制氧机空气压缩机组的DCS自控及改进

林兴

摘 要：应用DCS控制空气压缩机可以提高效率和经济效益。文章主要介绍和分析了制氧机空气压缩机组的自控内容和原理，并提出了改善其停车事故频发的改进方法。

关键词：空气压缩机组；恒压控制；改进方法

1 引言

空气压缩机有非常广的应用层面，例如在炼钢、炼铁、供水等行业，作为这些行业不可缺少的氧气供给来源，其应用量非常大。但是，低效率和高故障率的传统空气压缩机组并不能满足钢铁等行业迅猛发展的要求。近些年来，随着分布式控制系统的发展，使得用DCS对空气压缩机组进行控制成为了可能，使用DCS对其进行控制的普及，起到了对空气压缩机组的改造和完善的作用，有效的提升了空压机的自动化水平，配合更为先进调节器和传感器，还可以对控制回路进行简化，可以轻松实现执行逻辑功能，提高了回路调节的能力。应用DCS自控系统进行控制，除了具有很好的控制效果外，还具有较强的抗干扰能力，对工作环境要求不高，大大提升了空压机组运行的安全稳定性，此外，其经济效益也非常显著。

2 自控内容和原理

2.1 基本控制

根据空气分压工艺的特点要求，对空压机机组的控制可采用恒压控制方式。此外，为了提升空气压缩机在运行时的稳定性，还考虑加设防喘振控制、事故联锁停车控制等安全保护控制。

2.2 恒压控制

作为空气压缩机常用的一种控制方法，恒压控制能在机组容量改变时，保证压缩空气以接近恒定压力输出。利用恒压控制空气压缩机，其转速在拖动电动机是不变的，主要是通过控制入口导叶的开度来实现的，而调节导叶则需要用到恒压控制器，它的作用是在空气压缩机的出口处对空气压力进行采集，将采集到的数据作为输入量，再比较所设定值，最后利用PID调节器将输入量进行调节，得到的输出量用来对入口导叶的开度进行调控。

2.3 安全保护控制

2.3.1 防喘振保护控制

空气压缩机喘振现象主要包括：空气压缩机的动力来源，即电动机的电流表和功率表有较大的波动量；空气压缩机剧烈振动，出口压力升高后迅速下降，气流伴有较大的噪声，且其流量大幅下降，甚至有吸气管道空气倒流现象。

发生喘振的原因与叶片周围气体流量有关。当叶道气体流量过小时，叶片的物理构造和气流发生冲突，致使叶片凸面的气流发生脱离正常流通轨道，造成气体滞流，压缩机内部压力下降，引起气流倒吸，产生振动，即喘振。而空气压缩机在运行过程中，引起叶片周围气体流量异常的因素主要包括以下几方面：①压缩机的流道堵塞，例如冷却器结垢、过滤器堵塞。②压缩机空气分压系统故障，例如换热器阀门无法打开。③放空阀出现故障，其在需要打开时不能及时动作。

防喘振系统对于提升空气压缩机的安全性有很大帮助。为了抑制喘振，需要对空气压缩机的出口压力和流量进行调控，其中通过对入口阀和放空阀的开度进行调节是较为有效的一种方式。防喘振贯穿空气压缩机机组的工作过程，当压缩机出现喘振情况时，系统自动打开放空阀以降低出口压力。

2.3.2 电动机过载保护

设置此保护控制的目的是防止电动机过载，电动机过载保护调节器在流经电动机的电流大于额定值时动作，并和出口压力调节器相叠加共同作用对空气压缩机的入口阀开度进行调节，以达到保护电机的作用。

2.3.3 出口压力过高保护控制

空气压缩机在恒压控制下，若调节其入口阀开度仍无法令出口压力保持在设计值附近，此时，出口压力过高保护调节器便会和防喘振调节器共同动作，通过对放空阀开度的调节来抑制过高的出口压力。

2.4 空压机起动及停车联锁的逻辑控制

2.4.1 空气压缩机起动逻辑

空气压缩机的起动需要满足以下条件，首先入口导叶应处在预备起动状态，其次，防喘振阀需彻底打开，电控单元无异常，最后油温、油压、冷却水流量均需满足起动要求数值。此时，在正常情况下机旁柜中应显示起动信号灯亮，可以起动电动机，测振仪报警将增至30s左右，若振动值成倍增趋势，且空气压缩机在倍增报警时间里还处在联锁停车状态，那么30s过后，系统将自动解除倍增报警。空气压缩机处于同步运转时，其自动加载伴随防喘振阀Sv1001的得电而动作。

起动空压机之前应将油箱加热器、辅油泵转换开关等调至自动位置。当管道油压无异常时，DCS将自动停止或起动油箱加热器，以达到调节的作用。当电动机和空压机同步后，齿轮泵动作，油压经DCS判断后，如若正常，操作人员方可停止辅助油泵。若供油总管压力过低，小于要求值0.12MPa或停车时，DCS会再次起动辅助油泵。

2.4.2 空气压缩机停车逻辑

当发生诸如空气压缩机的轴振动强烈、轴位移过大、轴承温度过高、导叶开度过小以及电动机轴承温度异常等情况时，空气压缩机应立即停车。这里所说的停车指将拖动空气压缩机的电动机停止转动，将防喘振阀打开到最大程度、关闭入口导叶，并起动辅助油泵等一系列动作。空气压缩机停车操作顺序应是先使空压机轻载，再按动空压机气路图上停车按钮。

2.4.3 空压机的起动、恢复加载

空压机的起动有两种方式，一种是电控柜中起动，另一种是中控室起动。值得注意的是，对于后种方式，应该将旋钮转至“自动”起动档位。

图1所示为入口导叶控制示意图，当电动机处于加载状态时，入口导叶将打开至最小开度（全开度的10%），若在20s内，人口导叶的开度反馈仍未超过7%，那么空压机便会起动联锁停车动作。若超过7%，那么导叶受爬坡器控制，其开度将逐渐增大，当增至最大开度时，放空电磁阀将得电动作，放空阀又在爬坡器的控制下，由最大开度逐渐关闭。如若排气压力接近设定值时，恒压控制器将自动起动，自动控制入口导叶；当入口差压很小而未能对喘振造成影响时，防喘振控制器便以串级形式投入，能够自动控制放空阀V1006。操作人员通过对压力设定值的更改，能够使空压机以额定压力运行。此外，DCS控制中还加设了防超压控制器PICA1006和电动机限流控制器IICA2301，在排气压力数值或电动机电流值在设定值以上时，PICA1006动作使放空阀打开，入口导叶开度将变小，达到卸压或降低负载的目的。

当空压机的排气压力过高、发生喘振或者预冷系统故障时，空压机将会发生轻载。此时，放空阀将会全部打开，并且入口导叶限位也将降至0%，在消除故障后，操作人员便可利用“恢复加载”按钮来对空压机进行自动恢复。

3 改进方法

为使设备运转正常，在勘查并分析放空阀的定位器故障之后，发现故障起因在于放空阀振动幅度过大，长时间振荡必然损坏定位器，使其工作产生异常。在系统全面调研定位器产品后，发现山武分离型智能定位器AVP200在防振方面性能优良，用其作为替代产品，使用效果非常好，但是空气压缩机的原装定位器由于其传动方式的限制，使得不能直接替换分离型智能定位器，需对传动方式进行更改，即需对安装支架进行再设计，方可满足工艺要求。

4 结束语

目前，多数空压机组在控制方面仍采用传统的过程控制方式对各个锅炉控制回路进行控制，这种方式不但可靠性差、效率低下，而且耗能严重。相比之下，采用DCS对空压机组进行控制，在很大程度上减少了设备的维护成本，提高了系统工作效率，进而达到减小能耗、提高节能效果、提高系统调节质量的目的，从而使空压机组能够经济可靠地运行。

参考文献

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