壓縮機組和SCADA系統(tǒng)聯(lián)鎖控制邏輯解析

王海峰

(中國石油西氣東輸管道公司贛湘管理處，南昌 330038)

目前西氣東輸二線壓氣站的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)能夠監(jiān)控并采集壓縮機組的運行數(shù)據(jù)，同時具備對機組啟動條件、負載分配及聯(lián)鎖停機等的控制功能[1]。每年站場儀表檢定和SCADA系統(tǒng)春(秋)檢作業(yè)時對機組運行會有很大影響，特別是當管道向下游供氣需求量大又不允許停機時，理清壓縮機組和SCADA系統(tǒng)間的聯(lián)鎖邏輯，提出必要的風(fēng)險防范和控制措施，保證機組連續(xù)運行不受影響，對于儀表檢定、SCADA系統(tǒng)周期性維檢作業(yè)和機組運行管理具有非常重要的意義。

筆者通過對壓縮機組和SCADA的聯(lián)鎖控制邏輯進行解析，針對關(guān)鍵風(fēng)險點提出有效的風(fēng)險防范和控制措施，確保在不停機的情況下開展儀表檢定和SCADA在春(秋)檢時的正常作業(yè)。

壓縮機組與SCADA系統(tǒng)聯(lián)鎖控制邏輯包括聯(lián)鎖保護停機和正常啟停機兩種?，F(xiàn)以南昌壓氣站RR(Rolls-Royce)壓縮機組為例進行說明。

1.1 聯(lián)鎖保護停機

SCADA系統(tǒng)聯(lián)鎖保護停機分為四級，分別是正常保護停機、可燃氣報警聯(lián)鎖停機、全站ESD聯(lián)鎖停機和壓縮機本體保護停機。

正常保護停機邏輯的觸發(fā)條件：壓縮機組入口匯管壓力低低報警，壓縮機組入口匯管上安裝有3臺壓力變送器(位號PT4001、PT4002和PT4003)，當其中的任意兩臺壓力低于3.8MPa時觸發(fā)保護停機；壓縮機組出口匯管壓力高高報警，壓縮機組出口匯管上安裝有3臺壓力變送器(位號PT4004、PT4005和PT4006)，當其中的任意兩臺壓力高于10.5MPa時觸發(fā)保護停機；壓氣站出口匯管溫度高高報警，站場出口匯管上安裝有3臺溫度變送器(位號TT1301、TT1302和TT1303)，當其中的任意兩臺溫度高于65℃時觸發(fā)保護停機；空壓機出口匯管壓力低低報警，空壓機出口匯管上安裝有3臺壓力變送器(位號PT10101、PT10102和PT10103)，當其中的任意兩臺壓力低于600kPa時觸發(fā)保護停機?？梢钥闯?，4種觸發(fā)條件各自均為三選二邏輯類型，任意條件滿足后均能觸發(fā)機組停機。

正常保護停機邏輯的執(zhí)行過程：以上變送器AI回路直接接入SCADA系統(tǒng)的SIS[2]，SIS給出的保護停機信號經(jīng)RS485通信方式輸出至SCADA系統(tǒng)的PLC[3]，PLC再通過DO回路輸出停機信號給機組控制系統(tǒng)(UCS)，最終由UCS執(zhí)行正常停機(帶壓停機)，并且僅當機組控制模式為遠程(Remote)時正常保護停機信號才有效，否則不會執(zhí)行機組停機。

可燃氣報警聯(lián)鎖停機邏輯的觸發(fā)條件是，壓縮機廠房內(nèi)每臺機組各安裝3臺紅外可燃氣體探測器，所有探測器中只要有兩個或兩個以上濃度高高報就觸發(fā)壓縮機組停機。其中，可燃氣體探測器濃度高高報警DI回路直接接入SCADA系統(tǒng)的SIS，SIS通過DO回路輸出停機信號到UCS，由UCS執(zhí)行緊急停機(不帶壓停機)。

全站ESD觸發(fā)條件：站場任意ESD按鈕按下；北京調(diào)控中心下發(fā)ESD命令；壓縮機廠房內(nèi)每臺機組前后各安裝4臺火焰探測器，所有探測器中有兩個或兩個以上報警。3種觸發(fā)條件任意條件滿足均觸發(fā)全站ESD進而聯(lián)鎖停機。其中，ESD按鈕、火焰探測器報警DI回路直接接入SCADA系統(tǒng)的SIS，SIS通過DO回路輸出停機信號到UCS，由UCS執(zhí)行緊急停機(不帶壓停機)。

壓縮機本體保護停機邏輯的觸發(fā)條件：進站壓力低于下限，此壓力變送器不同于正常保護停機邏輯中的變送器，當壓力低于5.5MPa時觸發(fā)機組停機；出站壓力高于上限，此壓力變送器不同于正常保護停機邏輯中的變送器，當壓力高于10.5MPa時觸發(fā)機組停機；加載閥前后壓差信號丟失或差壓過高都會觸發(fā)機組停機。以上變送器AI回路信號直接接到UCS，由UCS執(zhí)行停機[4]。

1.2 正常啟機控制

1.2.1壓縮機遠程啟動邏輯

在SCADA系統(tǒng)中遠程啟動壓縮機組前需同時滿足：自用氣滿足啟機條件，即自用氣撬進氣閥應(yīng)全開到位；空氣供氣系統(tǒng)滿足啟機條件，包括空壓機出口壓力大于650kPa，且無空氣供氣出口水露點高報警(水露點不大于-20℃)；相關(guān)站場進站、出站閥全開到位，越站閥全關(guān)到位；無壓縮機入口壓力低報警、壓縮機出口超壓報警和壓縮機出口超溫報警；可燃氣體和火焰探測器滿足啟機條件，即無可燃氣濃度報警和火焰探測器報警。

當以上所有條件滿足后才能在SCADA遠程啟動壓縮機組。下發(fā)啟機命令的同時自動啟動壓縮機廠房通風(fēng)系統(tǒng),當壓縮機廠房通風(fēng)系統(tǒng)滿足啟機條件，包括所有進風(fēng)機全部處于運行狀態(tài)、排風(fēng)機運行數(shù)量大于4組(每兩個排風(fēng)機一組)，15min后自動啟動壓縮機組。PLC通過DO回路輸出啟動信號到UCS，由UCS執(zhí)行啟機[5]。

雙機運行時，在SCADA系統(tǒng)中設(shè)定機組進口/出口壓力，機組自動進行調(diào)速負載分配。

1.2.2后空冷控制邏輯

壓縮機組后空冷受SCADA系統(tǒng)控制。正常情況下，所有后空冷支路的進口閥全開到位，相關(guān)工藝閥和空冷器風(fēng)機處于自動、遠控和無故障狀態(tài)。南昌站共有26臺空冷器，配置見表1。

表1 南昌站空冷器配置

后空冷工藝閥控制。當有一臺壓縮機組運行時，自動打開后空冷出口閥XV4702#、XV4704#、XV4706#，同時關(guān)閉后空冷旁通閥XV4601#。當有兩臺壓縮機組運行時，再自動打開后空冷出口閥XV4708#。當有兩臺以上壓縮機組運行時，再自動打開剩余后空冷出口閥XV4710#、XV4712#。

后空冷風(fēng)機啟動步驟：

a. 當后空冷進口溫度TT4002超過52℃且XV4702#閥全開到位，自動啟1#組空冷器風(fēng)機；

b. 當后空冷出口溫度TT4003超過52℃但低于60℃時，后空冷風(fēng)機慢速啟動條件成立，2min后若溫度條件仍滿足且XV4702閥全開到位，自動啟2#組空冷器風(fēng)機；

c. 若溫度條件仍然滿足且其余后空冷支路出口閥全開到位，則重復(fù)邏輯b直至所有空冷器風(fēng)機全部啟動；

d. 當后空冷出口溫度TT4003高壓60℃時，后空冷風(fēng)機快速啟動條件成立，每組風(fēng)機啟動延遲由2min縮短至10s，即10s后若溫度條件仍滿足且XV4702閥全開到位，自動啟2#組空冷器風(fēng)機。

e. 若溫度條件仍然滿足且其余后空冷支路出口閥全開到位，則重復(fù)邏輯d直至所有空冷器風(fēng)機全部啟動。

后空冷風(fēng)機停機步驟：

a. 當后空冷出口溫度低于40℃時，后空冷風(fēng)機停機條件成立；10min后，若溫度條件仍滿足，則自動關(guān)閉2#組空冷器風(fēng)機。

b. 再過2min后，若溫度條件仍然滿足，則自動關(guān)閉3#組空冷器風(fēng)機。

c. 重復(fù)上述邏輯，直至所有風(fēng)機全部停機。

d. 如果某空冷器風(fēng)機振動高報警，則自動停該風(fēng)機。

2 風(fēng)險控制

2.1 儀表檢定

在對涉及正常保護停機邏輯的壓力和溫度信號變送器進行檢定時，將機組運行模式切換到就地(Local)，并將SCADA系統(tǒng)PLC機柜內(nèi)對應(yīng)正常停機信號DO的輸出端子斷開，確保不會導(dǎo)致機組停機；在對涉及壓縮機本體保護停機邏輯的壓力和差壓信號變送器進行檢定時，一般選擇機組停機期間完成檢定，但如果生產(chǎn)運行不允許停機，可臨時在機組PLC程序中對相應(yīng)信號進行強制，同時安排人員在現(xiàn)場對一次表進行實時監(jiān)視，待變送器檢定安裝完畢且數(shù)據(jù)恢復(fù)正常時取消信號強制即可；在對涉及后空冷控制邏輯的溫度信號變送器進行檢定時，可臨時在SCADA系統(tǒng)PLC程序中對相應(yīng)溫度信號進行強制，避免空冷器風(fēng)機誤啟動和停止。

在對涉及可燃氣報警聯(lián)鎖停機邏輯的可燃氣體探測器進行檢定前，應(yīng)將SIS進行ESD休眠，對應(yīng)緊急停機信號DO輸出端子全部斷開；檢定測試完畢后立即啟動壓縮機廠房內(nèi)所有停止的進風(fēng)機和排風(fēng)機，將測試標氣迅速排出。在對涉及全站ESD聯(lián)鎖停機邏輯的火焰探測器進行檢定前，也將SIS進行ESD休眠，將應(yīng)緊急停機信號DO輸出端子全部斷開；同時檢查運行機組燃氣輪機(GG)箱體視窗是否已關(guān)嚴，并用黑布將視窗遮蔽，防止火焰探照燈測試角度偏差造成機組GG箱體內(nèi)部的火焰探測器報警引發(fā)停機。

2.2 SCADA系統(tǒng)維護

在進行全站ESD實際動作測試(但不實際放空)時，由于機組是否緊急停機成功不影響全站ESD其他邏輯的執(zhí)行，也不影響全站ESD緊急停站是否成功，為避免造成機組緊急停機，可將ESD機柜內(nèi)對應(yīng)機組緊急停機信號的DO輸出端子斷開，通過測量該DO通道是否有24V(DC)輸出判斷機組緊急停機命令是否已正確給出。另外，ESD實際動作測試時會將站場進站閥和出站閥關(guān)閉，使得壓縮機組不能帶負載運行，因此壓縮機組仍需停機，需在測試前將運行的壓縮機轉(zhuǎn)速降至怠速或停機。

SCADA系統(tǒng)的PLC或SIS冗余測試時，應(yīng)將機組運行模式切換到就地(Local)，將SIS進行ESD休眠，將SCADA系統(tǒng)PLC機柜內(nèi)和SIS機柜內(nèi)的停機信號DO輸出端子全部斷開，確保測試對機組運行無影響。

SCADA系統(tǒng)故障處理等非周期性維護作業(yè)時，充分掌握聯(lián)鎖邏輯并做好相關(guān)風(fēng)險控制措施，保證無意外事故發(fā)生。

3 結(jié)束語

西氣東輸二線的壓氣站的站場控制系統(tǒng)經(jīng)過了多次改造和聯(lián)合調(diào)試，鑒于機組與SCADA聯(lián)鎖控制邏輯的重要性，利用現(xiàn)有技術(shù)能力與經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)的管理規(guī)定和技術(shù)指導(dǎo)書，詳細分析了機組與SCADA系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖控制邏輯，并制定了相應(yīng)的風(fēng)險控制措施，為后期的站場穩(wěn)定運行維護打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1] 趙廉斌,梁建青,韓建強,等.西氣東輸二線東段管道SCADA系統(tǒng)運行[J].石油規(guī)劃設(shè)計,2012,23(4):47～49.

[2] 王海峰,田家興,趙廉斌,等.SafetyManager系列PLC在西氣東輸二線輸氣管道中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機,2012,25(1):6～8.

[3] 蒼松,王海峰,田家興,等.Allen-Bradley系列PLC在西氣東輸二線輸氣管道中的應(yīng)用[J].電氣自動化,2012,34(5):74～76.

[4] 張鵬.有關(guān)壓縮機自動控制系統(tǒng)的探討[J].中國科技投資,2013,(A36):231.

[5] 魏凱,唐善華,閆峰,等.西氣東輸鹽池站壓縮機組遠程控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].油氣儲運,2011,30(6):474～477.