海洋石油平臺電驅式天然氣壓縮機撬電機啟停及回流控制流程設計

宮儉純 于祥春 劉志芳 鄧 燕 杜孟云

（海洋石油工程股份有限公司）

天然氣作為一種清潔能源，在我國社會中應用越來越多，作用也愈發重要。 在天然氣應用增多的情況下， 對天然氣的處理就顯得十分重要。在天然氣處理方面，壓縮機是重要的設備，它不僅可以對天然氣進行壓縮處理，而且可以對天然氣中的一些重質成分進行回收［1］。 電驅式壓縮機在海洋石油平臺上應用較多，電機作為驅動壓縮機工作的旋轉設備，其控制方式對于平臺電網的穩定和整撬功能的實現起到重要的作用。 在此，筆者列舉不同工況需求下的電機控制方式及啟停機控制流程，為天然氣壓縮機電機控制邏輯的設計提供參考依據。

1 工頻控制

1.1 適用工況

對于海洋石油平臺電網抗沖擊能力強，壓縮機撬內工藝控制流程較為簡單，處理氣量較為穩定的情況下電機適用于工頻控制。 在這種工況下無需配置變頻器，電機在設計和采購時也無需考慮變頻調節工況， 這樣可以節省工程所需費用、縮短周期。

1.2 啟停機控制流程

工頻控制下電機啟停機控制流程如圖1所示。

圖1 工頻控制下電機啟停機控制流程

在工頻控制工況下，電機的啟停機控制流程相對比較簡單。

2 變頻控制

2.1 適用工況

對于海洋石油平臺電網抗沖擊能力較弱，壓縮機撬內工藝控制流程較為復雜，處理氣量波動較大的情況下電機適用于變頻控制。 在這種工況下需配置變頻器，電機在設計和采購時也需考慮變頻調節工況。

變頻控制分為一對一變頻控制和一對二變頻控制。

2.2 一對一變頻控制

一對一變頻控制即一臺變頻器控制一臺電機，這種控制模式相對單一，同時控制界面和流程也比較清晰。 一對一變頻控制下電機啟停機流程如圖2所示。

圖2 一對一變頻控制下電機啟停機控制流程

一對一變頻控制需要在變頻器和1臺控制盤之間進行信號交互。 在啟機過程中，由變頻器進行電機的控制， 將電機轉速由0提高至壓縮機所要求的最低轉速，超過最低轉速后，電機的調速權限移交給控制盤。 在停機的過程中需要判斷電機當前運行轉速是否大于壓縮機允許的最低轉速，如果大于最低轉速則需要通過控制盤將電機轉速降為最低轉速，進而通過變頻器停機。

2.3 一對二變頻控制

一對二變頻控制即一臺變頻器控制兩臺電機，這種控制模式相對復雜，控制界面和流程也比較繁瑣。 除了正常的啟動停止流程，還包括工變頻切換流程。 一對二變頻控制下電機啟停機流程如圖3所示。

圖3 一對二變頻控制下電機啟停機控制流程

一對二變頻控制需要在變頻器和兩臺控制盤之間進行信號的交互。 控制盤A控制的是電機A，控制盤B控制的是電機B。 圖3中以先啟動電機A作為例子進行描述， 先啟動電機B時與A一致。一對二變頻控制相對于一對一變頻控制主要的區別在于啟機流程，停機流程基本一致。 在啟機的過程中，需判斷啟動哪臺電機。 當任意一臺控制盤發出啟機指令后變頻器會向控制盤發出變頻器被占用的信號，這樣另一臺電機就無法進行啟動。

變頻切工頻控制流程如圖4所示。

圖4 變頻切工頻控制流程

變頻切工頻流程完成之后，電機在工頻狀態下運行，變頻器空閑下來，此時可以通過變頻器啟動另一臺電機， 即一臺電機在工頻狀態下運行，另一臺在變頻狀態下運行。工頻切變頻控制流程如圖5所示。

圖5 工頻切變頻控制流程

要實現變頻/工頻的相位同步，離不開鎖相控制。 鎖相控制就是利用鎖相環路讓變頻電源的相位自動跟蹤工頻電源的相位，達到“鎖定”狀態，從而為同步切換創造條件［2］。

3 變頻工況下電機調速與回流閥之間的協調控制

在變頻工況下電機調速與回流閥之間需要進行協調控制， 進而維持壓縮機穩定的運行工況。 電機調速與回流閥之間的協調控制流程如圖6所示。

圖6 電機調速與回流閥之間的協調控制流程

壓縮機在工作中應該保證其入口壓力穩定，要注意觀察理論和實際之間的數值差距，如果兩者之間差距比較大，此時就可以通過控制變頻器來改變電機的轉速，直到壓力趨于穩定。 在調整過程中讓壓縮機的壓力始終保持在一個安全的狀態之下，穩定壓力的波動，從而降低能源的消耗率，保證整個工作間的安全［3］。

4 結束語

綜上所述，筆者通過闡述在不同要求下電機及回流控制的方法，詳細說明了各個控制關鍵節點的要求。 此控制方法在實際項目中得到了良好的應用，為在后續項目中遇到同類控制要求時提供了有力的理論依據和實際的項目指導經驗。