淺談電驅(qū)壓氣站冷卻水控制邏輯的優(yōu)化

馮 軍

0 前言

用于管道增壓的離心式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要有燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩種驅(qū)動(dòng)方式在國(guó)內(nèi)外輸氣管線上均有成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。 與燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)方式相比， 變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式在技術(shù)性能方面更有優(yōu)勢(shì)，如調(diào)速范圍寬、效率高、運(yùn)行可靠性高、加載時(shí)間短、無廢氣排放、噪聲低等。 此外，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)機(jī)組投資低，且變頻電機(jī)維修費(fèi)用低［1］。國(guó)內(nèi)選擇使用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的輸氣管道日趨增多。

1 原冷卻水控制邏輯設(shè)計(jì)的問題

1.1 冷卻水系統(tǒng)的工藝流程及運(yùn)行

冷卻水系統(tǒng)用于電驅(qū)站電機(jī)和變頻器的冷卻。 冷卻水系統(tǒng)由冷卻塔、循環(huán)泵、管路、閥門以及冷卻水的溫度、流量、壓力檢測(cè)裝置組成。 冷卻水系統(tǒng)工藝流程見圖1。 正常情況下，冷卻水從冷卻塔出來后經(jīng)過循環(huán)泵（如圖1 中的LCP 01～LCP 04） 輸送到電機(jī)和變頻器進(jìn)行冷卻， 冷卻后的水流再通過冷卻水回水管回到冷卻塔降溫， 通過這樣不斷的循環(huán)完成電機(jī)和變頻器的冷卻任務(wù)，冷卻水不足時(shí)由冷卻塔外接的自來水補(bǔ)水管補(bǔ)水。

冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)壓縮機(jī)的條件是冷卻水循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量等于準(zhǔn)備啟動(dòng)的壓縮機(jī)的數(shù)量，且對(duì)應(yīng)變頻器和電機(jī)冷卻水入口流量、溫度均滿足要求［2］。根據(jù)圖2～4，壓縮機(jī)啟動(dòng)命令發(fā)出時(shí)站控系統(tǒng)首先自動(dòng)啟動(dòng)冷卻水系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)包括開啟冷卻水管路上的所有電動(dòng)閥并啟動(dòng)循環(huán)泵。當(dāng)變頻器和電機(jī)冷卻水入口的流量、溫度滿足設(shè)計(jì)要求且冷卻塔運(yùn)行正常時(shí)（包括其它輔助系統(tǒng)運(yùn)行正常），站控系統(tǒng)才能將啟動(dòng)壓縮機(jī)命令輸出至壓縮機(jī)控制系統(tǒng)（UCS）啟動(dòng)壓縮機(jī)［3］。

圖1 冷卻水系統(tǒng)工藝流程

1.2 存在問題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際， 啟動(dòng)1 臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)需啟動(dòng)3 臺(tái)循環(huán)泵，才能使變頻器和電機(jī)冷卻水入口流量、溫度達(dá)到要求。 而原冷卻水控制邏輯中卻要求準(zhǔn)備啟動(dòng)壓縮機(jī)的數(shù)量必須等于已啟動(dòng)的循環(huán)泵數(shù)量， 因此， 當(dāng)通過SCADA 系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)冷卻水系統(tǒng)無法達(dá)到自動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)的外部條件，SCADA 系統(tǒng)發(fā)出的啟動(dòng)壓縮機(jī)命令無法輸出到UCS。

為解決該問題，修改冷卻水控制邏輯啟動(dòng)壓縮機(jī)的條件，改為由變頻器和電機(jī)冷卻水入口的流量、溫度來判斷。

2 冷卻水控制邏輯優(yōu)化

根據(jù)上述解決方案， 對(duì)原冷卻水控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。 原冷卻水控制邏輯見圖2～4。

圖2 原冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)邏輯

圖3 原冷卻水循環(huán)泵啟動(dòng)邏輯

由圖2 可知， 當(dāng)SCADA 系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)某臺(tái)壓縮機(jī)命令后，自動(dòng)開啟冷卻塔出口閥LXV01～LXV04、該壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)的變頻器和電機(jī)冷卻水入口閥LXV09、LXV13（ 或 LXV10、LXV14 或 LXV11、LXV15 或 LXV12、LXV16）， 上述閥門開到位后自動(dòng)發(fā)出冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)命令。

由圖3 可知，圖2 中的冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)命令發(fā)出后順序啟動(dòng)冷卻水循環(huán)泵LCP 01～LCP 04 及循環(huán)泵后的閥門，當(dāng)已啟動(dòng)的冷卻水循環(huán)泵數(shù)量等于準(zhǔn)備啟動(dòng)的壓縮機(jī)數(shù)量（即發(fā)出的壓縮機(jī)啟動(dòng)命令數(shù)量）時(shí)，自動(dòng)輸出冷卻水循環(huán)泵啟動(dòng)成功信號(hào)。

由圖4 可知，準(zhǔn)備啟動(dòng)的壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)的變頻器和電機(jī)冷卻水入口流量和溫度滿足要求，且冷卻水循環(huán)泵啟動(dòng)成功、冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行無故障，則冷卻水系統(tǒng)滿足啟動(dòng)壓縮機(jī)條件有效。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行需求，對(duì)原冷卻水控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化：

圖4 原冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)成功判斷邏輯

a） 冷卻水循環(huán)泵啟動(dòng)命令的條件中取消對(duì)LXV 09～12 狀態(tài)的判斷。

b） 機(jī)組預(yù)選信號(hào)生效后不再自動(dòng)開LXV 09～12，因?yàn)檫@4 個(gè)閥門為調(diào)節(jié)型電動(dòng)碟閥，需要保持在合適的開度，以保證冷卻水流量在設(shè)定范圍之內(nèi)，并且把這4 個(gè)閥門的遠(yuǎn)控模式改為由閥位設(shè)定來控制。

c） 啟動(dòng)循環(huán)泵的邏輯改為順序啟動(dòng)1、2、3 號(hào)泵及其后的閥門， 若有1 臺(tái)泵或者閥門故障則啟動(dòng)4 號(hào)泵及其后的閥門，同時(shí)冷卻水循環(huán)泵啟動(dòng)成功的條件改為至少有3 臺(tái)泵及其后的閥門啟動(dòng)成功。

優(yōu)化后的冷卻水控制邏輯見圖5～7。

由圖5 可知，SCADA 系統(tǒng)發(fā)出冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)命令后，自動(dòng)開啟冷卻塔出口閥LXV 01～LXV 04 及變頻器冷卻水入口閥LXV 13～LXV 16，當(dāng)上述閥門開到位后中間變量有效。

圖5 優(yōu)化后的冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)邏輯

圖6 優(yōu)化后的冷卻水循環(huán)泵啟動(dòng)邏輯

由圖6 可知，中間變量有效后，順序啟動(dòng)冷卻水循環(huán)泵LCP 01～LCP 03 及泵后的閥門， 如果上述泵及閥門任何一個(gè)未能正常啟動(dòng)則啟動(dòng)LCP 04 及泵后的閥門，當(dāng)已啟動(dòng)的循環(huán)泵數(shù)量大于2 時(shí)冷卻水循環(huán)泵啟動(dòng)成功信號(hào)有效。

由圖7 可知，變頻器和電機(jī)冷卻水入口流量和溫度滿足要求，則冷卻水滿足啟動(dòng)對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)的條件有效。

優(yōu)化后， 通過SCADA 系統(tǒng)一鍵命令啟動(dòng)冷卻水系統(tǒng)，便可自動(dòng)啟動(dòng)冷卻水循環(huán)泵并打開閥門，當(dāng)任意一臺(tái)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變頻器冷卻水［4］入口流量和溫度滿足要求后，冷卻水系統(tǒng)達(dá)到啟動(dòng)該壓縮機(jī)的條件，值班人員可直接從人機(jī)界面看到啟動(dòng)壓縮機(jī)條件是否滿足［5］，發(fā)出啟動(dòng)壓縮機(jī)命令即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)壓縮機(jī)的功能。

圖7 優(yōu)化后的冷卻水啟動(dòng)成功判斷邏輯

3 結(jié)論

冷卻水系統(tǒng)是電驅(qū)壓氣站的重要輔助系統(tǒng)， 對(duì)于電機(jī)和變頻器的正常運(yùn)行及壽命有重要作用。 通過本次優(yōu)化， 不但實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程一鍵啟動(dòng)壓縮機(jī)的功能，而且優(yōu)化了遠(yuǎn)程啟動(dòng)壓縮機(jī)對(duì)輔助系統(tǒng)工況的判斷條件，很大程度上提高了長(zhǎng)輸管道自控水平，減輕了現(xiàn)場(chǎng)人員工作量。 隨著長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)控制的需求也越來越強(qiáng)烈，因此須不斷深入研究工藝流程、優(yōu)化控制邏輯，以提高長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化水平。

［1］ 蔣文娟,朱安邦. 壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施［J］. 自動(dòng)化博覽，2004,21（3）：22-23.Jiang Wenjuan, Zhu Anbang. The Design and Implementation of Air Compressor Remote Monitoring and Control System［J］.Automation Panorama,2004，21（3）：22-23.

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