時，葉片的物理構造和氣流發生沖突，致使葉片凸面的氣流發生脫離正常流通軌道，造成氣體滯流，壓縮機內部壓力下降，引起氣流倒吸，產生振動，即喘振。而空氣壓縮機在運行過程中，引起葉片周圍氣體流量異常的因素主要包括以下幾方面：①壓縮機的流道堵塞，例如冷卻器結垢、過濾器堵塞。②壓縮機空氣分壓系統故障，例如換熱器閥門無法打開。③放空閥出現故障，其在需要打開時不能及時動作。

防喘振系統對于提升空氣壓縮機的安全性有很大幫助。為了抑制喘振，需要對空氣壓縮機的出口壓力和流量進行調控，其中通過對入口閥和放空閥的開度進行調節是較為有效的一種方式。防喘振貫穿空氣壓縮機機組的工作過程，當壓縮機出現喘振情況時，系統自動打開放空閥以降低出口壓力。

2.3.2 電動機過載保護

設置此保護控制的目的是防止電動機過載，電動機過載保護調節器在流經電動機的電流大于額定值時動作，并和出口壓力調節器相疊加共同作用對空氣壓縮機的入口閥開度進行調節，以達到保護電機的作用。

2.3.3 出口壓力過高保護控制

空氣壓縮機在恒壓控制下，若調節其入口閥開度仍無法令出口壓力保持在設計值附近，此時，出口壓力過高保護調節器便會和防喘振調節器共同動作，通過對放空閥開度的調節來抑制過高的出口壓力。

2.4 空壓機起動及停車聯鎖的邏輯控制

2.4.1 空氣壓縮機起動邏輯

空氣壓縮機的起動需要滿足以下條件，首先入口導葉應處在預備起動狀態，其次，防喘振閥需徹底打開，電控單元無異常，最后油溫、油壓、冷卻水流量均需滿足起動要求數值。此時，在正常情況下機旁柜中應顯示起動信號燈亮，可以起動電動機，測振儀報警將增至30s左右，若振動值成倍增趨勢，且空氣壓縮機在倍增報警時間里還處在聯鎖停車狀態，那么30s過后，系統將自動解除倍增報警。空氣壓縮機處于同步運轉時，其自動加載伴隨防喘振閥Sv1001的得電而動作。

起動空壓機之前應將油箱加熱器、輔油泵轉換開關等調至自動位置。當管道油壓無異常時，DCS將自動停止或起動油箱加熱器，以達到調節的作用。當電動機和空壓機同步后，齒輪泵動作，油壓經DCS判斷后，如若正常，操作人員方可停止輔助油泵。若供油總管壓力過低，小于要求值0.12MPa或停車時，DCS會再次起動輔助油泵。

2.4.2 空氣壓縮機停車邏輯

當發生諸如空氣壓縮機的軸振動強烈、軸位移過大、軸承溫度過高、導葉開度過小以及電動機軸承溫度異常等情況時，空氣壓縮機應立即停車。這里所說的停車指將拖動空氣壓縮機的電動機停止轉動，將防喘振閥打開到最大程度、關閉入口導葉，并起動輔助油泵等一系列動作。空氣壓縮機停車操作順序應是先使空壓機輕載，再按動空壓機氣路圖上停車按鈕。

2.4.3 空壓機的起動、恢復加載

空壓機的起動有兩種方式，一種是電控柜中起動，另一種是中控室起動。值得注意的是，對于后種方式，應該將旋鈕轉至“自動”起動檔位。

圖1所示為入口導葉控制示意圖，當電動機處于加載狀態時，入口導葉將打開至最小開度（全開度的10%），若在20s內，人口導葉的開度反饋仍未超過7%，那么空壓機便會起動聯鎖停車動作。若超過7%，那么導葉受爬坡器控制，其開度將逐漸增大，當增至最大開度時，放空電磁閥將得電動作，放空閥又在爬坡器的控制下，由最大開度逐漸關閉。如若排氣壓力接近設定值時，恒壓控制器將自動起動，自動控制入口導葉；當入口差壓很小而未能對喘振造成影響時，防喘振控制器便以串級形式投入，能夠自動控制放空閥V1006。操作人員通過對壓力設定值的更改，能夠使空壓機以額定壓力運行。此外，DCS控制中還加設了防超壓控制器PICA1006和電動機限流控制器IICA2301，在排氣壓力數值或電動機電流值在設定值以上時，PICA1006動作使放空閥打開，入口導葉開度將變小，達到卸壓或降低負載的目的。

當空壓機的排氣壓力過高、發生喘振或者預冷系統故障時，空壓機將會發生輕載。此時，放空閥將會全部打開，并且入口導葉限位也將降至0%，在消除故障后，操作人員便可利用“恢復加載”按鈕來對空壓機進行自動恢復。

3 改進方法

為使設備運轉正常，在勘查并分析放空閥的定位器故障之后，發現故障起因在于放空閥振動幅度過大，長時間振蕩必然損壞定位器，使其工作產生異常。在系統全面調研定位器產品后，發現山武分離型智能定位器AVP200在防振方面性能優良，用其作為替代產品，使用效果非常好，但是空氣壓縮機的原裝定位器由于其傳動方式的限制，使得不能直接替換分離型智能定位器，需對傳動方式進行更改，即需對安裝支架進行再設計，方可滿足工藝要求。

4 結束語

目前，多數空壓機組在控制方面仍采用傳統的過程控制方式對各個鍋爐控制回路進行控制，這種方式不但可靠性差、效率低下，而且耗能嚴重。相比之下，采用DCS對空壓機組進行控制，在很大程度上減少了設備的維護成本，提高了系統工作效率，進而達到減小能耗、提高節能效果、提高系統調節質量的目的，從而使空壓機組能夠經濟可靠地運行。

參考文獻

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