李偉家，周華偉

(1. 中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223; 2. 武漢江漢化工設(shè)計有限公司，湖北 武漢 430223)

壓縮機是石化行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，壓縮機安全、連續(xù)、穩(wěn)定的運行對企業(yè)具有重大意義。壓縮機控制系統(tǒng)(CCS)通過專用的控制系統(tǒng)實現(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[3]，但費用普遍較高。相比CCS方案，利用分散控制系統(tǒng)(DCS)實現(xiàn)壓縮機的常規(guī)控制和一般聯(lián)鎖，利用安全儀表系統(tǒng)(SIS)實現(xiàn)壓縮機的緊急停車聯(lián)鎖，該控制方案不僅克服了費用高的缺點，而且能保證壓縮機的可靠、安全運行。針對某實際項目中電機驅(qū)動壓縮機的案例，本文簡要介紹了壓縮機的工藝流程，重點闡述了該種控制方案中的壓縮機聯(lián)鎖保護、開車和停車流程方案，供工程設(shè)計人員借鑒參考。

1 壓縮機工藝流程

某低溫乙烯儲罐項目有2套參數(shù)完全相同的電機驅(qū)動壓縮機，壓縮機廠家未提供成套壓縮機控制系統(tǒng)，壓縮機的聯(lián)鎖控制、開停車均由DCS/SIS完成。經(jīng)過壓縮機壓縮，使儲罐中乙烯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 ℃。

壓縮機的工藝流程如圖1所示，每一級壓縮都經(jīng)過對應(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，采用二級壓縮，使得工藝氣的工藝參數(shù)達到用戶的要求。通過控制3臺電磁閥XN-09A/10A/11A，實現(xiàn)壓縮機的負荷控制，XN-09A/10A分別控制一級壓縮腔室的2個卸荷閥，XN-11A同時控制二級壓縮腔室的2個卸荷閥，當電磁閥勵磁時，對應(yīng)的卸荷閥處于無負載位置，當電磁閥非勵磁時，對應(yīng)的卸荷閥處于工作位置。

圖1中，當3臺電磁閥均非勵磁時，負荷為100%；當3臺電磁閥均勵磁時，負荷為50%；當XN-10A勵磁，XN-09A/11A非勵磁時，負荷為75%。在工藝氣出口和入口之間設(shè)置了回流旁路，當入口工藝氣流量不足時，可通過打回流的方式保證壓縮機的入口流量；當希望負荷控制在50%～100%的任意數(shù)值時，可通過調(diào)節(jié)回流旁路閥PV-21A實現(xiàn)。

由于本文重點介紹的是壓縮機控制原理，為方便描述，未介紹圖1中的三重化冗余測量儀表[4]PXI-01A等。

圖1 壓縮機的工藝流程示意

潤滑油是壓縮機正常運轉(zhuǎn)過程中不可缺少的一部分，圖2展示了潤滑油系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。

圖2 潤滑油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

該系統(tǒng)中，潤滑油的循環(huán)動力來源于主油泵PP-10A或者輔油泵PP-11A。溫度相對較低的潤滑油，通過吸附壓縮機運行產(chǎn)生的熱量使溫度升高，隨后潤滑油流動到油冷器ET-12A，隨著熱量被冷卻水吸附帶走，導(dǎo)致潤滑油溫度降低，最后潤滑油重新回流到壓縮機去吸附熱量。如此循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)對壓縮機的散熱，起到保護壓縮機的作用。主油泵由壓縮機提供動力，輔油泵由獨立的電機驅(qū)動，當壓縮機停機后，主油泵失去動力，無法正常運轉(zhuǎn)，如果此時仍需潤滑油保持正常工作狀態(tài)，只能通過啟動輔油泵的方式來提供動力。油加熱器HE-11A用于對潤滑油加熱，只有在潤滑油溫度低時啟動。另外壓縮機主電機PC-01A內(nèi)部設(shè)置了1臺空間加熱器HE-10A，該加熱器的啟停由主電機運行狀態(tài)決定，主要是為了避免主電機停機時出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。

2 壓縮機聯(lián)鎖保護

壓縮機聯(lián)鎖保護由DCS和SIS共同完成，其中SIS設(shè)計為故障安全性[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是為了保護壓縮機設(shè)備而采取的一般措施，當SD-I聯(lián)鎖條件表中任何1個條件滿足時，均執(zhí)行停車聯(lián)鎖動作。聯(lián)鎖動作包括： 停壓縮機主電機PC-01A，啟動PP-11A，工藝氣回流閥PV-21全開，壓縮機負荷調(diào)到零，停車指示燈XL-13A亮。SD-I聯(lián)鎖條件見表1所列。

表1 SD-I聯(lián)鎖條件

2.2 SIS緊急停車聯(lián)鎖

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

2.3 油泵聯(lián)鎖

當潤滑油油位低或者潤滑油油壓低時[6]，關(guān)閉HE-11A，啟動PP-11A，同時普通報警燈XL-12A亮。

2.4 油加熱器聯(lián)鎖

當管路油溫TAL-10A低時，啟動HE-11A，當管路油溫TAH-10A高或壓縮機限速器油溫TAH-30A高時，關(guān)閉HE-11A，同時普通報警燈XL-12A亮。

3 壓縮機開車流程

當壓縮機完成試車和吹掃后，壓縮機進入準備開車狀態(tài)，壓縮機的開車流程如圖3所示。

圖3 壓縮機開車流程示意

1)系統(tǒng)進行預(yù)啟動聯(lián)鎖(Pre-SI)條件判斷。Pre-SI條件內(nèi)容見表2所列，只要表中有1項事件出現(xiàn)，表示未達到壓縮機預(yù)啟動的要求，此時要求開車人員應(yīng)采取相應(yīng)措施，待問題解決后才可以使系統(tǒng)達到預(yù)啟動聯(lián)鎖的要求，點亮預(yù)啟動聯(lián)鎖達標指示燈XL-14A，進入下一步。

2)當開車人員按下開車按鈕HS-01A后，系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)啟動動作。首先，將壓縮機負荷調(diào)至50%；其次，啟動PP-11A，使系統(tǒng)進入潤滑油預(yù)潤滑階段，在預(yù)潤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)進入啟動聯(lián)鎖(SI)條件判斷，SI條件內(nèi)容見表3所列。只要表中有1項異常條件出現(xiàn)，表示未達到壓縮機啟動的要求，程序等待，直到開車人員采取相應(yīng)措施解決所有異常問題，使系統(tǒng)達到啟動聯(lián)鎖的要求，此時點亮啟動聯(lián)鎖達標指示燈XL-11A。

表3 SI條件

4)當開車按鈕HS-01A命令仍有效時，向MCC發(fā)送啟動PC-01A的命令；等系統(tǒng)接收到主機運行反饋信號后，點亮壓縮機運行指示燈XL-01A。

5)在主機啟動運行2～15 min后，停PP-11A，并熄滅輔油泵狀態(tài)指示燈XL-03A。

6)進入壓縮機操作控制過程，延遲特定時間后，關(guān)閉PV-21A，切斷回流旁路，此后壓縮機的負荷由DCS遠程調(diào)節(jié)或現(xiàn)場操作面板控制。

上述步驟結(jié)束后，壓縮機完成了開車流程。隨后操作人員應(yīng)通過DCS/SIS時刻監(jiān)控所有過程參數(shù)和機器設(shè)備參數(shù)，保證壓縮機的安全運行；任何參數(shù)超限，都將導(dǎo)致壓縮機報警或停車。

4 正常停車或過程停車流程

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

壓縮機正常運行中，當收到HS-02A按鈕發(fā)出的正常停車命令或SD-I條件促發(fā)過程停車聯(lián)鎖命令時，需執(zhí)行停車程序：

1)首先停PC-01A，然后開HE-10A，最后將壓縮機負荷保持在當前負荷狀態(tài)30 min之后，將負荷調(diào)至50%。此時，若主電機運行反饋信號消失，表示壓縮機主電機確實處于停機狀態(tài)，需將壓縮機停機指示燈XL-02A點亮，然后進入下一步。

2)壓縮機主電機停機后，潤滑過程仍會延續(xù)一段時間。由于主電機停機后，PP-10A失去動力，因此必須立即啟動PP-11A為潤滑油循環(huán)提供動力，通常5 min足夠系統(tǒng)完成停機后所需的潤滑過程，因此輔油泵啟動5 min后，可再次關(guān)閉。

經(jīng)過上述過程，壓縮機完成了停車流程，此時冷卻系統(tǒng)仍繼續(xù)運行，以備壓縮機隨時可能重新啟動。

圖4 正常停車或過程停車流程示意

5 緊急停車流程

壓縮機遇突發(fā)情況，需緊急停車[7]，當操作人員發(fā)現(xiàn)重大危險源按下現(xiàn)場急停按鈕(UZHS-01A)或SIS緊急停車聯(lián)鎖發(fā)生時，執(zhí)行SIS緊急停車動作。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，將壓縮機負荷調(diào)到100%，最后停HE-10A和停PP-11A。此時，若主電機運行反饋信號消失，表示壓縮機主機確實處于停機狀態(tài)，此時將壓縮機停機指示燈XL-02A點亮，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SIS緊急停車以及DCS正常停車或過程停車兩種不同方式，執(zhí)行的流程既有相同點又有不同點。相同點是都停PC-01A，不同點有以下幾點：

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

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

7 結(jié)束語

針對不同的壓縮機，控制方案也有很大的差異。如何設(shè)計安全的聯(lián)鎖保護方案，如何制訂合理的開停車流程，需要設(shè)計人員根據(jù)壓縮機設(shè)備和工藝流程特點對控制方案進行改進、優(yōu)化，最終為壓縮機用戶提供安全、可靠、長期穩(wěn)定的控制方案。