压缩机组和SCADA系统联锁控制逻辑解析

2015-01-13王海峰

化工自动化及仪表 2015年6期

王海峰

(中国石油西气东输管道公司赣湘管理处，南昌 330038)

目前西气东输二线压气站的数据采集与监控系统(SCADA)能够监控并采集压缩机组的运行数据，同时具备对机组启动条件、负载分配及联锁停机等的控制功能[1]。每年站场仪表检定和SCADA系统春(秋)检作业时对机组运行会有很大影响，特别是当管道向下游供气需求量大又不允许停机时，理清压缩机组和SCADA系统间的联锁逻辑，提出必要的风险防范和控制措施，保证机组连续运行不受影响，对于仪表检定、SCADA系统周期性维检作业和机组运行管理具有非常重要的意义。

笔者通过对压缩机组和SCADA的联锁控制逻辑进行解析，针对关键风险点提出有效的风险防范和控制措施，确保在不停机的情况下开展仪表检定和SCADA在春(秋)检时的正常作业。

压缩机组与SCADA系统联锁控制逻辑包括联锁保护停机和正常启停机两种。现以南昌压气站RR(Rolls-Royce)压缩机组为例进行说明。

1.1 联锁保护停机

SCADA系统联锁保护停机分为四级，分别是正常保护停机、可燃气报警联锁停机、全站ESD联锁停机和压缩机本体保护停机。

正常保护停机逻辑的触发条件：压缩机组入口汇管压力低低报警，压缩机组入口汇管上安装有3台压力变送器(位号PT4001、PT4002和PT4003)，当其中的任意两台压力低于3.8MPa时触发保护停机；压缩机组出口汇管压力高高报警，压缩机组出口汇管上安装有3台压力变送器(位号PT4004、PT4005和PT4006)，当其中的任意两台压力高于10.5MPa时触发保护停机；压气站出口汇管温度高高报警，站场出口汇管上安装有3台温度变送器(位号TT1301、TT1302和TT1303)，当其中的任意两台温度高于65℃时触发保护停机；空压机出口汇管压力低低报警，空压机出口汇管上安装有3台压力变送器(位号PT10101、PT10102和PT10103)，当其中的任意两台压力低于600kPa时触发保护停机。可以看出，4种触发条件各自均为三选二逻辑类型，任意条件满足后均能触发机组停机。

正常保护停机逻辑的执行过程：以上变送器AI回路直接接入SCADA系统的SIS[2]，SIS给出的保护停机信号经RS485通信方式输出至SCADA系统的PLC[3]，PLC再通过DO回路输出停机信号给机组控制系统(UCS)，最终由UCS执行正常停机(带压停机)，并且仅当机组控制模式为远程(Remote)时正常保护停机信号才有效，否则不会执行机组停机。

可燃气报警联锁停机逻辑的触发条件是，压缩机厂房内每台机组各安装3台红外可燃气体探测器，所有探测器中只要有两个或两个以上浓度高高报就触发压缩机组停机。其中，可燃气体探测器浓度高高报警DI回路直接接入SCADA系统的SIS，SIS通过DO回路输出停机信号到UCS，由UCS执行紧急停机(不带压停机)。

全站ESD触发条件：站场任意ESD按钮按下；北京调控中心下发ESD命令；压缩机厂房内每台机组前后各安装4台火焰探测器，所有探测器中有两个或两个以上报警。3种触发条件任意条件满足均触发全站ESD进而联锁停机。其中，ESD按钮、火焰探测器报警DI回路直接接入SCADA系统的SIS，SIS通过DO回路输出停机信号到UCS，由UCS执行紧急停机(不带压停机)。

压缩机本体保护停机逻辑的触发条件：进站压力低于下限，此压力变送器不同于正常保护停机逻辑中的变送器，当压力低于5.5MPa时触发机组停机；出站压力高于上限，此压力变送器不同于正常保护停机逻辑中的变送器，当压力高于10.5MPa时触发机组停机；加载阀前后压差信号丢失或差压过高都会触发机组停机。以上变送器AI回路信号直接接到UCS，由UCS执行停机[4]。

1.2 正常启机控制

1.2.1压缩机远程启动逻辑

在SCADA系统中远程启动压缩机组前需同时满足：自用气满足启机条件，即自用气撬进气阀应全开到位；空气供气系统满足启机条件，包括空压机出口压力大于650kPa，且无空气供气出口水露点高报警(水露点不大于-20℃)；相关站场进站、出站阀全开到位，越站阀全关到位；无压缩机入口压力低报警、压缩机出口超压报警和压缩机出口超温报警；可燃气体和火焰探测器满足启机条件，即无可燃气浓度报警和火焰探测器报警。

当以上所有条件满足后才能在SCADA远程启动压缩机组。下发启机命令的同时自动启动压缩机厂房通风系统,当压缩机厂房通风系统满足启机条件，包括所有进风机全部处于运行状态、排风机运行数量大于4组(每两个排风机一组)，15min后自动启动压缩机组。PLC通过DO回路输出启动信号到UCS，由UCS执行启机[5]。

双机运行时，在SCADA系统中设定机组进口/出口压力，机组自动进行调速负载分配。

1.2.2后空冷控制逻辑

压缩机组后空冷受SCADA系统控制。正常情况下，所有后空冷支路的进口阀全开到位，相关工艺阀和空冷器风机处于自动、远控和无故障状态。南昌站共有26台空冷器，配置见表1。

表1 南昌站空冷器配置

后空冷工艺阀控制。当有一台压缩机组运行时，自动打开后空冷出口阀XV4702#、XV4704#、XV4706#，同时关闭后空冷旁通阀XV4601#。当有两台压缩机组运行时，再自动打开后空冷出口阀XV4708#。当有两台以上压缩机组运行时，再自动打开剩余后空冷出口阀XV4710#、XV4712#。

后空冷风机启动步骤：

a. 当后空冷进口温度TT4002超过52℃且XV4702#阀全开到位，自动启1#组空冷器风机；

b. 当后空冷出口温度TT4003超过52℃但低于60℃时，后空冷风机慢速启动条件成立，2min后若温度条件仍满足且XV4702阀全开到位，自动启2#组空冷器风机；

c. 若温度条件仍然满足且其余后空冷支路出口阀全开到位，则重复逻辑b直至所有空冷器风机全部启动；

d. 当后空冷出口温度TT4003高压60℃时，后空冷风机快速启动条件成立，每组风机启动延迟由2min缩短至10s，即10s后若温度条件仍满足且XV4702阀全开到位，自动启2#组空冷器风机。

e. 若温度条件仍然满足且其余后空冷支路出口阀全开到位，则重复逻辑d直至所有空冷器风机全部启动。

后空冷风机停机步骤：

a. 当后空冷出口温度低于40℃时，后空冷风机停机条件成立；10min后，若温度条件仍满足，则自动关闭2#组空冷器风机。

b. 再过2min后，若温度条件仍然满足，则自动关闭3#组空冷器风机。

c. 重复上述逻辑，直至所有风机全部停机。

d. 如果某空冷器风机振动高报警，则自动停该风机。

2 风险控制

2.1 仪表检定

在对涉及正常保护停机逻辑的压力和温度信号变送器进行检定时，将机组运行模式切换到就地(Local)，并将SCADA系统PLC机柜内对应正常停机信号DO的输出端子断开，确保不会导致机组停机；在对涉及压缩机本体保护停机逻辑的压力和差压信号变送器进行检定时，一般选择机组停机期间完成检定，但如果生产运行不允许停机，可临时在机组PLC程序中对相应信号进行强制，同时安排人员在现场对一次表进行实时监视，待变送器检定安装完毕且数据恢复正常时取消信号强制即可；在对涉及后空冷控制逻辑的温度信号变送器进行检定时，可临时在SCADA系统PLC程序中对相应温度信号进行强制，避免空冷器风机误启动和停止。

在对涉及可燃气报警联锁停机逻辑的可燃气体探测器进行检定前，应将SIS进行ESD休眠，对应紧急停机信号DO输出端子全部断开；检定测试完毕后立即启动压缩机厂房内所有停止的进风机和排风机，将测试标气迅速排出。在对涉及全站ESD联锁停机逻辑的火焰探测器进行检定前，也将SIS进行ESD休眠，将应紧急停机信号DO输出端子全部断开；同时检查运行机组燃气轮机(GG)箱体视窗是否已关严，并用黑布将视窗遮蔽，防止火焰探照灯测试角度偏差造成机组GG箱体内部的火焰探测器报警引发停机。

2.2 SCADA系统维护

在进行全站ESD实际动作测试(但不实际放空)时，由于机组是否紧急停机成功不影响全站ESD其他逻辑的执行，也不影响全站ESD紧急停站是否成功，为避免造成机组紧急停机，可将ESD机柜内对应机组紧急停机信号的DO输出端子断开，通过测量该DO通道是否有24V(DC)输出判断机组紧急停机命令是否已正确给出。另外，ESD实际动作测试时会将站场进站阀和出站阀关闭，使得压缩机组不能带负载运行，因此压缩机组仍需停机，需在测试前将运行的压缩机转速降至怠速或停机。

SCADA系统的PLC或SIS冗余测试时，应将机组运行模式切换到就地(Local)，将SIS进行ESD休眠，将SCADA系统PLC机柜内和SIS机柜内的停机信号DO输出端子全部断开，确保测试对机组运行无影响。

SCADA系统故障处理等非周期性维护作业时，充分掌握联锁逻辑并做好相关风险控制措施，保证无意外事故发生。