离心式压缩机仪控系统标准化更新改造

【摘要】现场仪表和控制系统相结合构成了压缩机仪控系统，通过数据采集、信息处理和自动控制等步骤，以实现压缩机组日常操作、安全保护和运行监控。通过这个庞大复杂的系统，使压缩机在加速、加载、减速、卸载和正常运行中不超速、不超温、不喘振，额定工况运行时能自动适应环境变化和各种干扰，稳定运行在设定参数范围内，辅助以压缩机组标准化运维管理实践，在投产机组原始设计基础上进一步提升压缩机组运行稳定性、安全性及可靠性，避免仪控系统存在漏洞或不足导致的机械本体损伤，消除仪控系统自身故障引起的非计划性停机，减少非计划性停机造成的天然气资源浪费。总之，采取标准化更新改造措施，持续提升压缩机组仪控系统完善性，实现按要求输量稳定管道输气的目标。

【关键词】压缩机；仪控系统；更新改造；标准化

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.038

Renovation and Standardization of Instrument and Control System for Centrifugal Compressors

CHEN Sifan

（National Pipeline Network Group Western Pipeline Company， Jiayuguan 735100， China）

Abstract： The combination of on-site instruments and control systems constitutes the compressor instrument and control system， which achieves accurate daily operation， safety protection， and operation monitoring of the compressor unit through steps such as data acquisition， information processing， and automatic control. Through this massive and complex system， the compressor is able to accelerate， load， decelerate， unload， and operate normally without overspeed， overheating， or surging. It can automatically adapt to environmental changes and various interferences during rated operating conditions， and operate stably within the set parameter range. With the assistance of standardized operation and maintenance management practices for compressor units， the stability， safety， and reliability of compressor unit operation are further improved based on the original design of the put into operation unit， Avoid mechanical damage caused by loopholes or deficiencies in the instrument and control system， eliminate unplanned downtime caused by the instrument and control system’s own faults， and reduce the waste of natural gas resources caused by unplanned downtime. In short， adopting standardized measures for updating， renovating， and continuously improving the integrity of the instrument and control system of the compressor unit to achieve the goal of stable pipeline gas transmission according to the required volume.

Key words： compressor； I&C system； renewal and renovation； standardization

人机交互界面（HMI）首要的适用性标准是，不管国内外压缩机组厂家产品，特别是进口压缩机组设备，应统一使用汉语作为界面及报警第一语言，便于值班人员和运行人员尽快锁定报警信息和报警位置，也利于新员工短时间熟悉压缩机系统。

人机交互界面应具备机组各系统完善的界面，特别是机组启机顺控界面、关键参数集中监控页面、多探头关键参数偏差值计算页面、压缩机能效曲线图、联锁停机结构图等，结合现场运行实际需求，加入这些必不可少的页面，便于日常操作和参数监控。在控制程序和画面中应该添加各辅助系统电机运行时间计算，有时间提醒，便于矿物油油冷器风机、燃机箱体通风机、矿物油辅助油泵等设备的主备切换。

详细核对系统参数，系统涉及的任何压力、温度、开关等仪表机构，均应在人机交互界面中实时显示，现场查漏补缺、逐步完善，最终臻于完美。

燃气发生器本体、动力涡轮本体、高压同步电机本体及压缩机本体参与联锁的温度探头，通过投产前期优化设计或运行时期更新改造，以实现双选功能。所谓双选即：A探头高高+B探头高高触发联锁，A探头故障+B探头高高触发联锁，A探头高高+B探头故障触发联锁，A探头故障+B探头故障触发联锁，仅有A探头高高/故障只产生报警不触发联锁，仅有B探头高高/故障只产生报警不触发联锁。当双探头其中一支故障时，可通过另一支继续监控该处参数，提供在线处置的机会，避免影响正常运行。单支探头应有完备的通道回路故障诊断逻辑，故障时立即产生报警，同时两支探头监测数值之间产生微小偏差时也设置偏差报警，两支探头数据均关联在历史趋势软件中，为专业人员及时提供预警和数据支撑。

联锁仪表的设计中，双选仪表较之三选二仪表成本更低，较单选可用率、稳定性更高，这种冗余的思路在新的系统设计使用中非常普遍，是最常用的更新改造方式之一。

日常的燃气发生器本体、动力涡轮本体在温度监控基础上实现了双选设计，但是压缩机本体和高压同步电机本体的温度探头双选较为缺失，此部分优化工作是重点。诸如部分厂家在设计的压缩机出口温度监控中，虽设置了双表，但在逻辑中未实现双选功能，单表的故障直接联锁故障停机，经过优化可以避免。类似的动力涡轮冷却封严气温度、压缩机出口温度、高压同步电机轴承温度、高压同步电机定子绕组温度等关键参数，均应实现双选设计。且在双选设计中，优先选用同一位置附近安装的两支铂电阻或变送器为最佳，其次的选择是双铂电阻集成式探头。在回路中，尽可能采用两个机架、两个模块来采集探头数值，实现从仪表至控制系统完整的双回路结构。

还有一类更新改造不得不提，即是关键位置缺失的温度监控或温度报警，虽然短时间不会有影响，但是系统长期使用后会逐渐发展成较大隐患。诸如控制机柜内部温度、压缩机干气密封加热器供气温度报警、正压通风系统进气温度报警、矿物油油冷器排油管线油温报警、离合器油池温度报警、合成油箱温度高报警、矿物油箱温度高报警、高压变频器环境温度等诸多报警，结合现场实际运行情况，将平时容易忽略的温度点全部纳入监控报警中。

及时与厂家沟通，获取最新的技术通报，取消次关键位置温度联锁，减少联锁误触发产生。诸如原有设计中将动力涡轮轴承温度设計了联锁停机值，压缩机轴承温度只设计了报警值，在最新的技术迭代中，只保留了动力涡轮轴承温度的报警值，并且为压缩机止推轴承增加了联锁停机值。

燃气发生器本体、动力涡轮本体及压缩机本体参与联锁的压力信号，通过投产前期优化设计或运行时期更新改造，也应实现双选功能。在设计之初，难免会有部分压力信号遗漏双选设计，如部分机型压缩机干气密封一级放空压力和隔离密封气压力设计均为单表，而个别机型压缩机在这多年的应用中始终是双表设计，这些系统压力监控通过更新改造完全具备双选能力。且在双选设计中，优先选用同一位置附近的两个取压口、两支引压管分别连接两个变送器为最佳，同时单个变送器应配置可以隔离放空的二阀组。在回路中，尽可能采用两个机架、两个模块来采集探头数值，实现从仪表至控制系统完整的双回路结构。同样的，关键位置缺失的压力监控或压力报警，在实践中逐渐发现这些监控不可或缺，应及时进行更新改造完善。诸如燃气发生器高压补偿压力、正压通风压力及其报警、燃料气供气压力等诸多变量或报警，结合现场实际运行情况，将平时容易忽略的温度点全部纳入监控报警中。同时，在有联锁延时值的程序中应该更加精细，延时模块只延时联锁不能延时报警，通过报警前置的方式，及时发现信号跳变等异常端倪。

最后再来说一说次关键联锁变送器双选优化，所谓次关键联锁变送器，泛指一些单仪表故障后联锁降至最小转速或降至怠速运行的联锁仪表。结合实际情况，经过综合分析，在不影响压缩机组安全的前提下，可以将部分单表优化为双表，效果和作用与其他双选优化类似。还有一类在工艺中存在一定安全风险的压力变送器的更新改造也值得一提，诸如压缩机进出口汇管差压，一块变送器高低压取样口引压管近20米长，长期运行存在引压管崩脱风险，借鉴最新的机组设计，统一简化为压缩机出口汇管压力与进口汇管压力计算得到差压值，引压管缩短至1.5米，由变送器引压管带来的风险大大降低。不管选择何种方式的更新改造，都应基于单个变送器及其通道故障诊断功能、报警非常完备的前提下，要经得起时间和实践的考验，否则这种改造就是空中楼阁，牺牲了安全性去换取稳定性，得不偿失。

虽然本论文在讲述仪控系统的更新改造标准化，但有一个观念我们应该转变，并非最新的仪控系统就是最先进、稳定的，最先进的仪控系统也并非就是最适合、最可靠的，而现场的运行恰恰需要的是稳定性优于先进性，选取最适合、最稳定的仪控产品对现场压缩机是最有利的。

单台机组的一键启停功能实现，是现场压缩机运行操作的基础。个别机型也曾存在过干气密封加热器无法自动启停、机组备用后矿物油泵无法正常停用、停机关阀联锁存在缺陷导致运行中误关阀等种种问题。在这种情况下，机组启停的日常操作，对专业人员的专注力及操心程度甚是考验，稍有不慎便会产生一些误操作，威胁压缩机组高质量运行。唯有完善压缩机组控制系统自动化程度，尽可能减少启停操作中的人为干预度，才能顺利解决上述例子中出现的问题。

辅助系统设备的自动启停，启停机步骤的完善，相关报警和缺陷联锁的补全，备用后机组辅助系统定期运转逻辑，整体的系统性设计，经过多方审核、讨论、测试、论证后，最终敲定了优化方案，对机组启停逻辑进行优化，实现单机一键启停功能。站控SCADA系统下发允许启动命令，人机交互界面上点击启动命令，而后到压缩机最小负荷转速，期间不需要再人为干预。

参照HG/T 20513—2014《仪表系统接地设计规范》、SH/T 3081—2019《石油化工仪表接地设计规范》，结合现场生产运行实际，我们来讲压缩机组仪控系统接地的基本要求。

按照接地功能分类常用的分为保护接地PE（为保护仪表和人身安全的接地，又称安全接地）、工作接地IE（仪表及控制系统正常工作所要求的接地）、本安接地ISE（本质安全仪表正常工作时所需要的接地）。

仪控系统的分屏屏蔽层、总屏屏蔽层、铠装屏蔽层一般算作工作接地。部分老项目在实施时并未考虑到接地影响，所有的接地都混同一起，但是这些接地汇流排应在机柜侧进行严格的分离，同时整个站场的接地极也应严格分离。在现场实施过程中我们制定了以下几种标准：

1）模拟量信号分屏、总屏、铠装必须严格单端接地。机柜侧分屏、总屏接工作地，电缆铠装接保护地。所有屏蔽层用热缩套保护，防止裸露搭接。

2）数字量信号分屏不接，总屏、铠装必须严格单端接地。机柜侧总屏接工作地，电缆铠装接保护地。所有屏蔽层用热缩套保护，防止裸露搭接。

3）分屏全部接在柜內端子排和浪涌旁边的竖排，从现场保护直至机柜进通道。总屏全部接在柜子底部工作地铜排上。机柜间防静电地板接地网铜皮搭接处需要焊接。

4）单根电缆各屏蔽层在投用前用万用表测一下对地电阻，避免双端接地引起电势差造成信号干扰。

5）仪表系统的接地连接电阻（从仪表和设备的接地端子到接地极之间的导线与连接点的电阻总和）不应大于1Ω，接地电阻（接地极对地电阻与连接电阻之和称为接地电阻）不应大于4Ω。

6）机柜内的接地汇流排宜采用截面尺寸不小于25 mm×6 mm（宽×厚）的铜条制作，各种接地导线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用镀锡铜接线片和镀锡钢质螺栓压接，并应有防松件。汇流排、工作接地汇总板应采用绝缘支架固定。

7）同一压接点压接的导线数量不应多于两条，采用同一压接点导线数量只有一条。接电线缆为黄绿相间、柜内接地线缆采用2.5 mm2、接地分干线为10 mm2、接地干线为20 mm2、接线线缆与线鼻子之间用黄绿相间的绝缘胶带缠绕。

仪控系统的防雷防静电防干扰工作非常关键，在日产运行中也比较容易被忽略，通过更新改造，使我们的仪控系统具备更强的抗干扰、防冲击能力，更好地为现场参数监控、分析、设备控制服务。

【参考文献】

[1]仪表系统接地设计规范：HG/T 20513—2014[S].

[2]石油化工仪表接地设计规范：SH/T 3081—2019[S].

【作者简介】

陈思凡，女，1996年出生，助理工程师，学士，研究方向为离心式压缩机控制系统。

（编辑：于淼）