5CⅡ离心压缩机控制系统改进分析

5CⅡ离心压缩机控制系统改进分析

王宇  李刚  骆静蓉

中国石油天然气股份有限公司兰州石化公司   甘肃省兰州市   730060

摘要：压缩机为英格索兰厂家生产三级离心式压缩机，机组控制采用机旁柜PLC控制，因2022年该机组多次发生入口阀调节控制不到位造成机组喘振停机情况，且机组控制逻辑厂家为黑匣子，不便于后期故障分析。对机组进行机组控制系统改造，取消机旁柜设置，对改造过程中存在问题进行分析并提出相应的对策措施，减少非计划停工次数，使其运行周期延长。

关键词：离心压缩机；机旁柜弊端分析；结论

0  引言

某厂制氮装置2台压缩机组，均为英格索兰公司生产的CENTAC型三级离心式压缩机，采用CMC控制系统，于2012年随装置建设投入使用。压缩机为英格索兰厂家生产三级离心式压缩机，机组控制采用机旁柜PLC控制，近年来该机组多次发生入口阀调节控制不到位造成机组喘振停机情况，对机组进行CCS改造，取消机旁柜设置，同时分析目前机组运行中存在的问题，通过本次改造实施，提升机组抗风险能力，确保整个压缩空气和氮气系统的长周期运行。

1机组现状

制氮装置2台压缩机该机组控制方式采用恒压控制方式，控制逻辑为：出口压力低于设定值时自动逐渐开大入口阀，出口压力高于设定值时自动逐渐关小入口阀，当电流升高超过额定值（334A）时，切换PID参数，强制逐渐关小入口阀，降低机组负荷，保证机组不发生长时间超电流运行。因电流、压力有滞后性，所以开始周期性波动，根据上述控制逻辑方式，该机组在冬季气温低时发生机组负荷变化过程中，由于入口阀调节幅度过大，引发机组出口压力急剧降低，短暂引发机组级间喘振，导致一、二、三级振动同时升高，机组因负荷接近额定负荷，根据机组控制逻辑程序入口阀调节幅度过大，出口压力异常降低导致机组喘振停机，故采取机组控制系统改造，消除上述隐患。

1.1  机组存在问题

近年来，随着装置的运行，2021年、2022年冬季，两次出现机组因负荷变化，机组电流波动后调整接近额定负荷后，根据机组控制逻辑程序入口阀调节幅度过大，出口压力异常降低导致机组喘振联锁停机。

1.2机组检修原因分析

在最近两次停机后，经排查停机原因发现发现：

1.机组PLC控制系统对入口阀门控制不够精准。根据机组控制逻辑，机组运行在超额定电流334A时，开始关小入口阀门，机组负荷降低。从运行趋势发现：机组负荷已降至时入口阀并未停止关小趋势（2022年12月17日，入口阀直接从71%关小至31%），至机组运行电流降低至171A。说明机组入口阀PID控制参数设定不精准，阀门开关相应速度不能有效跟踪目前机组运行工况，调节缺乏灵敏性。

2.机组实际运行工况达不到机组设计工况。以目前运行机组为例：制氮装置1#压缩机组目前出口压力设定值为0.61MPa，机组运行电流320A，设计额定电流为334A，如提高出口压力设定值至0.65 MPa时压缩机运行电流已超出额定电流（压缩机设计压力为0.80MPa，额定电流334A。），现在实际运行工况达不到机组设计要求，存在压缩机组效率下降的情况，引起机组入口阀波动幅度增大的原因。

3.冬季低气温造成压缩机负荷升高。空气密度变化对空气压缩机负荷影响较大。根据空气温度与密度的参数，-10℃空气密度是1.34kg/m3，10℃空气密度是1.24kg/m3，密度变化约7.4%。由于早5点至10点左右气温达到全天最低值，导致气体密度增大，压缩机运行负荷较高。

4.控制面板更换作业：主要由于机组控制柜设计在电机出风口旁及油箱排油烟筒旁，长期经受高温环境影响，导致电子元器件老化所致。存在控制屏突然黑屏造成异常停机故障隐患。

2机旁柜弊端分析

2.1 机组运行过程中由于仪表误动作原因多次引发机组联锁停机

该类型离心压缩机均采用德国WIKA公司生产的一体式压力传感器，用于检测压缩机出口压力。2019年连续发生该型压缩机由于传感器内部线路虚接致使三级出口压力回零；由传感器内部接线脱焊致使三级出口压力回零。在1个月内，一体式压力传感器出现3次故障，均是由于传感器内部排线电缆金属丝强度不足，受机组振动、高温等影响导致电缆与焊接柱断裂致使三级出口压力回零，一体式压力传感器严重制约着压缩机的长周期运行，为压缩空气系统安全生产带来巨大的隐患。

2.2  在机组原控制方式中采用一取一联锁原则，不符合目前仪表稳定性要求

该类型机组共有油温、油压、振动、风温、定子温度等16个联锁，均采用一取一联锁形式，即现场涉及联锁测温、测振探头均为单点联锁，极易发生由于仪表误动作导致机组联锁停机，如发生仪表参数波动等情况日常运行过程中无法切除联锁，无法对异常的测温元件探头接线、振动前置器等部件进行检查，及时消除仪表误动。不满足公司推进仪表联锁三取二、二取二提高仪表稳定性措施要求。

2.3  机组运行突发异常状态无法进行人工干预

原控制逻辑集中在机旁柜PLC内，如机组在接近喘振区时只能进行自动调节，且由于机组配备的入口阀不是入口导叶，依靠原控制逻辑比例积分时间阀门动作迟缓，阀板调节幅度过大，容易导致调节不及时机组引发级间喘振，造成二级振动高联锁停机。

3.结论

通过对某装置5CⅡ离心压缩机控制系统改进分析，从成本最低，最便于维护，降低设备故障风险，保障设备长周期运行、精准操作保障机组安稳长满优运行的角度出发，有针对性的在冬季气温最低时段运行时，通过手动干预机组入口阀开度，消除了机旁柜PLC控制不到位隐患，从而有效杜绝环境温度极低状态下机组节流引起的入口阀、电流波动造成的喘振。同时，通过对机组振动联锁实现“二取二”模式的运行，有效避免因振动探头故障引起的机组非计划联锁停运，保障装置运行可靠。

参考文献

［1］ 黄志坚.机械设备振动故障监测与诊断[M].化学工业出版社：2010：293-295.

［2］ 沈庆根 郑水英.设备故障诊断[M].北京：化学工业出版社：2013：63-183.

［3］ 郁永章 姜培正 孙肆莹.压缩机工程手册[M].北京：中国石化出版社：2012.