一种天然气压缩机组控制系统浅析-机电毕业论文

　　关键词：天然气  压缩机组  控制系统  

　　论文提要：随着国际、国内油气的快速发展，特别是天然气工业的飞速发展，用于天然气增压的往复式天然气压缩机组被越来越多的使用，本文通过对L7044GSI/JGD4型往复式天然气压缩机组的控制系统进行分析，简单介绍了控制系统的结构组成与控制功能的实现。

　　前 言

　　随着国际、国内油气工业的快速发展，特别是天然气工业的飞速发展，一种用于天然气增压的往复式天然气压缩机组（简称机组）被越来越多的用在长输管道增压输送，地下储气库高压注气，油田气举采油，油田天然气回注，煤层气处理，天然气发电，油气处理厂等场合，虽然不同应用场合下的机组的控制系统略有不同，本文通过对哈萨克斯坦KAM油田使用的美国HANOVER公司成撬的L7044GSI/JGD4型往复式天然气压缩机组控制系统WAHLE CONTROL SYSTEMS进行分析，简单介绍了控制系统的结构组成与控制功能的实现。

　　1.机组控制系统概述

　　机组控制系统（Unit Control System，简称UCS）或称机组就地控制系统（Unit Local Control System，简称LCS）通常以就地控制柜的形式安装在机组主撬上或机组主撬附近，由机组供应商成套提供。

　　机组控制系统主要由过程控制单元、操作员工作站、数据接口等构成，通常，过程控制单元采用可编程序控制器(PLC)，做为人机界面的操作员工作站采用带触摸屏的。因此，机组控制系统实际上是一套以PLC为控制核心，用于机组逻辑顺序控制，PID控制，实时数据处理，报警停机保护，联网通讯的自动控制系统，可完成单台机组及其辅助系统（空冷器系统、仪表气系统等）的控制。机组控制系统自成体系，独立于站控系统（SCS）以外。

　　UCS自动、连续地监视和控制压缩机组及其辅助系统的运行，保证人身和设备安全。具体来说，该系统至少满足以下性能：根据命令或条件，按预定程序自动完成机组的启动、加载、卸载和停机/紧急停机等操作；在所有工况下执行对机组的保护；在系统故障或误操作的情况下避免不安全的因素发生；在触摸屏上显示各种工艺变量及其它有关参数；提供声光报警；与SCS交换信息；接受SCS的操作命令。

　　UCS可实现多种操作方式选择，各种操作控制方式之间的切换无扰动且不会导致不安全的因素发生。因此，UCS可实现以下操作方式：就地（LOCAL）人工或自动控制、远程(REMOTE)自动控制(SCS或调度控制中心操作模式)、停机（OFF）。操作方式由安装在UCP上的LOCAL/REMOTE/OFF选择开关确定。就地控制方式优先于远程控制方式。处于停机模式时，不能启动机组，但各种变量/参数仍处于UCS的监视之下。在就地控制时，UCS不接受SCS或调度控制中心的命令，但各种变量/参数仍处于SCS或调度控制中心的监视之下。

　　ESD（紧急停机）控制命令优先于任何操作方式。无论ESD命令从何处下达及UCS处于何种操作方式，ESD控制命令均能被立即按预定的顺序执行。所有ESD系统的动作将发出闭锁信号，使机组在未接到人工复位的命令前不能再次启动。ESD系统和各种保护系统均设计为故障安全型。

　　UCS全自动的完成对机组及其辅助系统和相关联部分的监控，如（但不局限于此）：启动/停机顺序控制（包括各个阀门的顺序控制）；负荷控制；动力源控制（如电源等）；速度控制及保护停机；机组状态监测及保护停机；紧急停机（ESD）；辅助系统控制及保护；超温、过压控制及保护停机。

　　2．机组控制系统的结构组成

　　UCS的硬件组成主要包括可编程控制器（PLC）、就地控制柜（LCP）、就地检测仪表、控制阀门、控制开关、ESD系统以及辅助系统等。

　　2.1就地控制柜

　　就地控制柜通常包括触摸屏、开关、按钮、指示灯、24VDC电源等。就地控制柜选用钢质双门或单门标准尺寸柜，门上带安全锁。控制柜配备散热通风、照明等设施。控制柜的设计充分考虑了机柜内部和外部电线/电缆的布线空间。柜内机架与端子排的布置考虑了扩展余地且方便维护、检修，柜内布线全部通过汇线槽，柜下端安装接地母线。控制柜满足所处的防爆等级要求。

　　2.1.1危险区域划分与正压通风

　　通常情况下，控制柜危险区域划分属于：1类，2区，D组。控制柜内的部件和控制柜本身的结构也必须符合1类，2区，D组的危险区域的要求。控制柜为微正压式，用仪表风吹扫，用于减轻现场环境对柜内部件的损害，用户负责向控制柜提供一个仪表风供气点。

　　2.1.2控制系统电源需求

　　用户负责向控制柜提供符合要求的电源：220VAC，1Ph，50Hz。供应商提供24VDC备用蓄电池。蓄电池安装在控制柜内。就地控制柜负责向发动机控制系统提供21.6-30VDC（最大尖峰电压2V，最小电流12Amps），用于发动机控制和点火。同时，向控制面板和末端设备提供16 Amps电流，向成套撬装电磁阀提供24 VDC。

　　2.1.3盘装开关、按钮和指示灯

    控制柜前面板上安装的开关、按钮和指示灯主要有：控制盘电源开关、启动按钮、停机按钮、指示灯测试/复位按钮、空冷器风扇电机HOA开关、控制盘电源指示灯、机组运行