20000m3／h空分设备氧压机全自动控制系统应用

20000m3／h空分设备氧压机全自动控制系统应用

【摘要】文章介绍了氧压机全自动控制系统的应用功能；详细分析了防喘振调节，入口导叶调节等全自动控制的实现。全自动控制系统的投入将操作过程大大简化，更好地满足了控制要求。

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关键词：氧压机；全自动控制；防喘振控制；自动启动；联锁

中图分类号：TH452 文献标识码：B

1 控制系统简介

济钢20000m3／h空分设备采用的是沈阳鼓风机厂生产的2MCL454+3MCL406氧气压缩机，双缸五段十级压缩，该机的原动机为上海电机厂生产的电动机。工艺设备由设备厂家提供，而控制系统设计及软件开发调试由使用单位自行承担。由于氧压机工艺较复杂，检测点多、阀门多、危险系数大，因此必须达到控制精度高、反映迅速等要求。

整个系统分为四大部分：

气路系统、润滑油系统、

密封气系统、冷却水系统，

其中又以气路系统为主。

气路系统结构简图见图l。

控制系统共包含16个

阀门，其中气路部分加上

1个入口导叶共10个(如图

1所示)。润滑油系统包含

2个阀门：一次油压调节阀

和二次油压调节阀。密封

气系统包含4个阀门：混

合气放空调节阀，放空旁通阀，混合气与密封氧气压差调节阀和混合气与密封氮气压差调节阀。

控制系统的主要调节回路有：氮气入口压力调节，防喘振调节，入口导叶调节，高压出口压力调节，润滑油压力一次凋节，润滑油压力二次调节，混合气与密封氧气压差调节，混合气与密封氮气压差调节，混合气放丰调节。

2 控制系统功能

氧压机组的启动与控制可以在主控室操作台和DCS系统进行。主控室操作台操作为手动，DCS系统为自动启动与控制。其中启动联锁与事故停车联锁功能均在DCS控制系统内自动完成。自动启动与控制方式为单手柄方式，适用于氮气启乍和不停车氧气置换氮气时的操作。这里所说的“自动”不单纯指自动调节，而且包括根据工艺要求山软件系统完成预置阀门开度、缓开缓关，手动、自动选择，调节回路设定值设定、修正，投入顺序控制等均不需操作人员参与的整个工艺流程的自动执行。同的根据用户的需求，为适应机组直接氧气启车的操作，全自动启动与控制增设人工干预功能提高了系统操作的灵活性、适用性。

2．1 启动准备及开车条件自动联锁

当控制方式选择开关拨到“自动”位置时，系统处于自动启动与控制方式。操作人员将单手柄由“停止”位置拨到”准备”位，系统自动完成相应16个阀门的开、关动作，同时将氮气人口压力调节、混合气放空调节、轴封差压调节投入自动并实现设定值自动给定功能。确认各阀门处于开车要求的位置及各工艺参数正常，联锁开车条件具备后，系统发出具备启车条件信息。

2．2 自动启动

当操作员确认具备启午条件，将单手柄巾“准备”位置拨到“启动”位置，系统自动完成以下功能：电铃响10秒钟，轴振动报警联锁倍增，主电机启动，轴振动报警联锁倍增解除，相应调节投入自动，相应阀缓开、缓关，轴封差压调节系统联锁投入。如为氮试，则启车过程到此结束。

2．3 氮氧自动切换

氮试结束后，压缩机在1．8MPa的出口压力下稳定运行，操作人员点击操作画面上的“氮、氧”切换按钮，系统自动完成以下功能：相应阀缓开、自动调节设定值由氮气条件自动修正为氧气介质下的值。氧气纯度达到设定值时，点击人工确认按钮，系统自动完成缸间旁通阀、山口旁通阀伞关功能，2分钟后氧气输送阀开，外送氧气。经过以上过程，氧压机投入正常运转。

2．4 回路及自动调节

本系统共有9个自动调节回路，16个阀，在氧压机从启动到正常运行的过程中，需要各阀门间的密切协调，动作复杂，系统成功实现了各自动调节回路的自动投入、设定值白动设置及修正，阀门在规定的时间内缓开、缓关，完全达到了工艺过程对各阀门的动作要求。其中，入口导叶与防喘振自动调节尤为重要。

2．5 正常停车及联锁

操作人员将单手柄由“启动”位置拨到“准备”位置，系统自动进行停车及相应的联锁动作。氧气排出阀自动全关，混合气旁通阀全开，轴封差压联锁解除，缸间旁通阀、防喘振阀、出口旁通阀、出口放空阀等全开，氧气压力降低，停止送氧，卸载完毕；将单手柄由”准备”位置拨到“停止”位置，主电机自动停

车，30秒后氧气吸入切断阀全关，正常停车过程结

束。

本篇文章来源于“中国气体分离设备商务网”

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2．6 联锁事故停车及重大事故停车

氧压机运行过程小，如果发生事故则氧压机必须

自动联锁停车，进行以下动作：主电机带负荷停车，

混合气排放阀、缸问旁通阀、出口放空阀、防喘振阀

出门旁通阀全开；氧气排出阀、混合气放空阀、吸入

切断阀全关。如果发生重大事故，必须自动联锁停车，

各阀门动作除进行相应阀门动作外必须进行紧急喷

氮处理。

2．7 主油泵与备用油泵间的自动切换

氧压机润滑油系统共有两台油泵，互为备用，当

润滑汕主油泵压力过低时，系统门动启动备用油泵，

且使其上升为主油泵，并延时停原主油泵，保证润滑

汕系统正常供油。

氧压机全自动控制系统顺控图见图2

3 主要技术应用

3．1 防喘振调节

防喘振凋节通过入口压力调节与入口流量的高选来实现，入口压力低了以及入口流量低了，防喘振阀打开，压缩机出口回流一部分气体，使压力升高，流量增大，避开喘振区。两者同时作用，谁的控制输出值大，也就是准使阀门开度大，优先选择这一信号到阀门。防喘振调节的入门压力、入口流量下限参数选择对整个机组很重要，必须在工艺设计要求的基础上，经过现场测定，反复修正，经较长时间的运转验证才能最终确定。数值低厂，压缩机不能正常工作；选择高了，对机组起不到保护作用；且两个参数互相影响，关系匹配得当，才能取得合理、高效的运行效果。

3．2 入口导叶调节

入口导叶调节通过对入口压力定值调节实现。入口压力是重要调节参数，既参与防喘振调节，又参与人口导叶调节，但其设定值不同，如果入口导叶调节对入口压力设定要求为1OkPa，则防喘振调节对入口压力设定要求为5kPa较合适。此数值只是表达它们之间的关系，具体数值应视具体情况而定。单就入口压力来说，当压力低于1OkPa时，入口导叶关闭，使压力升高，这是正常的过程调节。如果压缩机有异常情况发生，导叶关闭，压力仍然上不来甚至越来越低，直到低于5kPa，则防喘振阀打开，使压力升高。此时应引起注意，这是应付异常情况下的非正常过程保护调节。

入口导叶应限制瞬间大幅度动作，一般限幅2％／s～5％／s较为合理，且在运行过程中不允许导叶全关，必须强制其开度不低于满开度的10％～15％。

3．3 轴振动倍增

机组各轴承振动关系着机组机械运转是否正常，需严加监测，同时设置相应报警联锁系统，保障安全运转。但机组启车过程中轴振动与正常运转相比大得多，所以其报警联锁值的设定是变化的。准备启车前，报警联锁值的设定倍增，主电机启动30秒后倍增解除，恢复为止常值，避开启车时高振动区。

3．4 轴封差压调节及联锁

氧压机的工作介质氧气是危险气体，压缩机内外需要隔离，轴承每侧设两级密封，氧封、氮封的密封气与混合气差压调整于合理的范围才能维持内外平衡，达到密封的作用。此功能通过“密封氧与混合气差压调节”、“密封氮与混合气差压调节”两个回路闹节来实现。

因密封氧与混合气差压、密封氮与混合气差压两个参数关系氧压机的安全，所以设置报警及相应联锁，但其报警联锁不是静态的，而随氧压机工况动态变化。机组加载运行之初，工况不稳定，轴封气体与混合气间建立不起合理的关系，这种情况在这一时期是正常的，不能按原没定值执行联锁报警，而应将报警联锁解除，一般在密封气混合器旁通阀全关后30秒且密封氧与混合气差压在大于2kPa时将此两联锁投入。

当氮试完成、氮氧切换过程中，相应阀门进行切换，这种平衡又被打破，联锁又一次解除，切换完毕，等到密封氧与混合气差压大于2kPa建立起来后，联锁投入。

3. 5 切换跟踪技术

—提到跟踪，最容易让人联想到回路调节中手动／自动切换时，调节阀控制信号相互跟踪，瞬间不能发生跳变的无扰动切换氧压机阀门较多，工艺复杂，从启动准备、运行到正常停车以及异常情况下的事故停车、重大事故停车，阀门间需密切协作，有的阀门在这儿种工况下，其状态变化多达四、五次，无论是其设定值还是阀门开度切换前后必须跟