李偉家，周華偉

(1. 中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223; 2. 武漢江漢化工設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430223)

壓縮機(jī)是石化行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，壓縮機(jī)安全、連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)企業(yè)具有重大意義。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)(CCS)通過(guò)專用的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種聯(lián)鎖控制功能[1-2]，CCS具有控制精度高、響應(yīng)速度快、安全性能高的特點(diǎn)[3]，但費(fèi)用普遍較高。相比CCS方案，利用分散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的常規(guī)控制和一般聯(lián)鎖，利用安全儀表系統(tǒng)(SIS)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的緊急停車聯(lián)鎖，該控制方案不僅克服了費(fèi)用高的缺點(diǎn)，而且能保證壓縮機(jī)的可靠、安全運(yùn)行。針對(duì)某實(shí)際項(xiàng)目中電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的案例，本文簡(jiǎn)要介紹了壓縮機(jī)的工藝流程，重點(diǎn)闡述了該種控制方案中的壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)、開(kāi)車和停車流程方案，供工程設(shè)計(jì)人員借鑒參考。

1 壓縮機(jī)工藝流程

某低溫乙烯儲(chǔ)罐項(xiàng)目有2套參數(shù)完全相同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)廠家未提供成套壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，壓縮機(jī)的聯(lián)鎖控制、開(kāi)停車均由DCS/SIS完成。經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮，使儲(chǔ)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(jī)的工藝流程如圖1所示，每一級(jí)壓縮都經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的入口調(diào)整器、氣體壓縮、出口調(diào)整器和冷卻器等設(shè)備，采用二級(jí)壓縮，使得工藝氣的工藝參數(shù)達(dá)到用戶的要求。通過(guò)控制3臺(tái)電磁閥XN-09A/10A/11A，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的負(fù)荷控制，XN-09A/10A分別控制一級(jí)壓縮腔室的2個(gè)卸荷閥，XN-11A同時(shí)控制二級(jí)壓縮腔室的2個(gè)卸荷閥，當(dāng)電磁閥勵(lì)磁時(shí)，對(duì)應(yīng)的卸荷閥處于無(wú)負(fù)載位置，當(dāng)電磁閥非勵(lì)磁時(shí)，對(duì)應(yīng)的卸荷閥處于工作位置。

圖1中，當(dāng)3臺(tái)電磁閥均非勵(lì)磁時(shí)，負(fù)荷為100%；當(dāng)3臺(tái)電磁閥均勵(lì)磁時(shí)，負(fù)荷為50%；當(dāng)XN-10A勵(lì)磁，XN-09A/11A非勵(lì)磁時(shí)，負(fù)荷為75%。在工藝氣出口和入口之間設(shè)置了回流旁路，當(dāng)入口工藝氣流量不足時(shí)，可通過(guò)打回流的方式保證壓縮機(jī)的入口流量；當(dāng)希望負(fù)荷控制在50%～100%的任意數(shù)值時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)回流旁路閥PV-21A實(shí)現(xiàn)。

由于本文重點(diǎn)介紹的是壓縮機(jī)控制原理，為方便描述，未介紹圖1中的三重化冗余測(cè)量?jī)x表[4]PXI-01A等。

圖1 壓縮機(jī)的工藝流程示意

潤(rùn)滑油是壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可缺少的一部分，圖2展示了潤(rùn)滑油系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。

圖2 潤(rùn)滑油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

該系統(tǒng)中，潤(rùn)滑油的循環(huán)動(dòng)力來(lái)源于主油泵PP-10A或者輔油泵PP-11A。溫度相對(duì)較低的潤(rùn)滑油，通過(guò)吸附壓縮機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量使溫度升高，隨后潤(rùn)滑油流動(dòng)到油冷器ET-12A，隨著熱量被冷卻水吸附帶走，導(dǎo)致潤(rùn)滑油溫度降低，最后潤(rùn)滑油重新回流到壓縮機(jī)去吸附熱量。如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)的散熱，起到保護(hù)壓縮機(jī)的作用。主油泵由壓縮機(jī)提供動(dòng)力，輔油泵由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后，主油泵失去動(dòng)力，無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果此時(shí)仍需潤(rùn)滑油保持正常工作狀態(tài)，只能通過(guò)啟動(dòng)輔油泵的方式來(lái)提供動(dòng)力。油加熱器HE-11A用于對(duì)潤(rùn)滑油加熱，只有在潤(rùn)滑油溫度低時(shí)啟動(dòng)。另外壓縮機(jī)主電機(jī)PC-01A內(nèi)部設(shè)置了1臺(tái)空間加熱器HE-10A，該加熱器的啟停由主電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)決定，主要是為了避免主電機(jī)停機(jī)時(shí)出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。

2 壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)

壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)由DCS和SIS共同完成，其中SIS設(shè)計(jì)為故障安全性[5]。聯(lián)鎖內(nèi)容主要包括： DCS停車聯(lián)鎖(SD-I)，SIS緊急停車聯(lián)鎖，油溫、油壓聯(lián)鎖。

2.1 DCS停車聯(lián)鎖

SD-I是為了保護(hù)壓縮機(jī)設(shè)備而采取的一般措施，當(dāng)SD-I聯(lián)鎖條件表中任何1個(gè)條件滿足時(shí)，均執(zhí)行停車聯(lián)鎖動(dòng)作。聯(lián)鎖動(dòng)作包括： 停壓縮機(jī)主電機(jī)PC-01A，啟動(dòng)PP-11A，工藝氣回流閥PV-21全開(kāi)，壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)到零，停車指示燈XL-13A亮。SD-I聯(lián)鎖條件見(jiàn)表1所列。

表1 SD-I聯(lián)鎖條件

2.2 SIS緊急停車聯(lián)鎖

當(dāng)接收到現(xiàn)場(chǎng)緊急停車按鈕UZHS-01A命令或SIS緊急停車命令時(shí)，執(zhí)行緊急停車聯(lián)鎖。聯(lián)鎖動(dòng)作包括： 停PC-01A，停PP-11A，停HE-11A，回流閥PV-21全關(guān)，壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)到100%，停車指示燈XL-13A亮。

2.3 油泵聯(lián)鎖

當(dāng)潤(rùn)滑油油位低或者潤(rùn)滑油油壓低時(shí)[6]，關(guān)閉HE-11A，啟動(dòng)PP-11A，同時(shí)普通報(bào)警燈XL-12A亮。

2.4 油加熱器聯(lián)鎖

當(dāng)管路油溫TAL-10A低時(shí)，啟動(dòng)HE-11A，當(dāng)管路油溫TAH-10A高或壓縮機(jī)限速器油溫TAH-30A高時(shí)，關(guān)閉HE-11A，同時(shí)普通報(bào)警燈XL-12A亮。

3 壓縮機(jī)開(kāi)車流程

當(dāng)壓縮機(jī)完成試車和吹掃后，壓縮機(jī)進(jìn)入準(zhǔn)備開(kāi)車狀態(tài)，壓縮機(jī)的開(kāi)車流程如圖3所示。

圖3 壓縮機(jī)開(kāi)車流程示意

1)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)啟動(dòng)聯(lián)鎖(Pre-SI)條件判斷。Pre-SI條件內(nèi)容見(jiàn)表2所列，只要表中有1項(xiàng)事件出現(xiàn)，表示未達(dá)到壓縮機(jī)預(yù)啟動(dòng)的要求，此時(shí)要求開(kāi)車人員應(yīng)采取相應(yīng)措施，待問(wèn)題解決后才可以使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)啟動(dòng)聯(lián)鎖的要求，點(diǎn)亮預(yù)啟動(dòng)聯(lián)鎖達(dá)標(biāo)指示燈XL-14A，進(jìn)入下一步。

2)當(dāng)開(kāi)車人員按下開(kāi)車按鈕HS-01A后，系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)啟動(dòng)動(dòng)作。首先，將壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)至50%；其次，啟動(dòng)PP-11A，使系統(tǒng)進(jìn)入潤(rùn)滑油預(yù)潤(rùn)滑階段，在預(yù)潤(rùn)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(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)聯(lián)鎖(SI)條件判斷，SI條件內(nèi)容見(jiàn)表3所列。只要表中有1項(xiàng)異常條件出現(xiàn)，表示未達(dá)到壓縮機(jī)啟動(dòng)的要求，程序等待，直到開(kāi)車人員采取相應(yīng)措施解決所有異常問(wèn)題，使系統(tǒng)達(dá)到啟動(dòng)聯(lián)鎖的要求，此時(shí)點(diǎn)亮啟動(dòng)聯(lián)鎖達(dá)標(biāo)指示燈XL-11A。

表3 SI條件

4)當(dāng)開(kāi)車按鈕HS-01A命令仍有效時(shí)，向MCC發(fā)送啟動(dòng)PC-01A的命令；等系統(tǒng)接收到主機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)后，點(diǎn)亮壓縮機(jī)運(yùn)行指示燈XL-01A。

5)在主機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行2～15 min后，停PP-11A，并熄滅輔油泵狀態(tài)指示燈XL-03A。

6)進(jìn)入壓縮機(jī)操作控制過(guò)程，延遲特定時(shí)間后，關(guān)閉PV-21A，切斷回流旁路，此后壓縮機(jī)的負(fù)荷由DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)或現(xiàn)場(chǎng)操作面板控制。

上述步驟結(jié)束后，壓縮機(jī)完成了開(kāi)車流程。隨后操作人員應(yīng)通過(guò)DCS/SIS時(shí)刻監(jiān)控所有過(guò)程參數(shù)和機(jī)器設(shè)備參數(shù)，保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)行；任何參數(shù)超限，都將導(dǎo)致壓縮機(jī)報(bào)警或停車。

4 正常停車或過(guò)程停車流程

在壓縮機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，由于裝置大修等原因，需DCS正常停車；或因過(guò)程參數(shù)超限，需DCS聯(lián)鎖停車時(shí)，停車流程如圖4所示。

壓縮機(jī)正常運(yùn)行中，當(dāng)收到HS-02A按鈕發(fā)出的正常停車命令或SD-I條件促發(fā)過(guò)程停車聯(lián)鎖命令時(shí)，需執(zhí)行停車程序：

1)首先停PC-01A，然后開(kāi)HE-10A，最后將壓縮機(jī)負(fù)荷保持在當(dāng)前負(fù)荷狀態(tài)30 min之后，將負(fù)荷調(diào)至50%。此時(shí)，若主電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)消失，表示壓縮機(jī)主電機(jī)確實(shí)處于停機(jī)狀態(tài)，需將壓縮機(jī)停機(jī)指示燈XL-02A點(diǎn)亮，然后進(jìn)入下一步。

2)壓縮機(jī)主電機(jī)停機(jī)后，潤(rùn)滑過(guò)程仍會(huì)延續(xù)一段時(shí)間。由于主電機(jī)停機(jī)后，PP-10A失去動(dòng)力，因此必須立即啟動(dòng)PP-11A為潤(rùn)滑油循環(huán)提供動(dòng)力，通常5 min足夠系統(tǒng)完成停機(jī)后所需的潤(rùn)滑過(guò)程，因此輔油泵啟動(dòng)5 min后，可再次關(guān)閉。

經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，壓縮機(jī)完成了停車流程，此時(shí)冷卻系統(tǒng)仍繼續(xù)運(yùn)行，以備壓縮機(jī)隨時(shí)可能重新啟動(dòng)。

圖4 正常停車或過(guò)程停車流程示意

5 緊急停車流程

壓縮機(jī)遇突發(fā)情況，需緊急停車[7]，當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)重大危險(xiǎn)源按下現(xiàn)場(chǎng)急停按鈕(UZHS-01A)或SIS緊急停車聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)，執(zhí)行SIS緊急停車動(dòng)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(guān)閉PV-21，將壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)到100%，最后停HE-10A和停PP-11A。此時(shí)，若主電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)消失，表示壓縮機(jī)主機(jī)確實(shí)處于停機(jī)狀態(tài)，此時(shí)將壓縮機(jī)停機(jī)指示燈XL-02A點(diǎn)亮，最終完成緊急停車程序。

6 SIS緊急停車和DCS停車的區(qū)別

針對(duì)SIS緊急停車以及DCS正常停車或過(guò)程停車兩種不同方式，執(zhí)行的流程既有相同點(diǎn)又有不同點(diǎn)。相同點(diǎn)是都停PC-01A，不同點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

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

2)壓縮機(jī)負(fù)荷控制方面，DCS正常停車或過(guò)程停車，最終將負(fù)荷調(diào)至50%，目的是為了后續(xù)可能重啟壓縮機(jī)而準(zhǔn)備的；而SIS緊急停車是將負(fù)荷直接調(diào)至100%。

7 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)不同的壓縮機(jī)，控制方案也有很大的差異。如何設(shè)計(jì)安全的聯(lián)鎖保護(hù)方案，如何制訂合理的開(kāi)停車流程，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)壓縮機(jī)設(shè)備和工藝流程特點(diǎn)對(duì)控制方案進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，最終為壓縮機(jī)用戶提供安全、可靠、長(zhǎng)期穩(wěn)定的控制方案。