王 鑫 叢龍海 喬 禎

(中國(guó)石油大連石化公司)

空分車間二壓站6#機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造

王 鑫 叢龍海 喬 禎

(中國(guó)石油大連石化公司)

根據(jù)空分車間二壓站6#機(jī)的隨機(jī)資料和控制原理圖，通過(guò)自主設(shè)計(jì)和編程，整合機(jī)組IO點(diǎn)數(shù)，利用PLC進(jìn)行控制，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

喘振控制 恒壓控制 機(jī)組狀態(tài)

中國(guó)石油大連石化公司空分車間二壓站6#機(jī)原為美國(guó)某公司生產(chǎn)的離心式壓縮機(jī)，于1996年投用，出口能力可達(dá)0.79MPa，正常工況18 000m3/h，轉(zhuǎn)速最高28 994r/min，主要保證全廠管網(wǎng)風(fēng)壓正常。原機(jī)組由就地操作盤和單板機(jī)進(jìn)行控制，目前已使用20年，電子元器件部分老化嚴(yán)重，同時(shí)由于其操作記錄、歷史記錄和事件記錄功能不完善，因此公司決定對(duì)它進(jìn)行升級(jí)改造。根據(jù)隨機(jī)資料和控制原理圖，通過(guò)自主化設(shè)計(jì)、編程，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。本項(xiàng)目配置了美國(guó)AB公司的PLC控制器，通過(guò)觸摸屏人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了機(jī)組狀態(tài)信號(hào)的監(jiān)視和控制。

1 機(jī)組現(xiàn)狀

離心式壓縮機(jī)的工作原理是氣體進(jìn)入離心式壓縮機(jī)的葉輪后，在葉輪葉片的作用下，既隨著葉輪做高速旋轉(zhuǎn)，又在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下向葉輪出口流動(dòng)，并受到葉輪的擴(kuò)壓作用，其壓力能和動(dòng)能均得到提高，氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器后，動(dòng)能又進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為壓力能，氣體再通過(guò)彎道、回流器流入下一級(jí)葉輪進(jìn)一步壓縮，從而使氣體壓力達(dá)到工藝所需的要求。

現(xiàn)有機(jī)組設(shè)置了就地儀表盤啟動(dòng)，機(jī)組本身主要有3個(gè)電機(jī)定子溫度、兩個(gè)電機(jī)軸承溫度、兩個(gè)潤(rùn)滑油溫度、1個(gè)潤(rùn)滑油壓力、3個(gè)排氣壓力、4個(gè)振動(dòng)、4個(gè)位移和1個(gè)電機(jī)電流模擬量信號(hào)顯示。對(duì)電機(jī)狀態(tài)、油泵、入口導(dǎo)葉和放空閥的控制，保證了機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2 機(jī)組控制設(shè)計(jì)

機(jī)組控制設(shè)計(jì)主要包括恒壓控制、喘振控制、油泵控制、機(jī)組的加卸載控制和機(jī)組的停機(jī)控制。

2.1 恒壓控制

空壓機(jī)恒壓控制系統(tǒng)由機(jī)組的4級(jí)出口壓力、電機(jī)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的入口導(dǎo)葉和放空閥的控制，以保證下游裝置用風(fēng)壓力穩(wěn)定。通過(guò)常規(guī)的PID調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉和放空閥，保證4級(jí)出口壓力穩(wěn)定。

入口導(dǎo)葉和放空閥不同時(shí)在PID自動(dòng)模式，以電機(jī)電流低值CLL為分界點(diǎn)，電機(jī)電流體現(xiàn)出入口流量的變化，當(dāng)電機(jī)電流值不小于CLL值時(shí)放空閥全關(guān)，自動(dòng)調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉。當(dāng)電機(jī)電流值小于CLL值時(shí)，入口導(dǎo)葉保持當(dāng)前開度(發(fā)生CLL時(shí))不變，自動(dòng)調(diào)節(jié)放空閥，直到電流不小于CLL值。當(dāng)電機(jī)電流值不小于CLH值(電機(jī)電流高值)時(shí), 入口導(dǎo)葉開度不再增大；當(dāng)電機(jī)電流不小于CLHH值(電機(jī)電流高高值) 時(shí)，入口導(dǎo)葉將以一定速率關(guān)閉，轉(zhuǎn)入PID手動(dòng)模式，直到電流小于 CLHH值。

2.2 喘振控制

喘振是當(dāng)壓縮機(jī)組的流量降到低于最小值時(shí)出現(xiàn)的一種突然逆流的現(xiàn)象。在喘振區(qū)域運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組損壞。喘振控制器通過(guò)保持壓縮機(jī)的流量在最小流量即喘振流量以上來(lái)防止出現(xiàn)喘振，最小流量是靠調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口控制閥將氣體循環(huán)回壓縮機(jī)入口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于離心式和軸流式壓縮機(jī)，當(dāng)入口吸入氣體流量不能保持正常流量、維持正常壓力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)排出管中壓力比內(nèi)部壓力高，氣體發(fā)生瞬間倒流，發(fā)生喘振。當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)，氣體的倒流又使得排出管件氣體壓力降低，內(nèi)部壓力升高，這樣氣體流量又恢復(fù)。等到出口壓力升高達(dá)到喘振點(diǎn)時(shí)，下一喘振循環(huán)開始，直到有外部作用打破這種循環(huán)，否則喘振會(huì)一直持續(xù)下去。在壓縮機(jī)的喘振過(guò)程中，壓縮機(jī)的入口流量和出口壓力會(huì)周期性地波動(dòng)，造成壓縮機(jī)入口和出口的溫度急劇升高，機(jī)體振動(dòng)增大，出口壓力波動(dòng)，使生產(chǎn)造成波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞壓縮機(jī)本體，使整個(gè)生產(chǎn)裝置停工。

2.3 油泵控制

機(jī)組設(shè)置一臺(tái)輔油泵，在開啟主電機(jī)前，通過(guò)觸摸屏手動(dòng)啟動(dòng)輔油泵，當(dāng)油壓大于124kPa時(shí)，允許啟動(dòng)主電機(jī)；主電機(jī)運(yùn)行后，油壓大于170kPa且持續(xù)超過(guò)30s，油泵自動(dòng)停止；主電機(jī)停止后油泵自動(dòng)啟動(dòng)，主電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)的判斷根據(jù)兩個(gè)條件：電氣主電機(jī)控制觸點(diǎn)反饋和主電機(jī)電流小于5A，兩個(gè)條件滿足一個(gè)即啟動(dòng)油泵。

3 改造重點(diǎn)

3.1 電機(jī)電流

電氣專業(yè)來(lái)的電流互感器信號(hào)為0～5A，實(shí)際電流為0～300A，通過(guò)增加電流變送器，將0～5A的信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，4mA對(duì)應(yīng)電機(jī)電流為0A，20mA對(duì)應(yīng)電機(jī)電流為300A。

3.2 記錄功能

控制系統(tǒng)中完善了報(bào)警功能、事件記錄功能和趨式記錄功能。所有操作均需要二次確認(rèn)，可以記錄首次停機(jī)原因并將停機(jī)時(shí)的畫面凍結(jié)，即停機(jī)時(shí)記錄第一停機(jī)原因并將畫面的值保持在停機(jī)時(shí)的數(shù)值。開機(jī)條件和停機(jī)條件均單獨(dú)設(shè)置監(jiān)控畫面，開機(jī)條件只有顯示綠色才允許啟動(dòng)壓縮機(jī)。參數(shù)設(shè)定畫面可以查看各個(gè)報(bào)警、停機(jī)等設(shè)定值，并可通過(guò)按數(shù)值所在位置修改這些參數(shù)。設(shè)置了不同用戶級(jí)別，只有具備工程師級(jí)別的用戶才可以修改相關(guān)參數(shù)。

3.3 機(jī)柜配線

機(jī)組就地控制柜內(nèi)的電源由電氣專業(yè)提供，為380V(AC)電源，柜內(nèi)配置了變壓器，將380V(AC)電源轉(zhuǎn)換成220V(AC)電源，同時(shí)設(shè)置24V(DC)電源，將220V(AC)電源轉(zhuǎn)換成24V(DC)電源供控制系統(tǒng)使用。油泵電加熱器等供電由380V(AC)電源完成。因此在機(jī)柜設(shè)置時(shí)考慮了不同級(jí)別電源線路的配置，通過(guò)設(shè)置不同的匯線槽，將不同種類的信號(hào)分開，避免不同電壓間的相互干擾。同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采用了不同顏色的導(dǎo)線標(biāo)識(shí)，以區(qū)分不同功能的信號(hào)，聯(lián)鎖信號(hào)采用紅色標(biāo)識(shí)，控制信號(hào)采用黃色標(biāo)識(shí)，顯示信號(hào)采用白色標(biāo)識(shí)。

3.4 機(jī)組狀態(tài)

停機(jī)狀態(tài)：主電機(jī)停止后，入口導(dǎo)葉開度0%，放空閥開度100%。

卸載狀態(tài)：主電機(jī)啟動(dòng)后，入口導(dǎo)葉在3s內(nèi)逐漸由開度0%打開至15%，放空閥保持開度100%。

加載狀態(tài)：機(jī)組處于卸載狀態(tài)，通過(guò)觸摸屏切換至恒壓狀態(tài)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，入口導(dǎo)葉在5s內(nèi)打開至100%，2s后，開始關(guān)閉放空閥，5s后放空閥開度0%。

恒壓控制狀態(tài)：加載過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)CLL值分別調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉和放空閥開度以保持4級(jí)出口壓力恒定。

3.5 喘振監(jiān)測(cè)與控制

喘振監(jiān)測(cè)以4級(jí)出口壓力值的變化作為喘振發(fā)生的依據(jù)，控制系統(tǒng)在正常工況下根據(jù)電機(jī)電流進(jìn)行防喘振控制，電流低于CLL值時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)放空閥放空部分出口氣體，使壓縮機(jī)流量增大，系統(tǒng)遠(yuǎn)離喘振工作點(diǎn)，達(dá)到預(yù)防喘振的效果。在0.5s的時(shí)間內(nèi)，壓力變化超過(guò)10psi(68.95kPa)即認(rèn)為發(fā)生喘振1次。喘振發(fā)生后，系統(tǒng)自動(dòng)卸載，將入口導(dǎo)葉關(guān)至15%，放空閥開至100%，系統(tǒng)卸載后5s自動(dòng)加載至恒壓控制。在10min內(nèi)發(fā)生1～3次喘振，都會(huì)在自動(dòng)卸載后自動(dòng)加載至恒壓控制，10min內(nèi)發(fā)生第4次喘振，系統(tǒng)自動(dòng)卸載后不再自動(dòng)加載，直至操作員復(fù)位喘振次數(shù)和計(jì)時(shí)，以手動(dòng)操作方式達(dá)到恒壓模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)兩個(gè)月的設(shè)計(jì)、組態(tài)和工程集成后，用一周時(shí)間對(duì)控制部分進(jìn)行了升級(jí)改造，完成了機(jī)組所有功能的測(cè)試。該機(jī)組運(yùn)行正常，友好的人機(jī)界面給操作人員帶來(lái)了便捷，同時(shí)更換了原有的電子元器件，保證了機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

TH865

B

1000-3932(2017)07-0707-02

2017-02-15，

2017-03-20)

王鑫(1976-)，工程師，從事石油化工行業(yè)儀表專業(yè)管理工作。

聯(lián)系人叢龍海(1983-)，工程師，從事石油化工行業(yè)儀表專業(yè)管理工作，conglh_dl@petrochina.com.cn。