往复式压缩机运行逻辑设计

谭海川 周少成 吴庆龙 (中国石油西气东输管道公司，上海 200122)

1 前言

文中压缩机运行逻辑设计是以燃驱往复式压缩机为例，压缩介质为天然气。机组燃驱部分为16V275GL+型号的美国GE瓦克夏公司发动机，发动机8对燃气缸成V字形排列；压缩机部分为MH66型号的美国GE喀麦隆公司压缩机，压缩机3对双作用气缸成卧式排列；压缩机控制系统采用美国AB公司PLC控制系统，编程软件为V19.0版本的Logix5000。

2 步骤设计

整个机组运行的大体步骤:机组启机前预润滑、置换、充压、发动机启动、机组预热、机组手自动加载、停机、机组停机后润滑。参与控制的设备包括:发动机、进出口阀门、进口阀门旁通、机组循环调节阀（回流）、循环调节阀旁通阀、放空阀、发动机曲轴箱排风机、压缩机预润滑油泵、后空冷风扇。机组运行转速范围在750-1000r/min，加载转速825r/min，入口压力范围0-4MPa,出口压力0-7MPa，压缩机功率2750KW。

2.1 文中涉及的机组工艺参数

（1）天然气压缩前压力（PT4001）;（2）天然气压缩后压力（PT4002）；（3）压缩机油压（PT4003）;（4）压缩机油温（TT4003）；（5）发动机油温（ECU.OUTtemp）;（6）发动机转速（Speed）

2.2 压缩机运行逻辑步骤设计

步骤1:启机前系统复位

启机前通过“复位”按钮实现对所有报警进行清零操作，当存在不能复位的报警时，需要到现场对报警信号进行检查排除。

启机前机组状态:机组进出口阀门、放空阀均为全关状态，循环调节阀和循环调节阀旁通阀为全开状态。

步骤2:启机条件满足，按"启动"按钮。

在程序中需要设计一个启动、停止按钮实现机组的正常启停控制。按“启动”按钮后，间隔5S启一台后空冷器风扇，同时对入口压力PT4001进行条件比较。由于后空冷器风扇功率较大，如果同时启动电源负荷较大，所以间隔5S启动。

条件比较:当0.3MPa

步骤3:油路预润滑，预润滑剩余时间(120s)

发动机自身有一套控制系统，通过PLC系统给发动机启机命令，发动机接收到启机命令后也开始启动发动机预润滑油泵。预润滑剩余时间根据工艺条件确定。

执行命令:启动压缩机润滑油泵、发动机曲轴箱排风机、发动机。

条件比较:PT4003<0.18MPa，进入步骤6；PT4003>0.18MPa，进入步骤7。

步骤4:管线压力低，正在充压…

执行命令:打开入口旁通阀对管线进行充压，循环阀全开。

条件比较:当PT4001>0.8MPa时，打开放空阀；当PT4422<0.8MPa时，进入步骤3。

步骤5:管线置换中，剩余时间(10s)

在入口压力小于0.1MPa时，此时压力低于大气压，工艺管道有可能有空气进入，此时需要通过天然气对工艺管道进行置换，防止管道内混有空气发生爆炸。

执行命令:打开入口旁通阀、放空阀，吹扫时打开循环阀旁通，延时5s结束关闭。

步骤6:油压建立失败，检查压缩机滑油系统

预润滑时压缩机油压太高或太低表示油路都存在问题，需要现场检查油路情况。

条件比较:当PT4001<0.8MPa时，返回步骤3。

步骤7:发动机启动中…

当speed>300r/min时，发动机启动成功。

执行命令:停预润滑油泵

步骤8:发动机启动成功，系统预热中…

发动机启动成功后系统开始预热，油路管线温度开始上升。油温太低，油的粘度大，润滑效果不理想。

执行命令:关闭入口旁通阀，打开出口阀。

条件比较:当 TT4003>36℃、PT4001>3.2MPa、ECU.OUT⁃temp>38℃三个条件同时满足时，进入步骤9。

步骤9:系统准备加载

通过手动加载按钮进入步骤13，自动加载按钮进入步骤10。

执行命令:打开入口旁通阀，出口阀保持打开。

步骤10:自动加载模式，升压过程中

执行命令:入口阀和出口阀保持打开

条件比较:当出口阀开到位，加载延时90s结束后，speed>824r/min时，进入步骤11。

步骤11:出口阀开到位/电机转速达到加载设定转速

入口阀和出口阀保持打开，循环阀自动关闭，设定压力后进入步骤12。

步骤12:升压正常，进入自动加载运行状态

入口阀和出口阀保持打开，循环阀投PID自动，转速投PID自动。速度<850r/min，延时5、10、15分钟分别开三对卸荷阀，速度>960r/min，延时5、10、15分钟分别关三对卸荷阀。

通过手动加载命令进入步骤13，停机命令到步骤14。

步骤13:手动加载状态

入口阀和出口阀保持打开，循环阀投PID手动，转速投PID手动。

步骤14:正常停机，系统正在降速/卸载

入口阀和出口阀保持打开，在步骤9、11、12都可以按停机命令，进入步骤14。在转速<825r/min且循环阀关度<5时，进入步骤15。

步骤15:正常停机，系统冷却运行剩余时间(180s)

卸载完成后，再运行一段时间后各气缸和轴承温度下降，转速达到最低转速750r/min。

入口阀和出口阀保持打开，延时180S后进入步骤16。

步骤16:系统停机，后润滑剩余时间（30s）

停机后对系统进行润滑是为了对系统冷却，带走余热。

该步骤进出口阀关闭，当PT4001>0.8MPa时，打开放空阀。在该步中预润滑油泵启动，启动时长30S。润滑延时结束后且PT4001<0.8MPa时，进入步骤17。

步骤17:系统停机，检查后按"复位"来清除停机条件

当PT4001>0.8MPa时，打开放空阀。

步骤18:系统紧急停机，现场及远程ESD信号被触发

触发条件:Local ESD、Remote ESD或紧急停机信号。

执行命令:停发动机，关卸荷阀，开放空阀，复位后进入步骤1。

以上步骤中涉及到的工艺参数值需要根据实际情况而设定。在手动加载状态发动机转速的升降不应太快（太快对机组机械损伤大），在程序中应对该问题进行单独编程，例如在每次转速升降时在前一时刻基础上加减5转，逐步达到设定值。

由于程序编写具有灵活性，整个机组的运行并不一定严格按照上面的模式进行，可以根据具体情况自己定义启机步骤。但是如果逻辑不合理，机组跳过某一步执行会给机组带来莫大损害。例如，上述步骤中如果跳过步骤3，即缺少发动机转动前压缩机预润滑这一步，直接从步骤2到步骤4，那么机组油路未得到提前润滑和检查，转动部位未得到充分的润滑，不仅影响机组各个转动部件寿命，还可能因为机组油路存在问题，强制启机后油压建立不成功导致机组异常停机。总之，不管系统执行哪一步，都要考虑当前步骤的合理性及后续步骤之间逻辑的正确性。

3 结语

设计一套完整的机组控制系统，它不仅包括硬件选型、下位机PLC程序设计，还包括上位机、触摸屏画面组态以及整个系统的网络规划。而机组的运行逻辑设计也仅仅是PLC程序设计中的一小部分，此外程序设计还包括机组阀门开关、风扇启停、油泵启停、机组手自动加载状态的PID控制设计、机组紧急停机逻辑设计等。对于多台压缩机运行的工厂，往往还需要考虑多台机组的负荷分配设计，即当所有机组具备备用条件时，根据负荷情况自动地启动一台或多台机组，从而满足生产运行情况。

本文机组运行逻辑设计具有局限性，不同的往复式机组设计肯定存在差异，在这里仅通过此文让更多人熟悉往复式压缩机组的整个运行过程。