離心式壓縮機儀控系統標準化更新改造

【摘要】現場儀表和控制系統相結合構成了壓縮機儀控系統，通過數據采集、信息處理和自動控制等步驟，以實現壓縮機組日常操作、安全保護和運行監控。通過這個龐大復雜的系統，使壓縮機在加速、加載、減速、卸載和正常運行中不超速、不超溫、不喘振，額定工況運行時能自動適應環境變化和各種干擾，穩定運行在設定參數范圍內，輔助以壓縮機組標準化運維管理實踐，在投產機組原始設計基礎上進一步提升壓縮機組運行穩定性、安全性及可靠性，避免儀控系統存在漏洞或不足導致的機械本體損傷，消除儀控系統自身故障引起的非計劃性停機，減少非計劃性停機造成的天然氣資源浪費。總之，采取標準化更新改造措施，持續提升壓縮機組儀控系統完善性，實現按要求輸量穩定管道輸氣的目標。

【關鍵詞】壓縮機；儀控系統；更新改造；標準化

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.038

Renovation and Standardization of Instrument and Control System for Centrifugal Compressors

CHEN Sifan

（National Pipeline Network Group Western Pipeline Company， Jiayuguan 735100， China）

Abstract： The combination of on-site instruments and control systems constitutes the compressor instrument and control system， which achieves accurate daily operation， safety protection， and operation monitoring of the compressor unit through steps such as data acquisition， information processing， and automatic control. Through this massive and complex system， the compressor is able to accelerate， load， decelerate， unload， and operate normally without overspeed， overheating， or surging. It can automatically adapt to environmental changes and various interferences during rated operating conditions， and operate stably within the set parameter range. With the assistance of standardized operation and maintenance management practices for compressor units， the stability， safety， and reliability of compressor unit operation are further improved based on the original design of the put into operation unit， Avoid mechanical damage caused by loopholes or deficiencies in the instrument and control system， eliminate unplanned downtime caused by the instrument and control system’s own faults， and reduce the waste of natural gas resources caused by unplanned downtime. In short， adopting standardized measures for updating， renovating， and continuously improving the integrity of the instrument and control system of the compressor unit to achieve the goal of stable pipeline gas transmission according to the required volume.

Key words： compressor； I&C system； renewal and renovation； standardization

人機交互界面（HMI）首要的適用性標準是，不管國內外壓縮機組廠家產品，特別是進口壓縮機組設備，應統一使用漢語作為界面及報警第一語言，便于值班人員和運行人員盡快鎖定報警信息和報警位置，也利于新員工短時間熟悉壓縮機系統。

人機交互界面應具備機組各系統完善的界面，特別是機組啟機順控界面、關鍵參數集中監控頁面、多探頭關鍵參數偏差值計算頁面、壓縮機能效曲線圖、聯鎖停機結構圖等，結合現場運行實際需求，加入這些必不可少的頁面，便于日常操作和參數監控。在控制程序和畫面中應該添加各輔助系統電機運行時間計算，有時間提醒，便于礦物油油冷器風機、燃機箱體通風機、礦物油輔助油泵等設備的主備切換。

詳細核對系統參數，系統涉及的任何壓力、溫度、開關等儀表機構，均應在人機交互界面中實時顯示，現場查漏補缺、逐步完善，最終臻于完美。

燃氣發生器本體、動力渦輪本體、高壓同步電機本體及壓縮機本體參與聯鎖的溫度探頭，通過投產前期優化設計或運行時期更新改造，以實現雙選功能。所謂雙選即：A探頭高高+B探頭高高觸發聯鎖，A探頭故障+B探頭高高觸發聯鎖，A探頭高高+B探頭故障觸發聯鎖，A探頭故障+B探頭故障觸發聯鎖，僅有A探頭高高/故障只產生報警不觸發聯鎖，僅有B探頭高高/故障只產生報警不觸發聯鎖。當雙探頭其中一支故障時，可通過另一支繼續監控該處參數，提供在線處置的機會，避免影響正常運行。單支探頭應有完備的通道回路故障診斷邏輯，故障時立即產生報警，同時兩支探頭監測數值之間產生微小偏差時也設置偏差報警，兩支探頭數據均關聯在歷史趨勢軟件中，為專業人員及時提供預警和數據支撐。

聯鎖儀表的設計中，雙選儀表較之三選二儀表成本更低，較單選可用率、穩定性更高，這種冗余的思路在新的系統設計使用中非常普遍，是最常用的更新改造方式之一。

日常的燃氣發生器本體、動力渦輪本體在溫度監控基礎上實現了雙選設計，但是壓縮機本體和高壓同步電機本體的溫度探頭雙選較為缺失，此部分優化工作是重點。諸如部分廠家在設計的壓縮機出口溫度監控中，雖設置了雙表，但在邏輯中未實現雙選功能，單表的故障直接聯鎖故障停機，經過優化可以避免。類似的動力渦輪冷卻封嚴氣溫度、壓縮機出口溫度、高壓同步電機軸承溫度、高壓同步電機定子繞組溫度等關鍵參數，均應實現雙選設計。且在雙選設計中，優先選用同一位置附近安裝的兩支鉑電阻或變送器為最佳，其次的選擇是雙鉑電阻集成式探頭。在回路中，盡可能采用兩個機架、兩個模塊來采集探頭數值，實現從儀表至控制系統完整的雙回路結構。

還有一類更新改造不得不提，即是關鍵位置缺失的溫度監控或溫度報警，雖然短時間不會有影響，但是系統長期使用后會逐漸發展成較大隱患。諸如控制機柜內部溫度、壓縮機干氣密封加熱器供氣溫度報警、正壓通風系統進氣溫度報警、礦物油油冷器排油管線油溫報警、離合器油池溫度報警、合成油箱溫度高報警、礦物油箱溫度高報警、高壓變頻器環境溫度等諸多報警，結合現場實際運行情況，將平時容易忽略的溫度點全部納入監控報警中。

及時與廠家溝通，獲取最新的技術通報，取消次關鍵位置溫度聯鎖，減少聯鎖誤觸發產生。諸如原有設計中將動力渦輪軸承溫度設計了聯鎖停機值，壓縮機軸承溫度只設計了報警值，在最新的技術迭代中，只保留了動力渦輪軸承溫度的報警值，并且為壓縮機止推軸承增加了聯鎖停機值。

燃氣發生器本體、動力渦輪本體及壓縮機本體參與聯鎖的壓力信號，通過投產前期優化設計或運行時期更新改造，也應實現雙選功能。在設計之初，難免會有部分壓力信號遺漏雙選設計，如部分機型壓縮機干氣密封一級放空壓力和隔離密封氣壓力設計均為單表，而個別機型壓縮機在這多年的應用中始終是雙表設計，這些系統壓力監控通過更新改造完全具備雙選能力。且在雙選設計中，優先選用同一位置附近的兩個取壓口、兩支引壓管分別連接兩個變送器為最佳，同時單個變送器應配置可以隔離放空的二閥組。在回路中，盡可能采用兩個機架、兩個模塊來采集探頭數值，實現從儀表至控制系統完整的雙回路結構。同樣的，關鍵位置缺失的壓力監控或壓力報警，在實踐中逐漸發現這些監控不可或缺，應及時進行更新改造完善。諸如燃氣發生器高壓補償壓力、正壓通風壓力及其報警、燃料氣供氣壓力等諸多變量或報警，結合現場實際運行情況，將平時容易忽略的溫度點全部納入監控報警中。同時，在有聯鎖延時值的程序中應該更加精細，延時模塊只延時聯鎖不能延時報警，通過報警前置的方式，及時發現信號跳變等異常端倪。

最后再來說一說次關鍵聯鎖變送器雙選優化，所謂次關鍵聯鎖變送器，泛指一些單儀表故障后聯鎖降至最小轉速或降至怠速運行的聯鎖儀表。結合實際情況，經過綜合分析，在不影響壓縮機組安全的前提下，可以將部分單表優化為雙表，效果和作用與其他雙選優化類似。還有一類在工藝中存在一定安全風險的壓力變送器的更新改造也值得一提，諸如壓縮機進出口匯管差壓，一塊變送器高低壓取樣口引壓管近20米長，長期運行存在引壓管崩脫風險，借鑒最新的機組設計，統一簡化為壓縮機出口匯管壓力與進口匯管壓力計算得到差壓值，引壓管縮短至1.5米，由變送器引壓管帶來的風險大大降低。不管選擇何種方式的更新改造，都應基于單個變送器及其通道故障診斷功能、報警非常完備的前提下，要經得起時間和實踐的考驗，否則這種改造就是空中樓閣，犧牲了安全性去換取穩定性，得不償失。

雖然本論文在講述儀控系統的更新改造標準化，但有一個觀念我們應該轉變，并非最新的儀控系統就是最先進、穩定的，最先進的儀控系統也并非就是最適合、最可靠的，而現場的運行恰恰需要的是穩定性優于先進性，選取最適合、最穩定的儀控產品對現場壓縮機是最有利的。

單臺機組的一鍵啟停功能實現，是現場壓縮機運行操作的基礎。個別機型也曾存在過干氣密封加熱器無法自動啟停、機組備用后礦物油泵無法正常停用、停機關閥聯鎖存在缺陷導致運行中誤關閥等種種問題。在這種情況下，機組啟停的日常操作，對專業人員的專注力及操心程度甚是考驗，稍有不慎便會產生一些誤操作，威脅壓縮機組高質量運行。唯有完善壓縮機組控制系統自動化程度，盡可能減少啟停操作中的人為干預度，才能順利解決上述例子中出現的問題。

輔助系統設備的自動啟停，啟停機步驟的完善，相關報警和缺陷聯鎖的補全，備用后機組輔助系統定期運轉邏輯，整體的系統性設計，經過多方審核、討論、測試、論證后，最終敲定了優化方案，對機組啟停邏輯進行優化，實現單機一鍵啟停功能。站控SCADA系統下發允許啟動命令，人機交互界面上點擊啟動命令，而后到壓縮機最小負荷轉速，期間不需要再人為干預。

參照HG/T 20513—2014《儀表系統接地設計規范》、SH/T 3081—2019《石油化工儀表接地設計規范》，結合現場生產運行實際，我們來講壓縮機組儀控系統接地的基本要求。

按照接地功能分類常用的分為保護接地PE（為保護儀表和人身安全的接地，又稱安全接地）、工作接地IE（儀表及控制系統正常工作所要求的接地）、本安接地ISE（本質安全儀表正常工作時所需要的接地）。

儀控系統的分屏屏蔽層、總屏屏蔽層、鎧裝屏蔽層一般算作工作接地。部分老項目在實施時并未考慮到接地影響，所有的接地都混同一起，但是這些接地匯流排應在機柜側進行嚴格的分離，同時整個站場的接地極也應嚴格分離。在現場實施過程中我們制定了以下幾種標準：

1）模擬量信號分屏、總屏、鎧裝必須嚴格單端接地。機柜側分屏、總屏接工作地，電纜鎧裝接保護地。所有屏蔽層用熱縮套保護，防止裸露搭接。

2）數字量信號分屏不接，總屏、鎧裝必須嚴格單端接地。機柜側總屏接工作地，電纜鎧裝接保護地。所有屏蔽層用熱縮套保護，防止裸露搭接。

3）分屏全部接在柜內端子排和浪涌旁邊的豎排，從現場保護直至機柜進通道。總屏全部接在柜子底部工作地銅排上。機柜間防靜電地板接地網銅皮搭接處需要焊接。

4）單根電纜各屏蔽層在投用前用萬用表測一下對地電阻，避免雙端接地引起電勢差造成信號干擾。

5）儀表系統的接地連接電阻（從儀表和設備的接地端子到接地極之間的導線與連接點的電阻總和）不應大于1Ω，接地電阻（接地極對地電阻與連接電阻之和稱為接地電阻）不應大于4Ω。

6）機柜內的接地匯流排宜采用截面尺寸不小于25 mm×6 mm（寬×厚）的銅條制作，各種接地導線與接地匯流排、接地匯總板的連接應采用鍍錫銅接線片和鍍錫鋼質螺栓壓接，并應有防松件。匯流排、工作接地匯總板應采用絕緣支架固定。

7）同一壓接點壓接的導線數量不應多于兩條，采用同一壓接點導線數量只有一條。接電線纜為黃綠相間、柜內接地線纜采用2.5 mm2、接地分干線為10 mm2、接地干線為20 mm2、接線線纜與線鼻子之間用黃綠相間的絕緣膠帶纏繞。

儀控系統的防雷防靜電防干擾工作非常關鍵，在日產運行中也比較容易被忽略，通過更新改造，使我們的儀控系統具備更強的抗干擾、防沖擊能力，更好地為現場參數監控、分析、設備控制服務。

【參考文獻】

[1]儀表系統接地設計規范：HG/T 20513—2014[S].

[2]石油化工儀表接地設計規范：SH/T 3081—2019[S].

【作者簡介】

陳思凡，女，1996年出生，助理工程師，學士，研究方向為離心式壓縮機控制系統。

（編輯：于淼）