活塞式氧压机的自动控制

尹丹放 赵征峰 丛龙洋

（开封空分集团有限公司设计研究院，河南 开封 475000）

对于大部分外压缩空分设备，为了氧气产品能够达到用户需要的压力等级，就要配套相应的氧气压缩机将氧气产品增压输送，活塞式氧压机就是最常用的氧气压缩机之一。

活塞式氧压机一般有单级和多级，现以开封空分集团有限公司生产的ZW-72/8型立式、二级二列、双作用、无润滑活塞式压缩机为例介绍其自动控制原理。

ZW-72/8型氧压机是指压缩机吸入气量为72m3/min，排气量为4 000m3/h，排气压力为0.8MPa（G）。

单台活塞式氧压机的运行既可以采用独立的小型PLC（可编程控制器）控制，也可以与空分装置一起在DCS（集散控制系统）系统中实现控制。现以在DCS系统中控制为例介绍如下：活塞式氧压机在远传仪表配置上，一般选用压力变送器将需要在控制系统中显示、报警及参与控制、联锁的压力点通过4～20mADC电流信号传输给控制系统，其中包括压缩机进气压力（PIA-1431）、排气压力（PIAS-1442）、润滑油压力（PIAS-1453）、冷却水上水压力（PIA-1470）；选用Pt100铂热电阻将需要的温度信号输入到控制系统，其中包括一级排气温度（TIAS-1441）、二级排气温度（TIAS-1442）、曲轴箱内润滑油温度（TIAS-1451）。仪控系统与电控系统之间也有多个来往的信号，以便配合起来实现电气设备的操作与控制，进DCS系统一般设计有3个DI点：氧压机状态指示（OC-STU）、辅助油泵状态指示（OCLP-STU）、油加热器状态指示（OCEH-STU）；出DCS系统一般设计有6个DO点：允许启动氧压机（OC-EN）、停氧压机（OC-STP）、辅助油泵启动（OCLP-STR）、辅助油泵停止（OCLP-STP）、油加热器启动（OCEH-STR）、油加热器停止（OCEH-STP）。

以下将具体介绍氧压机各部分的控制逻辑，其中压力均为表压（G）［1］。

1 压缩机主电机启动条件

氧压机电机启动前，要先做好准备工作，其中包括启动辅助油泵供油，启动循环水泵供冷却水，并检查以下参数是否满足启动条件：

①润滑油压力≥0.15MPa；

②冷却水上水压力≥0.3MPa；

③曲轴箱内油温≥15℃。

如果以上三个条件同时满足，则说明氧压机具备启动条件，DCS控制系统会向电控系统送出一个允许启动信号，用以指示当前可以启动主电机。如果其中有任意一个条件不满足，则不能启动主电机。具体逻辑见后续的逻辑总图。

2 压缩机联锁停机

氧压机在正常运行期间，电控系统高压开关柜会送给DCS控制系统主电机的运行状态信号，用于在DCS操作站上显示。如果发生以下任意一个条件，将联锁紧急停车，保护机器，以防损坏：

①排气压力高高≥0.9MPa；

②润滑油压力低低≤0.10MPa；

③一级排气温度高高≥180℃；

④二级排气温度高高≥180℃；

⑤曲轴箱内油温高高≥70℃。

如果以上任意一个条件具备，DCS控制系统会向电控系统送出一个联锁停机信号，用以停止主电机。具体逻辑见后续的逻辑总图。

3 辅助油泵的控制

氧压机配置了两台润滑油泵，一台主油泵，一台辅助油泵，主油泵与氧压机电机主轴连接，当电机运转时主油泵供油，辅助油泵由单独电机拖动。氧压机开车前，须先开辅助油泵供油，调整油压为0.15～0.25MPa；主电机正常运转后，当油压≥0.4MPa，自动停止辅助油泵，此时由主油泵供油；当油压≤0.15MPa时，自动启动辅助油泵以提高油压。主电机停机时要联锁启动辅助油泵供油，因为主电机停止时主油泵也同时停止，润滑油压力瞬时降低，供油几乎中断，但此时主电机还在缓冲，压缩机主轴温度还很高，仍需要润滑油降温，否则有可能会烧坏轴，所以为了氧压机安全起见，主电机停机的同时要启动辅助油泵正常供油，待延续10min后，自动停止辅助油泵。详细控制逻辑见后续的逻辑总图，其中TON为上升沿延迟模块，TP为上升沿脉冲模块，辅助油泵的启动信号为上升沿脉冲信号；辅助油泵的停止信号为下降沿脉冲信号。

4 油加热器的控制

油加热器的控制比较简单，当曲轴箱内油温＜15℃时，自动启动电加热器；当曲轴箱内油温≥30℃时，自动关闭电加热器。油加热器的启动信号为上升沿脉冲信号；油加热器的停止信号为下降沿脉冲信号。

图1为逻辑总图，包括了以上四部分的控制逻辑。图中HH表示高高值联锁控制、H表示高值报警控制、L表示低值报警控制、LL表示低低值联锁控制；HSH-XX和HSL-XX表示在DCS中做虚拟按钮，实现能在DCS操作站上手动启动和手动停止功能；所有DO点需加中间继电器转换输出。

图1

以上即为活塞式氧压机的典型控制原理，有的为了保护主电机的安全，会在氧压机的联锁停车条件中增加主电机的前、后轴承温度高高和电机定子温度高高联锁。由以上四部分的控制构成了整套氧压机的安全控制，提高了活塞式氧压机操作的自动化水平，很好地保护了机器的安全运行，为用户减少损失。

这套控制方案已在多套设备上使用，是一套十分成熟的方案，该控制方案大部分操作都可以在DCS操作站上实现，对一些重要参数都是可以由程序自行完成，自动化水平还是相当高的。随着自动化水平的不断提高，空分各设备的控制要求也随着工艺要求不断改进，因此需要我们不断提高自身的控制理论，确保空分各设备安全、可靠、平稳地运行。

［1］胡寿松.自动控制原理（第四版）［M］.北京：科学出版社，2008.