空分车间二压站6#机控制系统升级改造

2017-02-28丛龙海

化工自动化及仪表 2017年7期

关键词：恒压导叶油泵

王鑫丛龙海乔祯

(中国石油大连石化公司)

空分车间二压站6#机控制系统升级改造

王鑫丛龙海乔祯

(中国石油大连石化公司)

根据空分车间二压站6#机的随机资料和控制原理图，通过自主设计和编程，整合机组IO点数，利用PLC进行控制，保证了机组的安全稳定运行。

喘振控制恒压控制机组状态

中国石油大连石化公司空分车间二压站6#机原为美国某公司生产的离心式压缩机，于1996年投用，出口能力可达0.79MPa，正常工况18 000m3/h，转速最高28 994r/min，主要保证全厂管网风压正常。原机组由就地操作盘和单板机进行控制，目前已使用20年，电子元器件部分老化严重，同时由于其操作记录、历史记录和事件记录功能不完善，因此公司决定对它进行升级改造。根据随机资料和控制原理图，通过自主化设计、编程，实现机组的安全平稳运行。本项目配置了美国AB公司的PLC控制器，通过触摸屏人机接口实现了机组状态信号的监视和控制。

1 机组现状

离心式压缩机的工作原理是气体进入离心式压缩机的叶轮后，在叶轮叶片的作用下，既随着叶轮做高速旋转，又在旋转离心力的作用下向叶轮出口流动，并受到叶轮的扩压作用，其压力能和动能均得到提高，气体进入扩压器后，动能又进一步转化为压力能，气体再通过弯道、回流器流入下一级叶轮进一步压缩，从而使气体压力达到工艺所需的要求。

现有机组设置了就地仪表盘启动，机组本身主要有3个电机定子温度、两个电机轴承温度、两个润滑油温度、1个润滑油压力、3个排气压力、4个振动、4个位移和1个电机电流模拟量信号显示。对电机状态、油泵、入口导叶和放空阀的控制，保证了机组的安全平稳运行。

2 机组控制设计

机组控制设计主要包括恒压控制、喘振控制、油泵控制、机组的加卸载控制和机组的停机控制。

2.1 恒压控制

空压机恒压控制系统由机组的4级出口压力、电机电流来实现对机组的入口导叶和放空阀的控制，以保证下游装置用风压力稳定。通过常规的PID调节入口导叶和放空阀，保证4级出口压力稳定。

入口导叶和放空阀不同时在PID自动模式，以电机电流低值CLL为分界点，电机电流体现出入口流量的变化，当电机电流值不小于CLL值时放空阀全关，自动调节入口导叶。当电机电流值小于CLL值时，入口导叶保持当前开度(发生CLL时)不变，自动调节放空阀，直到电流不小于CLL值。当电机电流值不小于CLH值(电机电流高值)时, 入口导叶开度不再增大；当电机电流不小于CLHH值(电机电流高高值) 时，入口导叶将以一定速率关闭，转入PID手动模式，直到电流小于 CLHH值。

2.2 喘振控制

喘振是当压缩机组的流量降到低于最小值时出现的一种突然逆流的现象。在喘振区域运行将会导致机组损坏。喘振控制器通过保持压缩机的流量在最小流量即喘振流量以上来防止出现喘振，最小流量是靠调节压缩机出口控制阀将气体循环回压缩机入口来实现的。对于离心式和轴流式压缩机，当入口吸入气体流量不能保持正常流量、维持正常压力时，会导致压缩机排出管中压力比内部压力高，气体发生瞬间倒流，发生喘振。当喘振发生时，气体的倒流又使得排出管件气体压力降低，内部压力升高，这样气体流量又恢复。等到出口压力升高达到喘振点时，下一喘振循环开始，直到有外部作用打破这种循环，否则喘振会一直持续下去。在压缩机的喘振过程中，压缩机的入口流量和出口压力会周期性地波动，造成压缩机入口和出口的温度急剧升高，机体振动增大，出口压力波动，使生产造成波动，严重时会损坏压缩机本体，使整个生产装置停工。

2.3 油泵控制

机组设置一台辅油泵，在开启主电机前，通过触摸屏手动启动辅油泵，当油压大于124kPa时，允许启动主电机；主电机运行后，油压大于170kPa且持续超过30s，油泵自动停止；主电机停止后油泵自动启动，主电机停止状态的判断根据两个条件：电气主电机控制触点反馈和主电机电流小于5A，两个条件满足一个即启动油泵。

3 改造重点

3.1 电机电流

电气专业来的电流互感器信号为0～5A，实际电流为0～300A，通过增加电流变送器，将0～5A的信号转换成4～20mA标准信号，4mA对应电机电流为0A，20mA对应电机电流为300A。

3.2 记录功能

控制系统中完善了报警功能、事件记录功能和趋式记录功能。所有操作均需要二次确认，可以记录首次停机原因并将停机时的画面冻结，即停机时记录第一停机原因并将画面的值保持在停机时的数值。开机条件和停机条件均单独设置监控画面，开机条件只有显示绿色才允许启动压缩机。参数设定画面可以查看各个报警、停机等设定值，并可通过按数值所在位置修改这些参数。设置了不同用户级别，只有具备工程师级别的用户才可以修改相关参数。

3.3 机柜配线

机组就地控制柜内的电源由电气专业提供，为380V(AC)电源，柜内配置了变压器，将380V(AC)电源转换成220V(AC)电源，同时设置24V(DC)电源，将220V(AC)电源转换成24V(DC)电源供控制系统使用。油泵电加热器等供电由380V(AC)电源完成。因此在机柜设置时考虑了不同级别电源线路的配置，通过设置不同的汇线槽，将不同种类的信号分开，避免不同电压间的相互干扰。同时对现场信号采用了不同颜色的导线标识，以区分不同功能的信号，联锁信号采用红色标识，控制信号采用黄色标识，显示信号采用白色标识。

3.4 机组状态

停机状态：主电机停止后，入口导叶开度0%，放空阀开度100%。

卸载状态：主电机启动后，入口导叶在3s内逐渐由开度0%打开至15%，放空阀保持开度100%。

加载状态：机组处于卸载状态，通过触摸屏切换至恒压状态的动态过程，入口导叶在5s内打开至100%，2s后，开始关闭放空阀，5s后放空阀开度0%。

恒压控制状态：加载过程结束后，系统根据CLL值分别调节入口导叶和放空阀开度以保持4级出口压力恒定。

3.5 喘振监测与控制

喘振监测以4级出口压力值的变化作为喘振发生的依据，控制系统在正常工况下根据电机电流进行防喘振控制，电流低于CLL值时通过调节放空阀放空部分出口气体，使压缩机流量增大，系统远离喘振工作点，达到预防喘振的效果。在0.5s的时间内，压力变化超过10psi(68.95kPa)即认为发生喘振1次。喘振发生后，系统自动卸载，将入口导叶关至15%，放空阀开至100%，系统卸载后5s自动加载至恒压控制。在10min内发生1～3次喘振，都会在自动卸载后自动加载至恒压控制，10min内发生第4次喘振，系统自动卸载后不再自动加载，直至操作员复位喘振次数和计时，以手动操作方式达到恒压模式。