淺談天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)要點(diǎn)

陳超

（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

在天然氣的使用過(guò)程中，最重要的就是天然氣的壓縮和輸送回收。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，壓縮機(jī)的使用功能也需要得到拓展，而可編程邏輯控制器技術(shù)的成熟讓其在自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，因此，可以在天然氣壓縮機(jī)中也應(yīng)用可編程控制技術(shù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)天然氣壓縮機(jī)的自動(dòng)化控制，減少人力成本的投入，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 CNG 回收工藝

對(duì)于天然氣的壓縮，其主要是指將天然氣體積減小，需要壓強(qiáng)壓縮至大約25MPa，此時(shí)，天然氣的體積為之前的1/250，此工藝充分利用了天然氣的特性，對(duì)天然氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸效率大大提高，目前主要使用CNG 預(yù)處理，其具有壓縮技術(shù)簡(jiǎn)單、設(shè)備較為成熟的特點(diǎn)。使用CNG 技術(shù)進(jìn)行油田伴生氣的回收，其工藝流程是預(yù)處理、進(jìn)入緩沖罐、啟動(dòng)壓縮機(jī)、裝入高壓氣瓶，之后利用船舶運(yùn)輸高壓氣瓶，到達(dá)指定地點(diǎn)。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

在油田的伴生氣回收中，對(duì)天然氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是其中的重要環(huán)節(jié)，需要將天然氣進(jìn)行處理，壓縮到壓力容器中，才能將其運(yùn)送到指定位置。但是油田伴生氣的產(chǎn)量較少，導(dǎo)致在壓縮過(guò)程中需要將壓縮機(jī)連續(xù)啟停，自動(dòng)化控制能夠節(jié)省能源，降低成本，有效提高了機(jī)器的運(yùn)行穩(wěn)定程度。

（1）PLC 控制技術(shù)。在科技的不斷發(fā)展下，可編程控制技術(shù)，即PLC 技術(shù)以及愈發(fā)成熟，其主要是在原有的順序控制器的基礎(chǔ)上，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，從而成為了新一代的工業(yè)控制裝備，其具有使用方便、編程簡(jiǎn)單、適應(yīng)面廣、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)部主要是采用循環(huán)掃面的工作方式，可以在大型或者中型的PLC系統(tǒng)中增加中斷工作的能力。相較于繼電器而言，在性能上有了很大的提高，并且不會(huì)輕易受到環(huán)境的影響，在自動(dòng)化控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。所以，本次天然氣壓縮機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)主要是將繼電器與PLC 技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)這樣的方法，不僅讓壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、電氣少、易檢修的優(yōu)點(diǎn)，還能在此基礎(chǔ)上讓設(shè)備使用更加惡劣的工作環(huán)境，降低生產(chǎn)成本。

（2）工藝需求。在天然氣壓縮機(jī)中，安裝PLC 控制系統(tǒng)能實(shí)施自動(dòng)化控制。但是在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意其需要滿足天然氣壓縮機(jī)的工藝需求，讓自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。若是想讓自動(dòng)化系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，就需要有至少兩個(gè)高壓氣瓶在工作中不會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題，并且壓縮機(jī)的自動(dòng)閥門在控制中能夠保證正常關(guān)閉，其設(shè)備也能遵循工作人員的控制進(jìn)行開啟與停止。由于工作人員實(shí)行的是遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，不能隨時(shí)隨地觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，就需要工作人員能夠充分掌握設(shè)備運(yùn)行時(shí)正常的參數(shù)變化，若是其數(shù)據(jù)變動(dòng)存在異常，需要有專業(yè)人員能夠及時(shí)檢修，從而實(shí)現(xiàn)天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)化控制的正常使用。

（3）工作原理。當(dāng)經(jīng)過(guò)處理的天然氣進(jìn)入緩沖罐中，緩沖罐的壓力值會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，到達(dá)一定標(biāo)準(zhǔn)，壓縮機(jī)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，將天然氣進(jìn)行壓縮處理，輸送到壓力容器中。當(dāng)壓力容器中存滿天然氣之后，為了能夠讓系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，就需要更換新的壓力容器，重復(fù)上述工作，在此過(guò)程中壓縮機(jī)一直正常運(yùn)行。隨著天然氣的減少，緩沖罐的壓力值也會(huì)逐漸下降，壓力值下降到一定數(shù)值后，壓縮機(jī)就會(huì)停止工作。之后若是還有天然氣需要壓縮，緩沖罐的壓力值上升到一定數(shù)值，壓縮機(jī)也會(huì)隨之啟動(dòng)，重復(fù)上述過(guò)程。依照以上描述，設(shè)計(jì)出完整的方案，讓系統(tǒng)能夠自動(dòng)循環(huán)生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程，就不需要人工的操作，只需要工作人員定期維護(hù)設(shè)備，保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行就能完成整套的生產(chǎn)工作。

3 設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)化控制壓縮機(jī)主要是由電動(dòng)閥門、電壓表以及PLC等組合而成。在PLC 控制系統(tǒng)中，電接點(diǎn)壓力表的壓力出現(xiàn)變化能夠有效控制自動(dòng)化系統(tǒng)，讓壓縮機(jī)的啟停和電動(dòng)閥門能夠正常工作。

將可以檢測(cè)緩沖罐中的壓力變化的電接點(diǎn)壓力表安裝在緩沖管的出口位置，并將一個(gè)電動(dòng)閥門安裝在壓縮機(jī)的進(jìn)氣端。把電接點(diǎn)壓力表與電動(dòng)閥門共同與PLC 控制電路連接起來(lái)，從而讓上文所說(shuō)的黨壓力表檢測(cè)到緩沖罐中的壓力值在上升到一定數(shù)值后，就會(huì)讓控制端自動(dòng)控制電動(dòng)閥門的開啟，啟動(dòng)天然氣壓縮機(jī)。而電接點(diǎn)壓力表若是測(cè)量緩沖罐中的壓力值下降到一定數(shù)值之后，也會(huì)由控制系統(tǒng)將電動(dòng)閥門關(guān)閉，同時(shí)讓天然氣壓縮機(jī)停止工作。壓縮機(jī)與壓力容器之間選擇單向閥，避免出現(xiàn)壓縮機(jī)在停止工作后出現(xiàn)回流的情況。并且，需要在每個(gè)壓力容器的進(jìn)口位置安裝與之對(duì)應(yīng)的電接點(diǎn)壓力表，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力容器中存在的壓力值。止回閥門與電接點(diǎn)壓力表之間也需要安裝電動(dòng)閥門，直接由PLC 系統(tǒng)控制此電動(dòng)閥門。若是測(cè)量到壓力容器中的壓力值達(dá)到一定范圍，就會(huì)由PLC 控制系統(tǒng)關(guān)閉此壓力容器對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥門，讓另一個(gè)壓力容器前的電動(dòng)閥門開啟。

（1）壓縮機(jī)設(shè)備的自動(dòng)啟停。在電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)到緩沖罐之中的壓力數(shù)值上升到達(dá)預(yù)設(shè)的范圍后，壓力表的上限觸電就會(huì)直接閉合，控制PLC 控制柜的啟動(dòng)按鈕開啟，從而讓壓縮機(jī)開始工作。而當(dāng)電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)到緩沖罐中的壓力數(shù)值下降到相應(yīng)的預(yù)設(shè)范圍后，就會(huì)自動(dòng)讓電接點(diǎn)的下限觸點(diǎn)，相繼關(guān)閉繼電器以及PLC 控制系統(tǒng)，讓壓縮機(jī)停止天然氣的壓縮工作。

（2）壓縮機(jī)中電動(dòng)閥門的自動(dòng)切換。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由PLC 控制柜直接控制電動(dòng)閥門，在當(dāng)壓縮機(jī)開始工作后，接觸器的常閉觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，在繼電器通電后，兩個(gè)常閉開關(guān)，其中一個(gè)閉合，另一個(gè)斷開，就會(huì)控制電動(dòng)閥門的開關(guān)開啟，讓天然氣能夠通過(guò)電動(dòng)閥門進(jìn)入到與之相對(duì)應(yīng)的壓力容器之中。并且，在與壓力容器連接的電接點(diǎn)壓力表會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)量容器中的壓力值，若是壓力值上升至預(yù)設(shè)數(shù)值后，就會(huì)控制電接點(diǎn)壓力觸點(diǎn)控制電動(dòng)閥門閉合，打開下一個(gè)電動(dòng)閥門。在天然氣壓縮機(jī)正常工作時(shí)，會(huì)對(duì)此過(guò)程進(jìn)行循環(huán)。

在電動(dòng)閥門中，其控制電動(dòng)機(jī)選用三相異步電動(dòng)機(jī)，并與接觸器相連，讓壓縮機(jī)在工作過(guò)程中能夠通過(guò)對(duì)接觸器的控制，從而控制電箱異步電機(jī)進(jìn)行三項(xiàng)進(jìn)電源的換向。在接觸器接通控制系統(tǒng)后，與之相對(duì)的常開觸點(diǎn)也會(huì)接通，同時(shí)將常閉觸點(diǎn)斷開，連接斷電器，讓另一個(gè)常開觸點(diǎn)閉合，從而控制電動(dòng)閥門的開啟，在PLC 接觸器失去電源后，就會(huì)控制常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，接通繼電器，有效控制電動(dòng)機(jī)的翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉壓縮機(jī)的電動(dòng)閥門。

4 天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

在自動(dòng)化控制壓縮機(jī)中，需要考慮油田中實(shí)際的天然氣產(chǎn)量以及當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，從而對(duì)自動(dòng)控制壓縮機(jī)中的重要設(shè)備如緩沖罐、壓力容器等進(jìn)行選擇，并依據(jù)設(shè)備的實(shí)際參數(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí)，需要注意避免出現(xiàn)在壓縮機(jī)的連續(xù)多次啟停，若是出現(xiàn)超過(guò)規(guī)定次數(shù)的啟停情況，就會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)損壞，不能繼續(xù)投入天然氣的生產(chǎn)中。另外，在實(shí)施自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過(guò)程中，必須要根據(jù)當(dāng)?shù)氐挠吞锃h(huán)境以及實(shí)際工作量進(jìn)行硬件設(shè)備的選擇，在將自動(dòng)化控制設(shè)備安裝調(diào)試后，才能投入工作中。

通過(guò)對(duì)天然氣壓縮機(jī)以及電動(dòng)閥門的控制，讓天然氣的壓縮以及裝罐工作都能夠自動(dòng)化。在長(zhǎng)期的使用自動(dòng)化天然氣壓縮機(jī)后，很容易受到損傷，PLC 系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而讓壓縮機(jī)在出現(xiàn)故障之前就能預(yù)測(cè)出來(lái)，讓工作人員提前養(yǎng)護(hù)，提高天然氣壓縮機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性以及可靠性，有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，從而避免了由于設(shè)備故障造成的單位停止生產(chǎn)的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，天然氣壓縮機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)也有了新的發(fā)展，在其中應(yīng)用PLC 控制技術(shù)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的自動(dòng)化控制，從而有效提高工作效率，避免出現(xiàn)人為原因的操作失誤，降低人工成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)天然氣領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。