氨气压缩机控制方案在DCS中的实现

('氨气压缩机控制方案在DCS中的实现牛冠博【摘要】针对螺杆式氨气压缩机厂家配置的独立PLC控制系统的局限性,详细介绍了氨气压缩机的构成、技术特点及控制方案,采用将随机配置的PLC控制程序移植到主装置DCS中实现,可充分利用已有的DCS资源,使人机界面更加清晰直观,系统调试及修改参数更加方便,方便了日后的维护管理.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2015(051)005【总页数】4页(P57-59,73)【关键词】氨气压缩机;控制方案;DCS组态;故障率【作者】牛冠博【作者单位】中石化上海石油化工有限公司炼油事业部,上海200540【正文语种】中文【中图分类】TP273稿件收到日期：2015-04-07，修改稿收到日期：2015-06-26。上海石油化工股份有限公司的130t/h酸性水汽提装置中，酸性水经过汽提产生纯度较高的氨气，再经过精制、压缩、冷凝成液氨，因原有2台往复式压缩机使用时间较长，故障率偏高、泄漏点多、现场异味较重。2012年该装置新配置1台螺杆式氨气压缩机，原往复式压缩机作为备用。新配置的螺杆氨气压缩机未采用厂家配套提供的PLC控制方案，而是根据厂家提供的PLC控制逻辑图，将原来独立设置的PLC控制系统移植到装置DCS中组态实现，充分利用了已有的DCS资源，使得氨气压缩机的操作及控制程序调试、运行、监控更加直观，分析问题更加方便。氨气压缩机系统由螺杆压缩机组、入口气液分离器、冷凝器、氨液储器等组成，其辅助设备包括主电动机、油分离器、油冷却器、油路系统、电气仪表等。氨气压缩机的技术特点：通过电磁阀控制油路系统，驱动滑阀在螺杆的轴向移动，改变螺杆的有效轴向工作长度，使能级(负荷)在15%～100%连续无极调节，具有很好的节能效果；驱动滑阀使内容积比可调，工况变化对机组运行状态的影响很小；氨气压缩机仅在开机前由油泵提供预润滑，氨气压缩机压差建立后，油泵停止运行，润滑油在压差作用下自动经过冷却后为机身、轴承供油，并在压差不足时自动启动油泵，保证氨气压缩机组油路系统正常。结合厂家提供的控制方案图，制订了能级(负荷)控制方案，如图1所示。氨气压缩机运行后，每隔15s检测一次Δp(即吸气压力实际值与设定值间的偏差)，对此方案的作用过程分析说明如下：1)-0．01MPa<Δp<0．01MPa时，氨气压缩机保持运行状态，每隔15s重新检测Δp。2)Δp<-0．01MPa且能级(负荷)大于99%时，说明系统气量偏大，氨气压缩机已经满负荷运行，无法达到设定的吸气压力，只能保持目前的运行状态；当能级(负荷)小于99%时，控制能级(负荷)加载电磁阀得电，氨气压缩机加载。3)Δp>0．01MPa且能级(负荷)大于15%时，控制能级(负荷)减载电磁阀得电，氨气压缩机减载；当能级(负荷)小于15%时，说明氨气压缩机入口气量偏低，氨气压缩机长时间运转将比较危险，运转一定时间后系统发出停机命令，机组将自动停机。4)氨气压缩机经过加载或减载后，如果Δp的绝对值不超过0．01MPa，每隔15s重新检测Δp；如果吸气压力实际值与设定值偏差的绝对值超过0．01MPa，则间隔2s进行第2步加载或进行第3步减载。除了能级(负荷)调节，该氨气压缩机还能够通过内容积的控制调节，使工况变化对机组运行状态的影响很小，使氨气压缩机更平稳地运行。内容积的控制方案如图2所示，氨气压缩机运行后，能级(负荷)大于95%，每隔15min检测一次ΔF(即内压比偏差)，能级(负荷)小于95%，则不做调整。1)-0．3<ΔF<0．3时，滑阀保持，待15min后重新检测ΔF。2)ΔF<-0．3时，控制内容积减载电磁阀得电，内容积减载，之后再控制能级(负荷)加载电磁阀得电，氨气压缩机加载。3)ΔF>0．3时，控制能级(负荷)减载电磁阀得电，氨气压缩机减载，再控制内容积加载电磁阀得电，内容积加载，最后控制能级(负荷)加载电磁阀得电，氨气压缩机加载。4)氨气压缩机经过内容积加载或减载后，如果ΔF的绝对值不超过0．3，每隔15min重新检测ΔF；如果超过0．3，则继续进行第2步内容积加载或进行第3步内容积减载。氨气螺杆式压缩机运转中的供油量直接影响压缩机与转子之间的密封，油量过多将导致转子搅油功率增加，功耗增大；油量过少则会使密封作用降低，排气温度升高，因而需要一个稳定的供油方案。建立氨气压缩机压差，机组运行后，油泵可手动停止运行，润滑油在压差作用下自动经过冷却后为机身、轴承供油，并在压差不足时，自动启动油泵，保证氨气压缩机组油路系统正常，在压差过大时，1min后自动停止油泵。在开机时必须保证具备一定的压差，且主机为停机状态，油压差控制方案如图3所示。1)当氨气压缩机组运行时，判断Δp′(即排气压力与吸气压力的差值)是否大于0．45MPa，如Δp′>0．45MPa，氨气压缩机此时的润滑供油过大，不需要开启辅助油泵，在1min后，停止辅助油泵的运行，并继续检测Δp′是否大于0．45MPa；如Δp′<0．45MPa，则进行下一步判断。2)继续进行判断Δp′是否小于0．35MPa，如Δp′>0．35MPa，氨气压缩机此时的润滑供油正常，不需要进行其他操作，返回继续检测Δp′；如Δp′<0．35MPa，氨气压缩机此时的润滑供油偏小，需要对油泵的运行状态进行判断，如辅助油泵为停止的，则开启辅助油泵，并返回继续检测Δp′；如辅助油泵为开启的，返回继续检测Δp′。1)人机界面清晰直观。将氨气压缩机的控制方案及监控点全部在DCS中实现，不仅可以直观地反映氨气压缩机的工艺流程，而且可以在DCS画面中对重要操作及注意事项一一作出描述，便于画面修改及观看。虽然采用厂家的PLC进行通信后也可实现，但一旦通信电缆或卡件发生故障将造成数据全部中断，给生产装置带来极大的影响。2)便于分析问题。将厂家提供的配套PLC控制方案移植到DCS中组态实现，可以对监控点进行报警及趋势记录，并可做出第一事故事件记录，在最短的时间内找出问题所在，从而提高了效率及效益。3)系统调试及修改参数方便。在装置生产运行过程中，随着装置负荷及机组状态的不同，工艺参数的设定也要随之改变。如果采用独立的PLC系统，工艺人员无法独立进行修改。而在DCS中工艺人员可以根据工况，自行进行设置。特别是当机组中的联锁保护仪表出现故障，并且短时间内无法修复的情况下，可直接在DCS中进行旁路切除，有效防止因仪表故障造成的误动作联锁，保证装置平稳正常运行。4)充分利用已有的DCS资源。该套DCS在2008年投入使用，在最初设计中包含足够的板卡和点数，而且控制器CP负荷较低，足以支撑氨气压缩机的各种组态以及所在控制器的良好运行，大幅降低了预算，并且在日后的维护及保养中节省了大量的人力物力。综上所述，螺杆式氨气压缩机能否在装置中得到良好的应用，很大程度上取决于设备的控制方案是否合理。对于一些机组控制方案，可以不采用厂家配套的PLC控制，自行编写控制程序，方便日后的维护和管理。氨气压缩机投入生产后，运转平稳，无论是能级(负荷)的加减载，还是内容积的加减载，都比较迅速、可靠，工艺参数控制准确。经过多年的考验，完全满足工艺生产及产品质量的要求。[5]叶波．可编程控制器(PLC)在螺杆压缩机中的应用[J]．自动化与仪表，1999(06)：61-64．[6]王俊．PLC控制系统在螺杆压缩机控制系统中的应用[J]．压缩机技术，2010(03)：18-20．[7]樊全建．螺杆压缩机的PLC控制[J]．太原大学学报，2012(03)：128-129．[8]肖风华．螺杆制冷压缩机组PLC控制系统[J]．自动化技术与应用，2006(07)：65-68．[9]万振中．往复式压缩机的安装调试及试车详析[J]．化工设备与管道，2013，50(01)：49-52．[10]庄科，马建元，蔡宏．喷液螺杆压缩机在工艺气装置的应用[J]．化工设备与管道，2013，50(04)：51-54．【相关文献】[1]毛亚红，郭志忠．螺杆压缩机的自动化控制技术[J]．有色设备，2005(01)：35-37．[2]董飚．螺杆式氨气压缩机控制方案分析[J]．石油化工技术与经济，2012(06)：36-38．[3]于国先，牟绍明，王超，等．螺杆式制冷压缩机油压低问题试验分析[J]．冷藏技术，2001(02)：24-28．[4]马志杰．可编程控制器在螺杆式制冷压缩机组中的应用[J]．石油化工技术与经济，2012(06)：36-38．',)