天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)概述

黃燕輝

（中海油（福建）應(yīng)急維修有限責(zé)任公司，福建莆田 351100）

0 引言

在我國(guó)天然氣被越來(lái)越多的地區(qū)使用，它需要從不同的產(chǎn)區(qū)輸送到各個(gè)地區(qū)的用戶家中。天然氣不僅僅是用于運(yùn)輸，它也需要對(duì)天然氣資源進(jìn)行補(bǔ)氣、抽氣。在當(dāng)前的天然氣運(yùn)輸過(guò)程中，仍存在著一些問(wèn)題，如天然氣運(yùn)輸調(diào)配的很多不便，需要依靠天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)解決。

1 壓縮機(jī)控制功能的具體要求

要想更好地發(fā)展天然氣運(yùn)輸業(yè)務(wù)，壓縮機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)就要不斷提高。根據(jù)需要，天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)該注重功能要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（1）防喘振控制。該要求就是：當(dāng)有一個(gè)不開(kāi)啟入口或出口時(shí)，每一臺(tái)工作的壓縮機(jī)都不能出現(xiàn)喘振的情況；當(dāng)設(shè)備的入口和出口均不開(kāi)啟時(shí)，任何一臺(tái)壓縮機(jī)喘振次數(shù)絕對(duì)不可以超過(guò)一次，否則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題。

（2）控制出口的壓力。在這種高技能操作中，一定要保持操作狀態(tài)穩(wěn)定，出口壓力既不能高于設(shè)定目標(biāo)的0.5%、也不可以低于設(shè)定目標(biāo)的0.5%。

（3）控制壓縮機(jī)的負(fù)荷分配。壓縮機(jī)有一定的承載量限制，無(wú)論是投入系統(tǒng)還是退出系統(tǒng)時(shí)，壓縮機(jī)都要在一定的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)定的操作狀態(tài)，并且把時(shí)間控制在30 min 之內(nèi)，使壓縮機(jī)狀態(tài)更加穩(wěn)定。

（4）控制燃?xì)廨啓C(jī)的速度和限幅。為了確保安全，必須對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的速度進(jìn)行控制，使之與設(shè)定的目標(biāo)點(diǎn)相差不多，既不能高于目標(biāo)的0.5%、也不能低于目標(biāo)的0.5%。同時(shí)，也要控制燃?xì)廨啓C(jī)限幅。根據(jù)傳感器的量程適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，保障工作的安全。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)溫度限幅

因?yàn)椴荒芗皶r(shí)測(cè)量燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度，出于對(duì)工作安全和壓縮機(jī)溫品的考慮，所以對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行溫度限幅是一個(gè)很好的方法。為了不斷增強(qiáng)燃?xì)廨啓C(jī)的使用動(dòng)力，對(duì)溫度設(shè)定一個(gè)“門(mén)檻”，根據(jù)“門(mén)檻”的接近程度自動(dòng)控制速度。

2.2 進(jìn)行壓力控制

壓縮機(jī)的控制器有很多作用，其中就包含壓力超值的作用。這個(gè)作用對(duì)壓縮機(jī)的壓力控制有很大作用，子站出口壓力的變化都可以用回流量的增加來(lái)響應(yīng)。對(duì)壓力的控制很敏感，一旦出口的壓力達(dá)到最大、壓縮機(jī)不能正常承受時(shí)，它就會(huì)把回流閥打開(kāi)，從而降低壓力，保證工作的安全性。這在一定程度上限制了出口壓力，保證其他工作的安全性，并且能在一些特殊的情況下防止其他狀況發(fā)生。

2.3 進(jìn)行負(fù)荷分配

為了解決壓縮機(jī)的工作安全性和回流問(wèn)題，必須對(duì)壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)施兩種不同的控制方法，而且兩種控制方法要有一定的互補(bǔ)性。根據(jù)不同的需要，對(duì)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，保證設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)的合理壓力。在流量較低的情況下負(fù)荷量相對(duì)會(huì)減小，所以就會(huì)增加壓縮機(jī)的回流量。壓縮機(jī)的工作安全必須得到重視，所以要保證壓縮機(jī)負(fù)荷的平衡性。這就要求控制系統(tǒng)可以根據(jù)需要對(duì)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使壓縮機(jī)的狀態(tài)達(dá)到最佳。

2.4 對(duì)壓縮機(jī)主性能的控制

壓縮機(jī)的主性能控制一般受主控制器的作用，控制系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)的一些指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)，然后通過(guò)壓縮機(jī)所需要的對(duì)負(fù)荷量進(jìn)行分配，還會(huì)注意到防喘振的控制的作用。在保證壓縮機(jī)工作安全的前提下，最大限度地提高壓縮機(jī)的工作效率，及時(shí)根據(jù)工作需要對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其作用更好地發(fā)揮。

2.5 壓縮機(jī)的加載和卸載功能

天然氣運(yùn)輸過(guò)程中存在的問(wèn)題需要解決，而且工作量非常大，所以對(duì)天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的要求很高。進(jìn)行自動(dòng)加載和卸載是壓縮機(jī)控制系統(tǒng)一個(gè)不可或缺的作用。壓縮機(jī)會(huì)根據(jù)需要對(duì)性能進(jìn)行分配和使用，如果一臺(tái)壓縮機(jī)只使用一部分性能時(shí)，它就會(huì)根據(jù)一些流量指標(biāo)與壓縮機(jī)的總性能進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓縮機(jī)提供信號(hào)指示，提示另一臺(tái)壓縮機(jī)的啟動(dòng)或者停止，系統(tǒng)還能夠?qū)ζ渌阅苓M(jìn)行調(diào)解和分析，及時(shí)提高壓縮機(jī)的工作效率，保證壓縮機(jī)工作安全，最大限度地提高天然氣運(yùn)輸效率。

2.6 壓縮機(jī)的防喘振控制

降低壓縮機(jī)喘振的風(fēng)險(xiǎn)就要啟用防喘控制器，利用其中的開(kāi)環(huán)與閉環(huán)的功能盡可能地防止喘振的出現(xiàn)。通過(guò)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)這兩者的相應(yīng)來(lái)對(duì)喘振的一個(gè)接近變化量進(jìn)行反應(yīng)，在壓縮機(jī)能安全工作在離喘振的最大限度還差很多時(shí)，就可以通過(guò)一個(gè)比較簡(jiǎn)單的比例響應(yīng)來(lái)減小回流量。如果壓縮機(jī)此時(shí)恰好工作在一個(gè)喘振的控制線上而且受到了一定程度的干擾，防喘控制器在這時(shí)候就會(huì)增加回流量的比例，來(lái)減小壓縮機(jī)工作時(shí)的干擾。而且，多數(shù)情況下都是通過(guò)增加安全裕度來(lái)控制的。在干擾超出控制線時(shí)，會(huì)刺激回流閥快速打開(kāi)，導(dǎo)致壓縮機(jī)在工作時(shí)達(dá)到喘振的最大值。如果以上這些措施還不足以防止喘振問(wèn)題，還可以額外添加一個(gè)安全裕度。

2.7 平衡負(fù)荷

在負(fù)荷平衡的過(guò)程中，可以準(zhǔn)備多個(gè)負(fù)荷分配控制器，盡量可以滿足一個(gè)負(fù)荷分配控制器，計(jì)算得出一個(gè)負(fù)荷變量的條件，之后再通過(guò)主控器計(jì)算它們的平均值。再對(duì)比計(jì)算出來(lái)的每個(gè)負(fù)荷數(shù)據(jù)與平均值的差值，進(jìn)行調(diào)整。最終實(shí)現(xiàn)調(diào)整后的數(shù)據(jù)與喘振控制線的距離、大小是一樣的。

3 壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）有利于天然氣運(yùn)輸，提高工作效率。壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)有利于天然氣運(yùn)輸過(guò)程中問(wèn)題的解決，比起耗費(fèi)大量的人力物力可靠性更高一些，而且自動(dòng)控制技術(shù)比起人工反應(yīng)更加迅速，不僅能提高天然氣運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍?，而且也可以大幅度提高安全性，減少事故的發(fā)生。

（2）節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用，可以一定程度上降低能源的消耗，節(jié)約很多不必要的開(kāi)支，使工作中的損失不斷變小。當(dāng)開(kāi)支得到節(jié)約的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)隨之提高，不斷的促進(jìn)天然氣運(yùn)輸工作的發(fā)展。

（3）降低能耗，減少損失。壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以減少能源消耗，減少對(duì)人力資源需求。

4 壓縮機(jī)工作流程

一般情況下，壓縮機(jī)工作時(shí)電機(jī)也會(huì)帶著曲軸開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，其中的活塞依靠連桿來(lái)回運(yùn)動(dòng)。而且活塞是隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)的次數(shù)相同。之后，氣缸內(nèi)會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)完成吸氣壓縮以及排氣的工作。當(dāng)這些過(guò)程全部結(jié)束以后，壓縮機(jī)就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)整個(gè)的工作過(guò)程。

（1）吸氣過(guò)程。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，如果活塞開(kāi)始向外活動(dòng)，就說(shuō)明氣缸的容積在擴(kuò)大而氣缸里的壓力在減小。如果壓力比進(jìn)氣管中的壓力小時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣管中的氣壓進(jìn)入到氣缸里，去補(bǔ)充所需要的氣壓，直到活塞運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)端為止。這時(shí)氣缸里的容積達(dá)已經(jīng)到了最大的狀態(tài)。

（2）壓縮過(guò)程。經(jīng)歷完吸氣過(guò)程就到了壓縮的階段，在壓縮工作中，活塞向氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)的容積越來(lái)越小而氣壓越來(lái)越大。但是，與吸氣環(huán)節(jié)不同的是，這時(shí)氣缸里的氣壓不能進(jìn)入排氣管。因?yàn)榕艢夤芾锏膲毫Ω哂跉飧桌锏膲毫Α?/p>

（3）排氣過(guò)程。當(dāng)活塞移動(dòng)到一定位置，氣缸里的氣壓會(huì)上升到稍大于排氣管中的壓力，此時(shí)氣體能夠進(jìn)入排氣管，直至活塞運(yùn)動(dòng)到一定位置才會(huì)停止。此時(shí)排氣閥也會(huì)關(guān)閉，活塞隨之向外運(yùn)動(dòng)，再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

5 結(jié)語(yǔ)

在天然氣運(yùn)輸工作中出現(xiàn)的問(wèn)題會(huì)不斷地得到解決，壓縮機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)也必須跟得上工作節(jié)奏，在壓縮機(jī)的自動(dòng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，要考慮投入運(yùn)行的穩(wěn)定性、精確性、易操作性。熟悉壓縮機(jī)的工作流程，對(duì)壓縮機(jī)固定時(shí)間進(jìn)行檢查，保證壓縮機(jī)工作的安全性，充分發(fā)揮壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)天然氣運(yùn)輸發(fā)展?？傊?，壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的不斷提高和推廣，對(duì)天然氣的運(yùn)輸意義重大。