氨氣壓縮機控制方案在DCS中的實現

牛冠博

(中石化上海石油化工有限公司 煉油事業部，上海　200540)

?

氨氣壓縮機控制方案在DCS中的實現

牛冠博

(中石化上海石油化工有限公司 煉油事業部，上海200540)

稿件收到日期： 2015-04-07，修改稿收到日期： 2015-06-26。

上海石油化工股份有限公司的130 t/h酸性水汽提裝置中，酸性水經過汽提產生純度較高的氨氣，再經過精制、壓縮、冷凝成液氨，因原有2臺往復式壓縮機使用時間較長，故障率偏高、泄漏點多、現場異味較重。2012年該裝置新配置1臺螺桿式氨氣壓縮機，原往復式壓縮機作為備用。

新配置的螺桿氨氣壓縮機未采用廠家配套提供的PLC控制方案，而是根據廠家提供的PLC控制邏輯圖，將原來獨立設置的PLC控制系統移植到裝置DCS中組態實現，充分利用了已有的DCS資源，使得氨氣壓縮機的操作及控制程序調試、運行、監控更加直觀，分析問題更加方便。

1氨氣壓縮機系統構成及技術特點

氨氣壓縮機系統由螺桿壓縮機組、入口氣液分離器、冷凝器、氨液儲器等組成，其輔助設備包括主電動機、油分離器、油冷卻器、油路系統、電氣儀表等。

氨氣壓縮機的技術特點： 通過電磁閥控制油路系統，驅動滑閥在螺桿的軸向移動，改變螺桿的有效軸向工作長度，使能級(負荷)在15%～100%連續無極調節，具有很好的節能效果；驅動滑閥使內容積比可調，工況變化對機組運行狀態的影響很小；氨氣壓縮機僅在開機前由油泵提供預潤滑，氨氣壓縮機壓差建立后，油泵停止運行，潤滑油在壓差作用下自動經過冷卻后為機身、軸承供油，并在壓差不足時自動啟動油泵，保證氨氣壓縮機組油路系統正常。

2能級(負荷)控制方案

結合廠家提供的控制方案圖，制訂了能級(負荷)控制方案，如圖1所示。氨氣壓縮機運行后，每隔15 s檢測一次Δp(即吸氣壓力實際值與設定值間的偏差)，對此方案的作用過程分析說明如下：

1) -0．01 MPa<Δp<0．01 MPa時，氨氣壓縮機保持運行狀態，每隔15s重新檢測Δp。

2) Δp<-0．01MPa且能級(負荷)大于99%時，說明系統氣量偏大，氨氣壓縮機已經滿負荷運行，無法達到設定的吸氣壓力，只能保持目前的運行狀態；當能級(負荷)小于99%時，控制能級(負荷)加載電磁閥得電，氨氣壓縮機加載。

3) Δp>0．01MPa且能級(負荷)大于15%時，控制能級(負荷)減載電磁閥得電，氨氣壓縮機減載；當能級(負荷)小于15%時，說明氨氣壓縮機入口氣量偏低，氨氣壓縮機長時間運轉將比較危險，運轉一定時間后系統發出停機命令，機組將自動停機。

4) 氨氣壓縮機經過加載或減載后，如果Δp的絕對值不超過0．01MPa，每隔15s重新檢測Δp；如果吸氣壓力實際值與設定值偏差的絕對值超過0．01 MPa，則間隔2 s進行第2步加載或進行第3步減載。

圖1　能級(負荷)控制方案示意

3內容積的控制方案

除了能級(負荷)調節，該氨氣壓縮機還能夠通過內容積的控制調節，使工況變化對機組運行狀態的影響很小，使氨氣壓縮機更平穩地運行。內容積的控制方案如圖2所示，氨氣壓縮機運行后，能級(負荷)大于95%，每隔15 min檢測一次ΔF(即內壓比偏差)，能級(負荷)小于95%，則不做調整。

1) -0．3<ΔF<0．3時，滑閥保持，待15 min后重新檢測ΔF。

2) ΔF<-0．3時，控制內容積減載電磁閥得電，內容積減載，之后再控制能級(負荷)加載電磁閥得電，氨氣壓縮機加載。

圖2　內容積控制方案示意

3) ΔF>0．3時，控制能級(負荷)減載電磁閥得電，氨氣壓縮機減載，再控制內容積加載電磁閥得電，內容積加載，最后控制能級(負荷)加載電磁閥得電，氨氣壓縮機加載。

4) 氨氣壓縮機經過內容積加載或減載后，如果ΔF的絕對值不超過0．3，每隔15 min重新檢測ΔF；如果超過0．3，則繼續進行第2步內容積加載或進行第3步內容積減載。

4油壓差控制方案

氨氣螺桿式壓縮機運轉中的供油量直接影響壓縮機與轉子之間的密封，油量過多將導致轉子攪油功率增加，功耗增大；油量過少則會使密封作用降低，排氣溫度升高，因而需要一個穩定的供油方案。建立氨氣壓縮機壓差，機組運行后，油泵可手動停止運行，潤滑油在壓差作用下自動經過冷卻后為機身、軸承供油，并在壓差不足時，自動啟動油泵，保證氨氣壓縮機組油路系統正常，在壓差過大時，1 min后自動停止油泵。在開機時必須保證具備一定的壓差，且主機為停機狀態，油壓差控制方案如圖3所示。

圖3　油壓差控制方案示意

1) 當氨氣壓縮機組運行時，判斷Δp′(即排氣壓力與吸氣壓力的差值)是否大于0．45MPa，如Δp′>0．45 MPa，氨氣壓縮機此時的潤滑供油過大，不需要開啟輔助油泵，在1min后，停止輔助油泵的運行，并繼續檢測Δp′是否大于0．45 MPa；如Δp′<0．45 MPa，則進行下一步判斷。

2) 繼續進行判斷Δp′是否小于0．35 MPa，如Δp′>0．35 MPa，氨氣壓縮機此時的潤滑供油正常，不需要進行其他操作，返回繼續檢測Δp′；如Δp′<0．35 MPa，氨氣壓縮機此時的潤滑供油偏小，需要對油泵的運行狀態進行判斷，如輔助油泵為停止的，則開啟輔助油泵，并返回繼續檢測Δp′；如輔助油泵為開啟的，返回繼續檢測Δp′。

5DCS實現氨氣壓縮機控制的優點

1) 人機界面清晰直觀。將氨氣壓縮機的控制方案及監控點全部在DCS中實現，不僅可以直觀地反映氨氣壓縮機的工藝流程，而且可以在DCS畫面中對重要操作及注意事項一一作出描述，便于畫面修改及觀看。雖然采用廠家的PLC進行通信后也可實現，但一旦通信電纜或卡件發生故障將造成數據全部中斷，給生產裝置帶來極大的影響。

2) 便于分析問題。將廠家提供的配套PLC控制方案移植到DCS中組態實現，可以對監控點進行報警及趨勢記錄，并可做出第一事故事件記錄，在最短的時間內找出問題所在，從而提高了效率及效益。

3) 系統調試及修改參數方便。在裝置生產運行過程中，隨著裝置負荷及機組狀態的不同，工藝參數的設定也要隨之改變。如果采用獨立的PLC系統，工藝人員無法獨立進行修改。而在DCS中工藝人員可以根據工況，自行進行設置。特別是當機組中的聯鎖保護儀表出現故障，并且短時間內無法修復的情況下，可直接在DCS中進行旁路切除，有效防止因儀表故障造成的誤動作聯鎖，保證裝置平穩正常運行。

4) 充分利用已有的DCS資源。該套DCS在2008年投入使用，在最初設計中包含足夠的板卡和點數，而且控制器CP負荷較低，足以支撐氨氣壓縮機的各種組態以及所在控制器的良好運行，大幅降低了預算，并且在日后的維護及保養中節省了大量的人力物力。

6結束語

綜上所述，螺桿式氨氣壓縮機能否在裝置中得到良好的應用，很大程度上取決于設備的控制方案是否合理。對于一些機組控制方案，可以不采用廠家配套的PLC控制，自行編寫控制程序，方便日后的維護和管理。氨氣壓縮機投入生產后，運轉平穩，無論是能級(負荷)的加減載，還是內容積的加減載，都比較迅速、可靠，工藝參數控制準確。經過多年的考驗，完全滿足工藝生產及產品質量的要求。

參考文獻：

[1]毛亞紅，郭志忠．螺桿壓縮機的自動化控制技術[J]．有色設備，2005(01)： 35-37．

[2]董飚．螺桿式氨氣壓縮機控制方案分析[J]．石油化工技術與經濟，2012(06)： 36-38．

[3]于國先，牟紹明，王超，等．螺桿式制冷壓縮機油壓低問題試驗分析[J]．冷藏技術，2001(02)： 24-28．

[4]馬志杰．可編程控制器在螺桿式制冷壓縮機組中的應用[J]．石油化工技術與經濟，2012(06)： 36-38．

[5]葉波．可編程控制器(PLC)在螺桿壓縮機中的應用[J]．自動化與儀表，1999(06)： 61-64．

[6]王俊．PLC控制系統在螺桿壓縮機控制系統中的應用[J]．壓縮機技術，2010(03)： 18-20．

[7]樊全建．螺桿壓縮機的PLC控制[J]．太原大學學報，2012(03)： 128-129．

[8]肖風華．螺桿制冷壓縮機組PLC控制系統[J]．自動化技術與應用，2006(07)： 65-68．

[9]萬振中．往復式壓縮機的安裝調試及試車詳析[J]．化工設備與管道，2013，50(01)： 49-52．

[10]莊科，馬建元，蔡宏．噴液螺桿壓縮機在工藝氣裝置的應用[J]．化工設備與管道，2013，50(04)： 51-54．

摘要：針對螺桿式氨氣壓縮機廠家配置的獨立PLC控制系統的局限性，詳細介紹了氨氣壓縮機的構成、技術特點及控制方案，采用將隨機配置的PLC控制程序移植到主裝置DCS中實現，可充分利用已有的DCS資源，使人機界面更加清晰直觀，系統調試及修改參數更加方便，方便了日后的維護管理。

關鍵詞：氨氣壓縮機控制方案DCS組態故障率

Realization of Ammonia Compressor Control Scheme in DCSNiu Guanbo

(Sinopec Shanghai Petrochemical Company Refinery Division， Shanghai， 200540， China)

Abstracts： Aiming at limitation of independent PLC control system configured by manufacturer for screw type ammonia compressor， configuration， technical characteristics and control scheme for ammonia compressor are introduced in detail． It is realized by transplanting randomly allocated PLC control program into DCS of main installation． The existing DCS resource can be completely utilized． The human-machine interface is more distinct and intuitional with much more convenience for system commission and parameters modification． It simplifies maintenance and management in the future．

Key words：ammonia compressor; control scheme; DCS configuration; failure rate

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)05-0057-03

作者簡介：牛冠博(1986—)，男，畢業于大連交通大學計算機專業，現工作于中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，從事儀表維護管理工作，任工程師。