再生气压缩机控制系统应用与改进

任攀，裴爽，梁蕊，黄飞飞，于姝彦，朱华峰

（1.中国石油四川石化南充炼油厂，四川南充637000；2.中国石油西南油气田a.采气工程研究院；b.通信公司；c.安研院计量检测中心，四川南充637000；3.中石油新疆油田公司供水公司，新疆克拉玛依834000）

南充炼油厂芳构化装置的原压缩机组由于设备落后老化、工作条件差等因素，造成检维修难度大、检修频率和维护成本高等问题。该公司2011年8月利用装置再生周期间隙对机组进行更换。新压缩机为两列对称布置的一级双作用气缸（两只并列）往复式活塞机组。再生气压缩机是芳构化装置再生工艺中氮气循环使用的关键设备，机组正常平稳运行需要一套与之相匹配的控制系统。由于再生压缩机组在原有机房内进行更换改造，控制电缆敷设、仪表测量引线安装受到了很大的局限，因而现场使用无纸记录仪作为控制单元，具有投入成本少、控制方案简单可行、仪表维护工作量少等特点。无纸记录仪对现场数据实时监控，输出的节点信号串入电控柜二次控制回路，实现温度和压力的报警与联锁功能，电控柜通过电缆与就地仪表柜中部的防爆操作箱相连接。防爆操作箱面板上设有相关操作指示灯，开停机操作和相关提示在操作箱面板上完成。压缩机按照装置再生周期投用，未达到开机条件时，操作人员无法启动机组。

1 控制系统构成和要求

1.1 机组运行参数控制说明

压缩机采用降压启动，并设有报警联锁系统。就地显示和报警联锁保护项目见表1所列。

表1 压缩机仪表显示与报警联锁参数

续 表 1

1.2 控制系统的构成

2台压缩机分别使用2台无纸记录仪实现温度和压力的报警与联锁功能，无纸记录仪输出的节点信号串入电控柜二次控制回路，电控柜通过电缆与就地仪表柜中部的防爆操作箱相连接。仪电信号控制流程如图1所示。

图1 仪电信号控制流程

无纸记录仪、防爆操作箱、接线箱、压力变送器统一集成在就地仪表控制柜中。压缩机正常运行后如果出现故障而自动停机，操作员可按下报警复位按钮，消除报警，然后根据报警停机指示内容，排除故障后即可重新开机。值得一提的是，压缩机正常运行时，如果外界扰动进入系统润滑油压，导致润滑油压力低报警出现而未达到联锁值，即油压为0.15～0.20MPa时，润滑油辅泵自启动。电气控制系统设计鉴于对机组安全考虑，认为主油泵或无纸记录仪出现故障，因而辅泵持续运行以维持油压，即便在防爆操作箱面板使用“辅泵停”开关也不能奏效。惟一的解决方法是停压缩机，检查确认无误后重新开机。

2 无纸记录仪控制逻辑

无纸记录仪实现功能主要有采集现场仪表的压力、温度信号；实现压力变送器配电功能；实现温度和压力报警联锁触点输出；参数趋势及历史数据存储。现场所有温度测点信号来自热电阻（Pt100），压力测点信号来自压力变送器。当进气温度T102≥40℃或排气温度T104≥120℃时，触点闭合，此时防爆操作箱面板上指示灯“进气温度高”或“排气温度高”亮；当供油温度T303≥55℃或电机A相温度T105≥110℃时，触点闭合，此时指示灯“供油温度高”或“主电机温度高”亮；当进气压力p102≤0.15MPa时，触点闭合；当排气压力p104≥0.43MPa时，触点闭合，此时指示灯“进气压力低”或“排气压力高”亮。现场压力变送器采用二线制信号传输，因而需要无纸记录仪24V直流电源模块供电。

对于电机B相、C相温度（T106，T107）而言，在无纸记录仪中实现的功能与电机A相温度相同，其中任意温度达到报警值或者故障值时，防爆操作箱面板上指示灯“主电机温度高”都会亮。

当供油压力p304≥0.35MPa时，触点闭合，达到开机条件，防爆操作箱面板上指示灯“允许开机”亮；当p304≤0.20MPa时，触点闭合，压力低报警条件成立，指示灯“润滑油压力低”亮，此时辅泵自启动；当p304≤0.15MPa时，触点闭合，低压联锁条件成立，机组停车，指示灯“压缩机停”亮。

3 控制执行单元电气原理

3.1 辅助润油泵自启停电气原理

辅助润油泵在机组安全运行策略上起着重要作用，辅泵自启停电气原理如图2所示。启动辅泵提升油压是机组开车的前提条件，从辅泵开控制自保持电路来看，启动按钮SB6触发交流接触器KM3闭合，辅泵开始运行。当p304尚未到达0.35MPa时，一旦出现故障，人工点击停止按钮SB5，辅泵停止运行；当p304到达0.35MPa时，无纸记录仪PS3－1触点闭合，KA2继电器励磁，KA2常闭触点断开，辅泵停止运行，此时“允许开机”指示灯HL7亮。

图2 辅泵自启停电气原理

机组启动运行正常后，来自主电机交流接触器KM的常开触点闭合，润滑油自启动电气控制回路处于等待状态。当p304＜0.20MPa时，无纸记录仪PS3－2触点闭合，KA4继电器励磁，辅泵自停控制回路中的KA4常闭触点断开，确保KA2继电器失电。辅泵自启控制回路中的KA2常闭触点保持闭合，KA4常开触点闭合，完成辅泵自启过程。由于润滑油自启动电气控制回路是一个自保持电路，一旦无纸记录仪PS3－2触点闭合，KA4继电器始终励磁。这样在辅泵开停控制回路中，KA2常闭触点和KA4常开触点始终闭合，辅泵持续工作。如果机组恢复正常工作状态，欲想停辅泵的先决条件是KM常开触点断路，惟一的办法是使压缩机电机停运。

3.2 报警和联锁电气原理

机组的报警和联锁是给操作人员提示和保护机组运行的必要措施。报警和联锁电气原理如图3所示。图中自上而下，无纸记录仪压力和温度触点PS1，PS2和TS1～TS6在满足条件时，报警 指示灯被点亮。

图3 报警和联锁电气原理

联锁停机自保持电路的关键点在于PS3－3触点。在压缩机停机电气控制回路中取中间继电器KA5的一个常闭触点，KA5励磁，则压缩机停机。停机后，停机控制回路一直起作用。待油压恢复正常时，按下报警复位按钮SB7，可以消除联锁和报警。

4 控制系统报警联锁技术改进

4.1 润滑油压力低报警远程指示

润滑油压力是确保机组安全运行的重要因素，润滑油压力过低容易损坏机组部件。为让操作人员第一时间感知润滑油压力正在下降的趋势，必须将压力低报警引入DCS操作站显示画面。压缩机厂家在设计时只考虑了现场润滑油压力低报警，没有考虑到压力信号分配或者远程报警的问题。笔者认为图2中，中间继电器KA4与压力低报警有密切关系。因此，取KA4上一对常开无源触点送入控制室操作站实现预报警功能。

4.2 润滑油压力低联锁可靠性措施

联锁停机自保持电路的关键点在于PS3－3触点是否能及时有效闭合。运用冗余的概念，在图3报警停机控制回路中的138和139节点并联压力开关触点，做到联锁可靠性保障。笔者选用的是机械压力开关，压力范围为0.01～0.25MPa，触点容量：Umax＝250V（AC），Imax＝5A，Pmax＝1.25× 103W，控制器设定值可调，死区小于0.01MPa。该压力开关通过纯机械形变导致微动开关动作。当压力增加时，作用于传感压力元器件产生形变，并向上移动，通过栏杆弹簧等机械结构，最终启动最上端的微动开关，使节点信号输出。

5 结束语

再生气压缩机自控程度直接影响芳构化装置再生循环效果。通过无纸记录仪实现对机组全过程实时监控，无纸记录仪与电气执行单元的有机连接使得该控制系统在报警和联锁方面得到了较好的应用。为了进一步提高压缩机组的安全性和可靠性，增加远程低油压报警和压力联锁开关措施以实现控制系统的改进。机组运行两个周期以来，控制系统工作正常。

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