國產(chǎn)電驅(qū)機組控制邏輯缺陷及優(yōu)化

周圓

某站國產(chǎn)PCL804型電驅(qū)壓縮機組共三臺，在2016年年底12月完成24小時近似運行測試、72小時連續(xù)狀態(tài)測試及喘振線測試，在作業(yè)期間發(fā)現(xiàn)其控制邏輯存在以下隱患：一是啟機順控邏輯設(shè)計不合理對機組本體和輔助設(shè)備本體安全帶來隱患風(fēng)險。二是機組安全防護(hù)連鎖設(shè)計不合理導(dǎo)致影響現(xiàn)場作業(yè)人員人身安全。三是主設(shè)備工況判斷邏輯設(shè)計考慮不全面導(dǎo)致大量天然氣浪費。四是HMI人機界面不完善導(dǎo)致故障判斷、監(jiān)控和巡檢工作效率低下。

PCL803國產(chǎn)電驅(qū)壓縮機組自控系統(tǒng)主要由AADVANCE負(fù)責(zé)機組整體總控制，接收現(xiàn)場壓縮機部分AI/DI數(shù)據(jù)，通過AO和DO輸出控制壓縮機及輔助系統(tǒng)運行，同時由3C控制軟件及配套的通訊軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸、HMI顯示并主導(dǎo)機組轉(zhuǎn)速、防喘振控制系統(tǒng)。

此次發(fā)現(xiàn)主要邏輯缺陷集中在AAdvance和3C控制邏輯中，具體細(xì)分為以下6個內(nèi)容：

1、啟機順控邏輯設(shè)計：啟機過程中順控啟動邏輯發(fā)出防喘管線隔離球閥打開信號的時序過早，造成隔離球閥密封面損壞的風(fēng)險。

2、主設(shè)備工況判斷邏輯：機組充壓進(jìn)行檢漏作業(yè)后必須執(zhí)行泄壓啟機程序，導(dǎo)致天然氣大量浪費。

3、機組安全防護(hù)連鎖設(shè)計：干氣密封供氣閥泄壓停機期間誤動作風(fēng)險威脅作業(yè)人員安全。

4、機組本體安全控制：機組未運行時，缸體充壓后，干氣密封閥無法打開導(dǎo)致干氣密封損壞。

5、安全報警監(jiān)控控制：缺少啟機步序報警，導(dǎo)致故障判斷耗費時間過長。

6、HMI監(jiān)控界面及人員巡檢：HMI監(jiān)控及報警設(shè)置不明了導(dǎo)致巡檢效率低下

從投產(chǎn)期間沈鼓壓縮機組邏輯設(shè)計而言，存在以上的缺陷主要來自于缺少現(xiàn)場實際運行經(jīng)驗和對機組、設(shè)備可能出現(xiàn)故障的前瞻，通過修改和新增部分邏輯即可增加機組本體及輔助設(shè)備的安全等級和性能，避免誤操作或者設(shè)備故障導(dǎo)致機組安全性能下降。通過與沈鼓自控公司對接，并在實驗室進(jìn)行充分模擬實驗后，提出以加強設(shè)備本體及輔助設(shè)備安全性能和可靠性、降低設(shè)備能耗、滿足現(xiàn)場作業(yè)需求、保障現(xiàn)場作業(yè)人員人身安全、提升人員工作效率和監(jiān)控力度5個方面為方向，設(shè)計出以下控制邏輯邏輯優(yōu)化方案并進(jìn)行實施。

1、優(yōu)化機組啟機順控條件：為避免防喘隔離球閥在機組啟機期間過早打開，前后壓差過高導(dǎo)致閥體密封面損傷的問題，對啟機順控邏輯語句進(jìn)行修改，將保/泄壓啟機時，將隔離閥打開的DO信號調(diào)整至缸體充壓完畢并反饋步序完成后輸出，與壓縮機進(jìn)出口閥同時打開，保證了機組啟動期間隔離球閥動作時，閥門前后壓差處于平衡狀態(tài)，可以完全避免球閥密封面的損壞。

2、優(yōu)化干氣密封供氣閥關(guān)閉條件：在Aadvance邏輯控制程序中，修改干氣密封供氣閥在停機期間的關(guān)閉條件為：機組無轉(zhuǎn)速，壓力小于0.4Mpa，機組不在啟機過程中時，自動關(guān)閉干氣密封供氣閥，避免了執(zhí)行機組缸體泄壓命令時，干氣密封供氣閥過早關(guān)斷導(dǎo)致不潔凈的工藝氣反串至干氣密封，從而導(dǎo)致干氣密封動靜環(huán)磨損損壞。

3、優(yōu)化干氣密封供氣閥打開的判斷條件：由原本設(shè)計靠ESD信號觸發(fā)信號判斷干氣密封供氣閥是否打開，修改為缸體壓力判斷其是否打開，避免了停運并放空后的機組因設(shè)備拆除等作業(yè)，再次觸發(fā)ESD信號后干氣密封供氣閥自動打開的問題，保證了現(xiàn)場作業(yè)人員的安全。

3、優(yōu)化缸體是否需要吹掃放空的判斷邏輯：新增邏輯語句，修改啟機前是否需要缸體吹掃充壓的邏輯判斷：當(dāng)機組無轉(zhuǎn)速，缸體內(nèi)壓力大于5Mpa，且加載閥前后壓差小于100Kpa時，機組可以直接執(zhí)行保壓啟機程序，不再進(jìn)行置換和打開放空閥放空。如果需要進(jìn)行機組入口工藝管線濾芯清潔、管線打開等作業(yè)，在回裝入口短節(jié)并對壓縮機充壓，對靜密封點測試漏點結(jié)束后啟機，無需放空缸體內(nèi)天然氣，可以節(jié)約生產(chǎn)資源、降低放空量。

4、優(yōu)化放空方式：控制程序中新增一鍵手動放空邏輯，同時在HMI監(jiān)控界面增加一鍵手動泄壓按鈕，在機組停機狀態(tài)無轉(zhuǎn)速時，可以執(zhí)行手動一鍵放空。避免了每次泄壓必須拍下壓縮機泄壓停機ESD按鈕觸發(fā)集中監(jiān)視一級報警，同時也減少了人員操作，降低了作業(yè)風(fēng)險步驟。

5、優(yōu)化在AADVANCE中添加啟機順控步序失敗報警程序塊，減少了啟機過程中，機組出現(xiàn)故障后技術(shù)人員判斷故障所耗費的時間，增加了機組備用效率。

6、通過在3C監(jiān)控界面上添加可觀看監(jiān)控參數(shù)正常運行范圍的彈框，為壓縮機專業(yè)巡檢人員和值班監(jiān)控人員提供便捷的機組監(jiān)控界面，可以提前發(fā)現(xiàn)運行異常參數(shù)并用于參考，做到機組輔助設(shè)備及本體是否存在故障風(fēng)險的提前判斷。

通過控制邏輯優(yōu)化成功將3臺國產(chǎn)電驅(qū)壓縮機組故障次數(shù)由2017年8次降至次年3次。技術(shù)人員提前發(fā)現(xiàn)問題并預(yù)判故障次數(shù)由0次提升至4次，提升了壓縮機運維技術(shù)人員技術(shù)能力和經(jīng)驗。在公司范圍內(nèi)降低因8-25K小時保養(yǎng)后機組放空損耗及干氣密封損壞后維修及更換費用約370萬元。

運行控制邏輯和告警系統(tǒng)是機組及其輔助系統(tǒng)設(shè)備本體安全的保障，如果在設(shè)計時不進(jìn)行現(xiàn)場全面考慮，長期運行后可能導(dǎo)致人員現(xiàn)場作業(yè)、設(shè)備本體風(fēng)險陡增，所以在啟停機步序控制、輔助系統(tǒng)單體設(shè)備控制和告警系統(tǒng)邏輯控制以及人機監(jiān)控界面設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)將工藝運行環(huán)境、設(shè)備在用工況和人員維保作業(yè)相結(jié)合，進(jìn)行多方面、全方位考慮后，設(shè)計出成熟且符合現(xiàn)場運行需求的控制邏輯，以保證機組、設(shè)備安全和工藝管輸運行平穩(wěn)。