空压机控制系统方案存在问题及措施

空压机控制系统方案存在问题及措施

王红硕,陈丰巍,田克英,李强,艾力.哈力力

 独山子石化公司公用工程部  833699

摘 要： 空分装置空压机是引进美国Ingersoll-Rand公司的设备，型号C250MX3（以下简称空压机）。空压机的主要联锁保护系统由SIS系统实现，控制系统则是通过DCS组态实现的。本文结合厂家提供的控制逻辑图对DCS控制系统方案控制方法进行了总结，对实际运行过程中出现的问题，进行了探讨。

关键词：空压机；DCS控制；方案；问题；措施

1.DCS控制系统方案

空压机主要特点是恒速运行，恒压控制，流量因入口空气温度温度因季节变化温差较大。空压机DCS控制系统采用了逻辑块和PID算法。

1#空压机有三种不同的运行状态。

1.1 停机状态

空压机处于停机状态下，入口阀全关，放空阀全开。在压缩机因油压，轴振动，轴温，机间温度等原因引起联锁停机进入停机状态或压缩机没有运行处于停机状态。

1.2 卸载状态

入口阀为最小开度，放口阀全开，最小开度应保证有足够的空气量进入压缩机，保证转子稳定运行和避免喘振。在压缩机启动后加载前，停机前或系统无用风需求时使用此方式，预冷系统联锁发生，压缩机喘振自动卸载进入此状态。

1.3 调节状态（恒压控制状态）

通过开关入口阀，放空阀来保持一个恒定的出口压力，是离心压缩机最常用的运行方式。1#空压机有以下两种恒压控制运行模式模式，两种恒压控制运行模式会根据负荷变化相互转换。低负荷时使用放空阀调节恒压控制模式高负荷运行采用入口阀调节恒压控制模式。如图二所示。

1.3.1  放空阀调节恒压控制模式

入口阀由节流极限电流PID调节器控制，使压缩机运行电流稳定在节流极限电流附近。系统压力通过压力PID调节器控制放口阀开度，稳定在设定压力。

1.3.2入口阀调节恒压控制模式

放空阀开度小于1%，放空阀压力PID调节器处于HOLD状态，此时系统压力由独立的PID模块控制入口阀实现，保持恒定的出口压力。

1.4  空压机控制方案分析

1.4.1加载过程中的控制

按加载按钮，并确定后，空压机开始自动加载。入口阀一定速率打开，设定加载时间为480秒。随着入口阀开，电机电流上升。电机电流达到节流极限电流附近，此时入口阀将自动转为节流PID控制，即以极限电流为设定值来控制入口阀开度。若入口阀打开的过程中，时间超过480秒，电流达不到节流极限电流，入口阀限位到70%。当入口阀转为节流极限PID控制后，旁通阀（放空阀）开始缓慢地关，初步设定加载时间为1000秒，直到系统压力达到设定值。当系统压力达到设定值之后，旁通阀将自动转为压力的PID控制。在加载过程中，如果1000秒后，旁通阀全关，系统压力没有达到设定值，此时唯一的方法是修改压力的设定值等于测量值，使当前压力达到切换的区间内，投入PID控制。

1.4.2加载成功后的控制

由于系统负荷是变化的，压缩机控制系统根据负荷变化自动调节，保持系统压力稳定，加载成功后，机组进入恒压控制运行模式。

1.4.2.1：入口阀处于节流控制，旁通阀处于系统压力的PID控制。

当压缩机负荷不大时，入口阀由节流极限电流PID调节器控制，PID调节器设定值就是极限电流，使压缩机运行电流稳定在节流极限电流附近。电流下降，入口阀开大，电流上升，入口阀关小，压缩机电流稳定在极限电流附近。系统压力通过压力PID调节器控制放口阀开度，稳定在设定压力。

1.4.2.2：旁通阀处于HOLD状态，即关闭到1%；而入口阀处于系统压力的PID控制。

当压缩机负荷继续增大，旁通阀关到小于1%时，此时由于旁通阀已经关到位了，旁通阀对于系统压力的控制已经没有什么作用了，这时压力控制将由入口阀来控制，而旁通阀将保持在1%位置。入口阀会随着系统压力的波动而进行PID调节，由于是反作用，当系统压力低于设定值时，会开入口阀，空压机电流会随着入口阀的开大而逐渐增大。

2 空压机DCS控制系统特点

（1） 控制系统的控制逻辑引入了电动机电流，在控制回路引入了电动机电流，一个作用是保护电动机防止过载，称为高负荷限制。第二个作用就是确定放空阀打开的门槛，称为节流极限。第三个作用是用于喘振控制。

（2） 操作简单方便，人机界面友好，信息多。数据浏览，参数设定，操作信息查询，历史趋势，报警信息查询方便，保存时间长。

（3）主要联锁在SIS系统实现，安全可靠。振动监测由本特利3500轴振动，位移监测系统实现管理。

3、空压机控制系统存在的问题

3.1控制系统对高压电网稳定性要求高。

由于控制系统的控制逻辑引入了电动机电流，高压电网晃电，可能造成机组入口阀，放空阀大幅度频繁来回动作，造成系统压力波动，甚至压缩机喘振跳车。这是控制逻辑引入了电动机电流所决定的。因此控制系统对高压电网稳定性要求很高。

3.2 出现误判断喘振现象

晃电时，电流发生大幅度波动，一定时间内， 控制系统监测运行电流振幅波动满足喘振条件，就按喘振处理，压缩机卸载，而实际上没有喘振。检测系统一秒内同时算出一个电流变化值，和系统压力变化值，如果电流变化值幅度大于15A，压力变化超过1.5Bar，就会记录一次，两秒内计数三次，系统判断喘振，发出卸载指令，压缩机进入卸载状态。

3.3不能真实反应系统压力

在空压机监测喘振条件中，监测压缩机压力测点为系统压力。系统压力测点在压缩机出口阀和止逆阀之间，止逆阀关闭后，系统压力无法真实反映压力变化。

3.4解除HOID缓慢

    空压机入口阀处于系统压力的PID控制，由于负荷减小，要转换到入口阀处于节流控制，必须同时满足两个条件：一个是电流处于370±8A，另一个是系统压力大于设定值，入口阀才会转换到入口阀处于节流控制，放空阀解除HOID状态，放空阀PID模块起作用，调节系统压力。

4、措施和建议

4.1电流三选中

空压机原控制逻辑中只固定选取其中一相电流作为控制电流去参与控制，所以当出现此相电晃电或此电流变送器、线路故障情况下，机组可能出现卸载或无法正常控制，也可能造成入口阀、放空阀大幅波动。优化对电流进行智能选择，由DCS对三相电流进行比较，选择三相电流的中位数也就是中间值去参与逻辑控制，2#空压机选出的电流为ICT-900KB。这样可以有效避免单相波动造成的影响，即使有一相电流消失，只要其他两相电流正常，也不会对机组有影响。

4.2 增加电流滤波

空压机电流是由电气配电柜的电流变送器检测电流后送到DCS显示并参与控制，此电流为实时电流。这种情况下当电流出现波动，尤其是在晃电电流出现突变的情况下，会对压缩机的控制产生较大影响。建议在DCS上增加电流滤波功能，这样会减小电流波动时的波幅，有效抑制电流波动尤其是突变时的幅值，这样将减小电流波动对压缩机的影响。

4.3 更改监测压力点

在1#空压机监测喘振条件中，监测压缩机压力测点改为监测压缩机三级压力而不是系统压力。系统压力测点在压缩机出口阀和止逆阀之间，止逆阀关闭后，系统压力无法真实反映压力变化。也就无法监测到喘振的出现。

5.结语

空压机DCS控制系统的使用，提高了操作的灵活性，但需要班组进一步的加强对控制组态的学习，尤其需要对空压机控制逻辑进行深入研究，对发生的波动进行认真分析并提出改进措施，只有这样，才能保证设备的安全平稳生产。

参考文献

[1]川空提供的压缩机控制逻辑表

[2]英格索兰《离心式空气压缩机组安装操作手册》

作者简介：王红硕，男，1986年生  助理工程师，2015年毕业于华东理工大学，现为独山子石化公用工程部值班长    18997700461