離心式壓縮機(jī)儀控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化更新改造

【摘要】現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)相結(jié)合構(gòu)成了壓縮機(jī)儀控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集、信息處理和自動(dòng)控制等步驟，以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組日常操作、安全保護(hù)和運(yùn)行監(jiān)控。通過這個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，使壓縮機(jī)在加速、加載、減速、卸載和正常運(yùn)行中不超速、不超溫、不喘振，額定工況運(yùn)行時(shí)能自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化和各種干擾，穩(wěn)定運(yùn)行在設(shè)定參數(shù)范圍內(nèi)，輔助以壓縮機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維管理實(shí)踐，在投產(chǎn)機(jī)組原始設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升壓縮機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性及可靠性，避免儀控系統(tǒng)存在漏洞或不足導(dǎo)致的機(jī)械本體損傷，消除儀控系統(tǒng)自身故障引起的非計(jì)劃性停機(jī)，減少非計(jì)劃性停機(jī)造成的天然氣資源浪費(fèi)?？傊?，采取標(biāo)準(zhǔn)化更新改造措施，持續(xù)提升壓縮機(jī)組儀控系統(tǒng)完善性，實(shí)現(xiàn)按要求輸量穩(wěn)定管道輸氣的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】壓縮機(jī)；儀控系統(tǒng)；更新改造；標(biāo)準(zhǔn)化

【DOI編碼】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

人機(jī)交互界面（HMI）首要的適用性標(biāo)準(zhǔn)是，不管國內(nèi)外壓縮機(jī)組廠家產(chǎn)品，特別是進(jìn)口壓縮機(jī)組設(shè)備，應(yīng)統(tǒng)一使用漢語作為界面及報(bào)警第一語言，便于值班人員和運(yùn)行人員盡快鎖定報(bào)警信息和報(bào)警位置，也利于新員工短時(shí)間熟悉壓縮機(jī)系統(tǒng)。

人機(jī)交互界面應(yīng)具備機(jī)組各系統(tǒng)完善的界面，特別是機(jī)組啟機(jī)順控界面、關(guān)鍵參數(shù)集中監(jiān)控頁面、多探頭關(guān)鍵參數(shù)偏差值計(jì)算頁面、壓縮機(jī)能效曲線圖、聯(lián)鎖停機(jī)結(jié)構(gòu)圖等，結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際需求，加入這些必不可少的頁面，便于日常操作和參數(shù)監(jiān)控。在控制程序和畫面中應(yīng)該添加各輔助系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，有時(shí)間提醒，便于礦物油油冷器風(fēng)機(jī)、燃機(jī)箱體通風(fēng)機(jī)、礦物油輔助油泵等設(shè)備的主備切換。

詳細(xì)核對(duì)系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)涉及的任何壓力、溫度、開關(guān)等儀表機(jī)構(gòu)，均應(yīng)在人機(jī)交互界面中實(shí)時(shí)顯示，現(xiàn)場查漏補(bǔ)缺、逐步完善，最終臻于完美。

燃?xì)獍l(fā)生器本體、動(dòng)力渦輪本體、高壓同步電機(jī)本體及壓縮機(jī)本體參與聯(lián)鎖的溫度探頭，通過投產(chǎn)前期優(yōu)化設(shè)計(jì)或運(yùn)行時(shí)期更新改造，以實(shí)現(xiàn)雙選功能。所謂雙選即：A探頭高高+B探頭高高觸發(fā)聯(lián)鎖，A探頭故障+B探頭高高觸發(fā)聯(lián)鎖，A探頭高高+B探頭故障觸發(fā)聯(lián)鎖，A探頭故障+B探頭故障觸發(fā)聯(lián)鎖，僅有A探頭高高/故障只產(chǎn)生報(bào)警不觸發(fā)聯(lián)鎖，僅有B探頭高高/故障只產(chǎn)生報(bào)警不觸發(fā)聯(lián)鎖。當(dāng)雙探頭其中一支故障時(shí)，可通過另一支繼續(xù)監(jiān)控該處參數(shù)，提供在線處置的機(jī)會(huì)，避免影響正常運(yùn)行。單支探頭應(yīng)有完備的通道回路故障診斷邏輯，故障時(shí)立即產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)兩支探頭監(jiān)測數(shù)值之間產(chǎn)生微小偏差時(shí)也設(shè)置偏差報(bào)警，兩支探頭數(shù)據(jù)均關(guān)聯(lián)在歷史趨勢軟件中，為專業(yè)人員及時(shí)提供預(yù)警和數(shù)據(jù)支撐。

聯(lián)鎖儀表的設(shè)計(jì)中，雙選儀表較之三選二儀表成本更低，較單選可用率、穩(wěn)定性更高，這種冗余的思路在新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用中非常普遍，是最常用的更新改造方式之一。

日常的燃?xì)獍l(fā)生器本體、動(dòng)力渦輪本體在溫度監(jiān)控基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了雙選設(shè)計(jì)，但是壓縮機(jī)本體和高壓同步電機(jī)本體的溫度探頭雙選較為缺失，此部分優(yōu)化工作是重點(diǎn)。諸如部分廠家在設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)出口溫度監(jiān)控中，雖設(shè)置了雙表，但在邏輯中未實(shí)現(xiàn)雙選功能，單表的故障直接聯(lián)鎖故障停機(jī)，經(jīng)過優(yōu)化可以避免。類似的動(dòng)力渦輪冷卻封嚴(yán)氣溫度、壓縮機(jī)出口溫度、高壓同步電機(jī)軸承溫度、高壓同步電機(jī)定子繞組溫度等關(guān)鍵參數(shù)，均應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙選設(shè)計(jì)。且在雙選設(shè)計(jì)中，優(yōu)先選用同一位置附近安裝的兩支鉑電阻或變送器為最佳，其次的選擇是雙鉑電阻集成式探頭。在回路中，盡可能采用兩個(gè)機(jī)架、兩個(gè)模塊來采集探頭數(shù)值，實(shí)現(xiàn)從儀表至控制系統(tǒng)完整的雙回路結(jié)構(gòu)。

還有一類更新改造不得不提，即是關(guān)鍵位置缺失的溫度監(jiān)控或溫度報(bào)警，雖然短時(shí)間不會(huì)有影響，但是系統(tǒng)長期使用后會(huì)逐漸發(fā)展成較大隱患。諸如控制機(jī)柜內(nèi)部溫度、壓縮機(jī)干氣密封加熱器供氣溫度報(bào)警、正壓通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)氣溫度報(bào)警、礦物油油冷器排油管線油溫報(bào)警、離合器油池溫度報(bào)警、合成油箱溫度高報(bào)警、礦物油箱溫度高報(bào)警、高壓變頻器環(huán)境溫度等諸多報(bào)警，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，將平時(shí)容易忽略的溫度點(diǎn)全部納入監(jiān)控報(bào)警中。

及時(shí)與廠家溝通，獲取最新的技術(shù)通報(bào)，取消次關(guān)鍵位置溫度聯(lián)鎖，減少聯(lián)鎖誤觸發(fā)產(chǎn)生。諸如原有設(shè)計(jì)中將動(dòng)力渦輪軸承溫度設(shè)計(jì)了聯(lián)鎖停機(jī)值，壓縮機(jī)軸承溫度只設(shè)計(jì)了報(bào)警值，在最新的技術(shù)迭代中，只保留了動(dòng)力渦輪軸承溫度的報(bào)警值，并且為壓縮機(jī)止推軸承增加了聯(lián)鎖停機(jī)值。

燃?xì)獍l(fā)生器本體、動(dòng)力渦輪本體及壓縮機(jī)本體參與聯(lián)鎖的壓力信號(hào)，通過投產(chǎn)前期優(yōu)化設(shè)計(jì)或運(yùn)行時(shí)期更新改造，也應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙選功能。在設(shè)計(jì)之初，難免會(huì)有部分壓力信號(hào)遺漏雙選設(shè)計(jì)，如部分機(jī)型壓縮機(jī)干氣密封一級(jí)放空壓力和隔離密封氣壓力設(shè)計(jì)均為單表，而個(gè)別機(jī)型壓縮機(jī)在這多年的應(yīng)用中始終是雙表設(shè)計(jì)，這些系統(tǒng)壓力監(jiān)控通過更新改造完全具備雙選能力。且在雙選設(shè)計(jì)中，優(yōu)先選用同一位置附近的兩個(gè)取壓口、兩支引壓管分別連接兩個(gè)變送器為最佳，同時(shí)單個(gè)變送器應(yīng)配置可以隔離放空的二閥組。在回路中，盡可能采用兩個(gè)機(jī)架、兩個(gè)模塊來采集探頭數(shù)值，實(shí)現(xiàn)從儀表至控制系統(tǒng)完整的雙回路結(jié)構(gòu)。同樣的，關(guān)鍵位置缺失的壓力監(jiān)控或壓力報(bào)警，在實(shí)踐中逐漸發(fā)現(xiàn)這些監(jiān)控不可或缺，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更新改造完善。諸如燃?xì)獍l(fā)生器高壓補(bǔ)償壓力、正壓通風(fēng)壓力及其報(bào)警、燃料氣供氣壓力等諸多變量或報(bào)警，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，將平時(shí)容易忽略的溫度點(diǎn)全部納入監(jiān)控報(bào)警中。同時(shí)，在有聯(lián)鎖延時(shí)值的程序中應(yīng)該更加精細(xì)，延時(shí)模塊只延時(shí)聯(lián)鎖不能延時(shí)報(bào)警，通過報(bào)警前置的方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)跳變等異常端倪。

最后再來說一說次關(guān)鍵聯(lián)鎖變送器雙選優(yōu)化，所謂次關(guān)鍵聯(lián)鎖變送器，泛指一些單儀表故障后聯(lián)鎖降至最小轉(zhuǎn)速或降至怠速運(yùn)行的聯(lián)鎖儀表。結(jié)合實(shí)際情況，經(jīng)過綜合分析，在不影響壓縮機(jī)組安全的前提下，可以將部分單表優(yōu)化為雙表，效果和作用與其他雙選優(yōu)化類似。還有一類在工藝中存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)的壓力變送器的更新改造也值得一提，諸如壓縮機(jī)進(jìn)出口匯管差壓，一塊變送器高低壓取樣口引壓管近20米長，長期運(yùn)行存在引壓管崩脫風(fēng)險(xiǎn)，借鑒最新的機(jī)組設(shè)計(jì)，統(tǒng)一簡化為壓縮機(jī)出口匯管壓力與進(jìn)口匯管壓力計(jì)算得到差壓值，引壓管縮短至1.5米，由變送器引壓管帶來的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。不管選擇何種方式的更新改造，都應(yīng)基于單個(gè)變送器及其通道故障診斷功能、報(bào)警非常完備的前提下，要經(jīng)得起時(shí)間和實(shí)踐的考驗(yàn)，否則這種改造就是空中樓閣，犧牲了安全性去換取穩(wěn)定性，得不償失。

雖然本論文在講述儀控系統(tǒng)的更新改造標(biāo)準(zhǔn)化，但有一個(gè)觀念我們應(yīng)該轉(zhuǎn)變，并非最新的儀控系統(tǒng)就是最先進(jìn)、穩(wěn)定的，最先進(jìn)的儀控系統(tǒng)也并非就是最適合、最可靠的，而現(xiàn)場的運(yùn)行恰恰需要的是穩(wěn)定性優(yōu)于先進(jìn)性，選取最適合、最穩(wěn)定的儀控產(chǎn)品對(duì)現(xiàn)場壓縮機(jī)是最有利的。

單臺(tái)機(jī)組的一鍵啟停功能實(shí)現(xiàn)，是現(xiàn)場壓縮機(jī)運(yùn)行操作的基礎(chǔ)。個(gè)別機(jī)型也曾存在過干氣密封加熱器無法自動(dòng)啟停、機(jī)組備用后礦物油泵無法正常停用、停機(jī)關(guān)閥聯(lián)鎖存在缺陷導(dǎo)致運(yùn)行中誤關(guān)閥等種種問題。在這種情況下，機(jī)組啟停的日常操作，對(duì)專業(yè)人員的專注力及操心程度甚是考驗(yàn)，稍有不慎便會(huì)產(chǎn)生一些誤操作，威脅壓縮機(jī)組高質(zhì)量運(yùn)行。唯有完善壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度，盡可能減少啟停操作中的人為干預(yù)度，才能順利解決上述例子中出現(xiàn)的問題。

輔助系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)啟停，啟停機(jī)步驟的完善，相關(guān)報(bào)警和缺陷聯(lián)鎖的補(bǔ)全，備用后機(jī)組輔助系統(tǒng)定期運(yùn)轉(zhuǎn)邏輯，整體的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，經(jīng)過多方審核、討論、測試、論證后，最終敲定了優(yōu)化方案，對(duì)機(jī)組啟停邏輯進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)單機(jī)一鍵啟停功能。站控SCADA系統(tǒng)下發(fā)允許啟動(dòng)命令，人機(jī)交互界面上點(diǎn)擊啟動(dòng)命令，而后到壓縮機(jī)最小負(fù)荷轉(zhuǎn)速，期間不需要再人為干預(yù)。

參照HG/T 20513—2014《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)范》、SH/T 3081—2019《石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際，我們來講壓縮機(jī)組儀控系統(tǒng)接地的基本要求。

按照接地功能分類常用的分為保護(hù)接地PE（為保護(hù)儀表和人身安全的接地，又稱安全接地）、工作接地IE（儀表及控制系統(tǒng)正常工作所要求的接地）、本安接地ISE（本質(zhì)安全儀表正常工作時(shí)所需要的接地）。

儀控系統(tǒng)的分屏屏蔽層、總屏屏蔽層、鎧裝屏蔽層一般算作工作接地。部分老項(xiàng)目在實(shí)施時(shí)并未考慮到接地影響，所有的接地都混同一起，但是這些接地匯流排應(yīng)在機(jī)柜側(cè)進(jìn)行嚴(yán)格的分離，同時(shí)整個(gè)站場的接地極也應(yīng)嚴(yán)格分離。在現(xiàn)場實(shí)施過程中我們制定了以下幾種標(biāo)準(zhǔn)：

1）模擬量信號(hào)分屏、總屏、鎧裝必須嚴(yán)格單端接地。機(jī)柜側(cè)分屏、總屏接工作地，電纜鎧裝接保護(hù)地。所有屏蔽層用熱縮套保護(hù)，防止裸露搭接。

2）數(shù)字量信號(hào)分屏不接，總屏、鎧裝必須嚴(yán)格單端接地。機(jī)柜側(cè)總屏接工作地，電纜鎧裝接保護(hù)地。所有屏蔽層用熱縮套保護(hù)，防止裸露搭接。

3）分屏全部接在柜內(nèi)端子排和浪涌旁邊的豎排，從現(xiàn)場保護(hù)直至機(jī)柜進(jìn)通道?？偲寥拷釉诠褡拥撞抗ぷ鞯劂~排上。機(jī)柜間防靜電地板接地網(wǎng)銅皮搭接處需要焊接。

4）單根電纜各屏蔽層在投用前用萬用表測一下對(duì)地電阻，避免雙端接地引起電勢差造成信號(hào)干擾。

5）儀表系統(tǒng)的接地連接電阻（從儀表和設(shè)備的接地端子到接地極之間的導(dǎo)線與連接點(diǎn)的電阻總和）不應(yīng)大于1Ω，接地電阻（接地極對(duì)地電阻與連接電阻之和稱為接地電阻）不應(yīng)大于4Ω。

6）機(jī)柜內(nèi)的接地匯流排宜采用截面尺寸不小于25 mm×6 mm（寬×厚）的銅條制作，各種接地導(dǎo)線與接地匯流排、接地匯總板的連接應(yīng)采用鍍錫銅接線片和鍍錫鋼質(zhì)螺栓壓接，并應(yīng)有防松件。匯流排、工作接地匯總板應(yīng)采用絕緣支架固定。

7）同一壓接點(diǎn)壓接的導(dǎo)線數(shù)量不應(yīng)多于兩條，采用同一壓接點(diǎn)導(dǎo)線數(shù)量只有一條。接電線纜為黃綠相間、柜內(nèi)接地線纜采用2.5 mm2、接地分干線為10 mm2、接地干線為20 mm2、接線線纜與線鼻子之間用黃綠相間的絕緣膠帶纏繞。

儀控系統(tǒng)的防雷防靜電防干擾工作非常關(guān)鍵，在日產(chǎn)運(yùn)行中也比較容易被忽略，通過更新改造，使我們的儀控系統(tǒng)具備更強(qiáng)的抗干擾、防沖擊能力，更好地為現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控、分析、設(shè)備控制服務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)范：HG/T 20513—2014[S].

[2]石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范：SH/T 3081—2019[S].

【作者簡介】

陳思凡，女，1996年出生，助理工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)殡x心式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。

（編輯：于淼）