電機驅動壓縮機聯鎖保護與開停車流程

李偉家，周華偉

(1. 中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223; 2. 武漢江漢化工設計有限公司，湖北 武漢 430223)

壓縮機是石化行業的關鍵設備之一，壓縮機安全、連續、穩定的運行對企業具有重大意義。壓縮機控制系統(CCS)通過專用的控制系統實現各種聯鎖控制功能[1-2]，CCS具有控制精度高、響應速度快、安全性能高的特點[3]，但費用普遍較高。相比CCS方案，利用分散控制系統(DCS)實現壓縮機的常規控制和一般聯鎖，利用安全儀表系統(SIS)實現壓縮機的緊急停車聯鎖，該控制方案不僅克服了費用高的缺點，而且能保證壓縮機的可靠、安全運行。針對某實際項目中電機驅動壓縮機的案例，本文簡要介紹了壓縮機的工藝流程，重點闡述了該種控制方案中的壓縮機聯鎖保護、開車和停車流程方案，供工程設計人員借鑒參考。

1 壓縮機工藝流程

某低溫乙烯儲罐項目有2套參數完全相同的電機驅動壓縮機，壓縮機廠家未提供成套壓縮機控制系統，壓縮機的聯鎖控制、開停車均由DCS/SIS完成。經過壓縮機壓縮，使儲罐中乙烯BOG氣體由入口處壓力為0.108 MPa、溫度為-80 ℃變成出口處的壓力為1.90 MPa、溫度為40 ℃。

壓縮機的工藝流程如圖1所示，每一級壓縮都經過對應的入口調整器、氣體壓縮、出口調整器和冷卻器等設備，采用二級壓縮，使得工藝氣的工藝參數達到用戶的要求。通過控制3臺電磁閥XN-09A/10A/11A，實現壓縮機的負荷控制，XN-09A/10A分別控制一級壓縮腔室的2個卸荷閥，XN-11A同時控制二級壓縮腔室的2個卸荷閥，當電磁閥勵磁時，對應的卸荷閥處于無負載位置，當電磁閥非勵磁時，對應的卸荷閥處于工作位置。

圖1中，當3臺電磁閥均非勵磁時，負荷為100%；當3臺電磁閥均勵磁時，負荷為50%；當XN-10A勵磁，XN-09A/11A非勵磁時，負荷為75%。在工藝氣出口和入口之間設置了回流旁路，當入口工藝氣流量不足時，可通過打回流的方式保證壓縮機的入口流量；當希望負荷控制在50%～100%的任意數值時，可通過調節回流旁路閥PV-21A實現。

由于本文重點介紹的是壓縮機控制原理，為方便描述，未介紹圖1中的三重化冗余測量儀表[4]PXI-01A等。

圖1 壓縮機的工藝流程示意

潤滑油是壓縮機正常運轉過程中不可缺少的一部分，圖2展示了潤滑油系統的整體結構。

圖2 潤滑油系統結構示意

該系統中，潤滑油的循環動力來源于主油泵PP-10A或者輔油泵PP-11A。溫度相對較低的潤滑油，通過吸附壓縮機運行產生的熱量使溫度升高，隨后潤滑油流動到油冷器ET-12A，隨著熱量被冷卻水吸附帶走，導致潤滑油溫度降低，最后潤滑油重新回流到壓縮機去吸附熱量。如此循環往復，實現對壓縮機的散熱，起到保護壓縮機的作用。主油泵由壓縮機提供動力，輔油泵由獨立的電機驅動，當壓縮機停機后，主油泵失去動力，無法正常運轉，如果此時仍需潤滑油保持正常工作狀態，只能通過啟動輔油泵的方式來提供動力。油加熱器HE-11A用于對潤滑油加熱，只有在潤滑油溫度低時啟動。另外壓縮機主電機PC-01A內部設置了1臺空間加熱器HE-10A，該加熱器的啟停由主電機運行狀態決定，主要是為了避免主電機停機時出現冷凝現象。

2 壓縮機聯鎖保護

壓縮機聯鎖保護由DCS和SIS共同完成，其中SIS設計為故障安全性[5]。聯鎖內容主要包括： DCS停車聯鎖(SD-I)，SIS緊急停車聯鎖，油溫、油壓聯鎖。

2.1 DCS停車聯鎖

SD-I是為了保護壓縮機設備而采取的一般措施，當SD-I聯鎖條件表中任何1個條件滿足時，均執行停車聯鎖動作。聯鎖動作包括： 停壓縮機主電機PC-01A，啟動PP-11A，工藝氣回流閥PV-21全開，壓縮機負荷調到零，停車指示燈XL-13A亮。SD-I聯鎖條件見表1所列。

表1 SD-I聯鎖條件

2.2 SIS緊急停車聯鎖

當接收到現場緊急停車按鈕UZHS-01A命令或SIS緊急停車命令時，執行緊急停車聯鎖。聯鎖動作包括： 停PC-01A，停PP-11A，停HE-11A，回流閥PV-21全關，壓縮機負荷調到100%，停車指示燈XL-13A亮。

2.3 油泵聯鎖

當潤滑油油位低或者潤滑油油壓低時[6]，關閉HE-11A，啟動PP-11A，同時普通報警燈XL-12A亮。

2.4 油加熱器聯鎖

當管路油溫TAL-10A低時，啟動HE-11A，當管路油溫TAH-10A高或壓縮機限速器油溫TAH-30A高時，關閉HE-11A，同時普通報警燈XL-12A亮。

3 壓縮機開車流程

當壓縮機完成試車和吹掃后，壓縮機進入準備開車狀態，壓縮機的開車流程如圖3所示。

圖3 壓縮機開車流程示意

1)系統進行預啟動聯鎖(Pre-SI)條件判斷。Pre-SI條件內容見表2所列，只要表中有1項事件出現，表示未達到壓縮機預啟動的要求，此時要求開車人員應采取相應措施，待問題解決后才可以使系統達到預啟動聯鎖的要求，點亮預啟動聯鎖達標指示燈XL-14A，進入下一步。

2)當開車人員按下開車按鈕HS-01A后，系統執行預啟動動作。首先，將壓縮機負荷調至50%；其次，啟動PP-11A，使系統進入潤滑油預潤滑階段，在預潤滑階段需保證冷卻水的流量和溫度滿足要求。

表2 Pre-SI條件

3)系統進入啟動聯鎖(SI)條件判斷，SI條件內容見表3所列。只要表中有1項異常條件出現，表示未達到壓縮機啟動的要求，程序等待，直到開車人員采取相應措施解決所有異常問題，使系統達到啟動聯鎖的要求，此時點亮啟動聯鎖達標指示燈XL-11A。

表3 SI條件

4)當開車按鈕HS-01A命令仍有效時，向MCC發送啟動PC-01A的命令；等系統接收到主機運行反饋信號后，點亮壓縮機運行指示燈XL-01A。

5)在主機啟動運行2～15 min后，停PP-11A，并熄滅輔油泵狀態指示燈XL-03A。

6)進入壓縮機操作控制過程，延遲特定時間后，關閉PV-21A，切斷回流旁路，此后壓縮機的負荷由DCS遠程調節或現場操作面板控制。

上述步驟結束后，壓縮機完成了開車流程。隨后操作人員應通過DCS/SIS時刻監控所有過程參數和機器設備參數，保證壓縮機的安全運行；任何參數超限，都將導致壓縮機報警或停車。

4 正常停車或過程停車流程

在壓縮機正常運行過程中，由于裝置大修等原因，需DCS正常停車；或因過程參數超限，需DCS聯鎖停車時，停車流程如圖4所示。

壓縮機正常運行中，當收到HS-02A按鈕發出的正常停車命令或SD-I條件促發過程停車聯鎖命令時，需執行停車程序：

1)首先停PC-01A，然后開HE-10A，最后將壓縮機負荷保持在當前負荷狀態30 min之后，將負荷調至50%。此時，若主電機運行反饋信號消失，表示壓縮機主電機確實處于停機狀態，需將壓縮機停機指示燈XL-02A點亮，然后進入下一步。

2)壓縮機主電機停機后，潤滑過程仍會延續一段時間。由于主電機停機后，PP-10A失去動力，因此必須立即啟動PP-11A為潤滑油循環提供動力，通常5 min足夠系統完成停機后所需的潤滑過程，因此輔油泵啟動5 min后，可再次關閉。

經過上述過程，壓縮機完成了停車流程，此時冷卻系統仍繼續運行，以備壓縮機隨時可能重新啟動。

圖4 正常停車或過程停車流程示意

5 緊急停車流程

壓縮機遇突發情況，需緊急停車[7]，當操作人員發現重大危險源按下現場急停按鈕(UZHS-01A)或SIS緊急停車聯鎖發生時，執行SIS緊急停車動作。緊急停車流程如圖5所示。

圖5 緊急停車流程示意

首先停PC-01A，然后關閉PV-21，將壓縮機負荷調到100%，最后停HE-10A和停PP-11A。此時，若主電機運行反饋信號消失，表示壓縮機主機確實處于停機狀態，此時將壓縮機停機指示燈XL-02A點亮，最終完成緊急停車程序。

6 SIS緊急停車和DCS停車的區別

針對SIS緊急停車以及DCS正常停車或過程停車兩種不同方式，執行的流程既有相同點又有不同點。相同點是都停PC-01A，不同點有以下幾點：

1)基于安全考慮，在SIS緊急停車過程中，空間加熱器、油加熱器和輔油泵都將被關閉；而DCS正常停車或過程停車過程中，空間加熱器是啟動的，同時油加熱器保持停車前的狀態，輔油泵是延遲關閉的。

2)壓縮機負荷控制方面，DCS正常停車或過程停車，最終將負荷調至50%，目的是為了后續可能重啟壓縮機而準備的；而SIS緊急停車是將負荷直接調至100%。

7 結束語

針對不同的壓縮機，控制方案也有很大的差異。如何設計安全的聯鎖保護方案，如何制訂合理的開停車流程，需要設計人員根據壓縮機設備和工藝流程特點對控制方案進行改進、優化，最終為壓縮機用戶提供安全、可靠、長期穩定的控制方案。