往復式壓縮機運行邏輯設計

譚海川 周少成 吳慶龍 (中國石油西氣東輸管道公司，上海 200122)

1 前言

文中壓縮機運行邏輯設計是以燃驅往復式壓縮機為例，壓縮介質為天然氣。機組燃驅部分為16V275GL+型號的美國GE瓦克夏公司發動機，發動機8對燃氣缸成V字形排列；壓縮機部分為MH66型號的美國GE喀麥隆公司壓縮機，壓縮機3對雙作用氣缸成臥式排列；壓縮機控制系統采用美國AB公司PLC控制系統，編程軟件為V19.0版本的Logix5000。

2 步驟設計

整個機組運行的大體步驟:機組啟機前預潤滑、置換、充壓、發動機啟動、機組預熱、機組手自動加載、停機、機組停機后潤滑。參與控制的設備包括:發動機、進出口閥門、進口閥門旁通、機組循環調節閥（回流）、循環調節閥旁通閥、放空閥、發動機曲軸箱排風機、壓縮機預潤滑油泵、后空冷風扇。機組運行轉速范圍在750-1000r/min，加載轉速825r/min，入口壓力范圍0-4MPa,出口壓力0-7MPa，壓縮機功率2750KW。

2.1 文中涉及的機組工藝參數

（1）天然氣壓縮前壓力（PT4001）;（2）天然氣壓縮后壓力（PT4002）；（3）壓縮機油壓（PT4003）;（4）壓縮機油溫（TT4003）；（5）發動機油溫（ECU.OUTtemp）;（6）發動機轉速（Speed）

2.2 壓縮機運行邏輯步驟設計

步驟1:啟機前系統復位

啟機前通過“復位”按鈕實現對所有報警進行清零操作，當存在不能復位的報警時，需要到現場對報警信號進行檢查排除。

啟機前機組狀態:機組進出口閥門、放空閥均為全關狀態，循環調節閥和循環調節閥旁通閥為全開狀態。

步驟2:啟機條件滿足，按"啟動"按鈕。

在程序中需要設計一個啟動、停止按鈕實現機組的正常啟停控制。按“啟動”按鈕后，間隔5S啟一臺后空冷器風扇，同時對入口壓力PT4001進行條件比較。由于后空冷器風扇功率較大，如果同時啟動電源負荷較大，所以間隔5S啟動。

條件比較:當0.3MPa

步驟3:油路預潤滑，預潤滑剩余時間(120s)

發動機自身有一套控制系統，通過PLC系統給發動機啟機命令，發動機接收到啟機命令后也開始啟動發動機預潤滑油泵。預潤滑剩余時間根據工藝條件確定。

執行命令:啟動壓縮機潤滑油泵、發動機曲軸箱排風機、發動機。

條件比較:PT4003<0.18MPa，進入步驟6；PT4003>0.18MPa，進入步驟7。

步驟4:管線壓力低，正在充壓…

執行命令:打開入口旁通閥對管線進行充壓，循環閥全開。

條件比較:當PT4001>0.8MPa時，打開放空閥；當PT4422<0.8MPa時，進入步驟3。

步驟5:管線置換中，剩余時間(10s)

在入口壓力小于0.1MPa時，此時壓力低于大氣壓，工藝管道有可能有空氣進入，此時需要通過天然氣對工藝管道進行置換，防止管道內混有空氣發生爆炸。

執行命令:打開入口旁通閥、放空閥，吹掃時打開循環閥旁通，延時5s結束關閉。

步驟6:油壓建立失敗，檢查壓縮機滑油系統

預潤滑時壓縮機油壓太高或太低表示油路都存在問題，需要現場檢查油路情況。

條件比較:當PT4001<0.8MPa時，返回步驟3。

步驟7:發動機啟動中…

當speed>300r/min時，發動機啟動成功。

執行命令:停預潤滑油泵

步驟8:發動機啟動成功，系統預熱中…

發動機啟動成功后系統開始預熱，油路管線溫度開始上升。油溫太低，油的粘度大，潤滑效果不理想。

執行命令:關閉入口旁通閥，打開出口閥。

條件比較:當 TT4003>36℃、PT4001>3.2MPa、ECU.OUT?temp>38℃三個條件同時滿足時，進入步驟9。

步驟9:系統準備加載

通過手動加載按鈕進入步驟13，自動加載按鈕進入步驟10。

執行命令:打開入口旁通閥，出口閥保持打開。

步驟10:自動加載模式，升壓過程中

執行命令:入口閥和出口閥保持打開

條件比較:當出口閥開到位，加載延時90s結束后，speed>824r/min時，進入步驟11。

步驟11:出口閥開到位/電機轉速達到加載設定轉速

入口閥和出口閥保持打開，循環閥自動關閉，設定壓力后進入步驟12。

步驟12:升壓正常，進入自動加載運行狀態

入口閥和出口閥保持打開，循環閥投PID自動，轉速投PID自動。速度<850r/min，延時5、10、15分鐘分別開三對卸荷閥，速度>960r/min，延時5、10、15分鐘分別關三對卸荷閥。

通過手動加載命令進入步驟13，停機命令到步驟14。

步驟13:手動加載狀態

入口閥和出口閥保持打開，循環閥投PID手動，轉速投PID手動。

步驟14:正常停機，系統正在降速/卸載

入口閥和出口閥保持打開，在步驟9、11、12都可以按停機命令，進入步驟14。在轉速<825r/min且循環閥關度<5時，進入步驟15。

步驟15:正常停機，系統冷卻運行剩余時間(180s)

卸載完成后，再運行一段時間后各氣缸和軸承溫度下降，轉速達到最低轉速750r/min。

入口閥和出口閥保持打開，延時180S后進入步驟16。

步驟16:系統停機，后潤滑剩余時間（30s）

停機后對系統進行潤滑是為了對系統冷卻，帶走余熱。

該步驟進出口閥關閉，當PT4001>0.8MPa時，打開放空閥。在該步中預潤滑油泵啟動，啟動時長30S。潤滑延時結束后且PT4001<0.8MPa時，進入步驟17。

步驟17:系統停機，檢查后按"復位"來清除停機條件

當PT4001>0.8MPa時，打開放空閥。

步驟18:系統緊急停機，現場及遠程ESD信號被觸發

觸發條件:Local ESD、Remote ESD或緊急停機信號。

執行命令:停發動機，關卸荷閥，開放空閥，復位后進入步驟1。

以上步驟中涉及到的工藝參數值需要根據實際情況而設定。在手動加載狀態發動機轉速的升降不應太快（太快對機組機械損傷大），在程序中應對該問題進行單獨編程，例如在每次轉速升降時在前一時刻基礎上加減5轉，逐步達到設定值。

由于程序編寫具有靈活性，整個機組的運行并不一定嚴格按照上面的模式進行，可以根據具體情況自己定義啟機步驟。但是如果邏輯不合理，機組跳過某一步執行會給機組帶來莫大損害。例如，上述步驟中如果跳過步驟3，即缺少發動機轉動前壓縮機預潤滑這一步，直接從步驟2到步驟4，那么機組油路未得到提前潤滑和檢查，轉動部位未得到充分的潤滑，不僅影響機組各個轉動部件壽命，還可能因為機組油路存在問題，強制啟機后油壓建立不成功導致機組異常停機。總之，不管系統執行哪一步，都要考慮當前步驟的合理性及后續步驟之間邏輯的正確性。

3 結語

設計一套完整的機組控制系統，它不僅包括硬件選型、下位機PLC程序設計，還包括上位機、觸摸屏畫面組態以及整個系統的網絡規劃。而機組的運行邏輯設計也僅僅是PLC程序設計中的一小部分，此外程序設計還包括機組閥門開關、風扇啟停、油泵啟停、機組手自動加載狀態的PID控制設計、機組緊急停機邏輯設計等。對于多臺壓縮機運行的工廠，往往還需要考慮多臺機組的負荷分配設計，即當所有機組具備備用條件時，根據負荷情況自動地啟動一臺或多臺機組，從而滿足生產運行情況。

本文機組運行邏輯設計具有局限性，不同的往復式機組設計肯定存在差異，在這里僅通過此文讓更多人熟悉往復式壓縮機組的整個運行過程。