北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)高釗，劉德俊，王芙，馬焱，李小月，高吉慶（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順113001）輸?shù)街付ㄎ恢?。由于灘海油田伴生氣的產(chǎn)量比較少，在進(jìn)行壓縮的過(guò)程中，天然氣壓縮機(jī)需經(jīng)常啟停。

　　為了節(jié)省能源，降低成本，提高機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以對(duì)天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制。筆者介紹一種天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制的方法，該方法不需要人工控制即可把天然氣進(jìn)行高壓壓縮后裝進(jìn)高壓氣瓶。

　　通過(guò)對(duì)該方法的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題等描述，為高壓壓縮機(jī)的自動(dòng)控制研究提供。

　　隨著能源的日益緊張，天然氣在能源中的位置越來(lái)越重要。灘海油田伴生氣作為天然氣的一種，逐漸被人們所重視。目前，由于其回收所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，故國(guó)內(nèi)外大都采取放空或燃燒的方式來(lái)處理伴生氣。為了增加油田效益，應(yīng)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的方案對(duì)伴生氣進(jìn)行回收2. 1NG回收工藝壓縮天然氣（CNG）就是將天然氣加壓至25MPa左右，使其體積減小。天然氣在25MPa時(shí)，體積為壓縮前的1/250，該工藝有效的利用了天然氣的壓縮特性，提高了儲(chǔ)運(yùn)效率。CNG的預(yù)處理和壓縮過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，處理技術(shù)和設(shè)備較成熟，投資費(fèi)用適中。

　　采用CNG技術(shù)回收灘海油田伴生氣的工藝流程：經(jīng)過(guò)預(yù)處理（脫硫、脫碳、脫水、除塵等）的伴生氣經(jīng)增壓計(jì)量后，進(jìn)入緩沖罐（約100m3）儲(chǔ)存，當(dāng)緩沖罐壓力達(dá)到一定值后，啟動(dòng)壓縮機(jī)，對(duì)氣體進(jìn)行高壓壓縮，達(dá)到25MPa左右，裝入630mmX11580mm的標(biāo)準(zhǔn)高壓氣瓶，容積約為2.82m3，高壓氣瓶通過(guò)船舶運(yùn)輸：2013-03-20到目的地。

　　回收工藝確定后，考慮到伴生氣產(chǎn)量少，壓縮機(jī)不能連續(xù)工作，可在壓縮機(jī)入口處設(shè)置一個(gè)緩沖罐儲(chǔ)存氣體，根據(jù)緩沖罐中氣體壓力值，可以對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制。這樣不僅節(jié)省人力資源，還能提高機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性。該自動(dòng)化系統(tǒng)的原理是根據(jù)壓力的變化，利用PLC控制柜對(duì)壓縮機(jī)和電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行自動(dòng)控制。

　　2自動(dòng)控制系統(tǒng)隨著科技的發(fā)展，PLC技術(shù)越來(lái)越成熟，其靈活性和擴(kuò)展性較繼電器有了很大提高，且不易受環(huán)境影響，目前已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域。因此，筆者采用PLC和繼電器聯(lián)合控制，不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊，電器少，體積小，易維護(hù)等特點(diǎn)，還可以使系統(tǒng)設(shè)備適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，同時(shí)降低成本。

　　2.1系統(tǒng)運(yùn)行的工藝要求為確保正常工作，系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：壓縮機(jī)的正常啟停和電動(dòng)閥門(mén)的正常開(kāi)閉；正常生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)保證至少有2個(gè)高壓氣瓶可以正常工作；）能夠隨時(shí)對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)。

　　北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)2.2控制系統(tǒng)的工作原理經(jīng)過(guò)處理的天然氣進(jìn)入到緩沖罐中，當(dāng)緩沖罐中的壓力達(dá)到一定值時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng)，把天然氣壓縮裝進(jìn)高壓氣瓶進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)。當(dāng)儲(chǔ)存天然氣的高壓氣瓶裝滿(mǎn)后，為了不影響正常生產(chǎn)，需更換另外個(gè)高壓氣瓶進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)，該過(guò)程中壓縮機(jī)繼續(xù)正常工作。當(dāng)緩沖罐氣體壓力降到一定值時(shí)，壓縮機(jī)停止工作，待緩沖罐中壓力達(dá)到定值后，壓縮機(jī)重新啟動(dòng)，循環(huán)上述過(guò)程。根據(jù)上述過(guò)程，筆者設(shè)計(jì)套方案，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)生產(chǎn)，而不需要人工操作，只要定時(shí)維護(hù)，保證設(shè)備正常生產(chǎn)即可，該系統(tǒng)的控制原理如所示。

　　綏沖罐1it力表-it力容器控制系統(tǒng)工作原理2.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案由電接點(diǎn)壓力表、電動(dòng)閥門(mén)和PLC等部件組成。電接點(diǎn)壓力表中的壓力變化促使PLC中的控制電路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，以確保天然氣壓縮機(jī)的啟停和電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。方案的工程圖如所示。

　　在緩沖罐出口端設(shè)置1個(gè)可以檢測(cè)緩沖罐內(nèi)空氣壓力值的電接點(diǎn)壓力表，在壓縮機(jī)進(jìn)氣端設(shè)置1個(gè)電動(dòng)閥門(mén)。電動(dòng)閥門(mén)和電接點(diǎn)壓力表均與PLC中的控制電路相連接。當(dāng)所述電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)到緩沖罐內(nèi)的天然氣壓力達(dá)到第預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，控制電路控制電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟，同時(shí)壓縮機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)到緩沖罐內(nèi)的天然氣壓力低于第二預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉，同時(shí)壓縮機(jī)停止工作。高壓氣瓶和壓縮機(jī)之間選用單向閥，防止壓縮機(jī)停止時(shí)，產(chǎn)生回流。每個(gè)高壓氣瓶的進(jìn)氣口附近均設(shè)置1個(gè)電接點(diǎn)壓力表，該電接點(diǎn)壓力表可以檢測(cè)高壓氣瓶中的壓力值。電接點(diǎn)壓力表和止回閥之間各安裝1個(gè)電動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)由PLC控制系統(tǒng)控制。當(dāng)高壓氣瓶中的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制電路控制與高壓氣瓶相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉，使另外1個(gè)電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟。

　　2.3.1天然氣壓縮機(jī)的自動(dòng)啟停壓縮機(jī)自動(dòng)啟停電路如所示。當(dāng)與緩沖罐相連的電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)到緩沖罐中的壓力值達(dá)到第預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，壓力表上限觸點(diǎn)P1使開(kāi)關(guān)3閉合，等同于按下了PLC控制柜的啟動(dòng)按鈕1，壓縮機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)到緩沖罐內(nèi)的壓力值低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，電接點(diǎn)壓力表下限觸點(diǎn)P2使開(kāi)關(guān)4閉合，此時(shí)繼電器1閉合，繼電器的常開(kāi)開(kāi)關(guān)1一1閉合，等同于按下了PLC控制柜的停機(jī)按鈕2，此時(shí)壓縮機(jī)停止工作。

　　2.3.2電動(dòng)閥門(mén)間的自動(dòng)切換電動(dòng)閥門(mén)的控制電機(jī)由PLC控制柜控制。

　　電動(dòng)閥門(mén)間自動(dòng)切換的電路如所示。KM為PLC控制柜內(nèi)接觸器，當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)后，由于接觸器KM常閉觸點(diǎn)5是閉合的，繼電器2通電，常閉開(kāi)關(guān)2―1斷開(kāi)，常開(kāi)開(kāi)關(guān)2―2閉合，電動(dòng)閥門(mén)的控制開(kāi)關(guān)K2開(kāi)啟，天然氣通過(guò)閥門(mén)進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的壓力容器。當(dāng)與此壓力容器相連接的電接點(diǎn)壓力表檢測(cè)到壓力容器中的壓力值高于預(yù)設(shè)值時(shí)，電接點(diǎn)壓力表觸點(diǎn)P4使接觸器常開(kāi)觸點(diǎn)6閉合，相應(yīng)的常閉觸點(diǎn)5打開(kāi)。繼電器3通電，常閉開(kāi)關(guān)3―1斷開(kāi)，常開(kāi)開(kāi)關(guān)3―2閉合，另一電動(dòng)閥門(mén)K3開(kāi)啟；此時(shí)，常開(kāi)開(kāi)關(guān)2―2斷開(kāi)，電動(dòng)閥門(mén)K2關(guān)閉。正常工作時(shí)，此過(guò)程循環(huán)進(jìn)行。

　　點(diǎn)；一接觸器KM常閉觸點(diǎn)；一接觸器KM常開(kāi)觸點(diǎn)；2―1一繼電器常閉開(kāi)關(guān)；2―2、3―2―繼電器常開(kāi)開(kāi)關(guān)電動(dòng)閥門(mén)間自動(dòng)切換電路2.3.3電動(dòng)閥門(mén)的自動(dòng)控制電動(dòng)閥門(mén)的控制電機(jī)為三相異步電機(jī)，與接觸器KM2、KM3相連接，通過(guò)控制接觸器KM2、KM3來(lái)實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)三相進(jìn)電源換向，進(jìn)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟閉合的目的。其電路結(jié)構(gòu)圖如所示。

　　KM1為PLC控制柜內(nèi)接觸器，KM1接通時(shí)，KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)1接通，常閉觸點(diǎn)2斷開(kāi)，繼電器4接通，繼而接觸器KM2接通，常開(kāi)觸―2閉合，電機(jī)得電使閥門(mén)開(kāi)啟；KM1失電時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)1斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)2閉合，繼電器5通電，常開(kāi)開(kāi)關(guān)5―2閉合，KM3得電，常閉觸點(diǎn)KM3―2閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)，電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉。

　　3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際依據(jù)根據(jù)油田的實(shí)際產(chǎn)氣量和當(dāng)?shù)丨h(huán)境等具體條件，需對(duì)壓縮機(jī)、緩沖罐和壓力容器等進(jìn)行選擇，達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)要求之后，根據(jù)各個(gè)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)避免壓縮機(jī)多次連續(xù)啟停，超過(guò)規(guī)定次數(shù)而導(dǎo)致壓縮機(jī)不能正常生產(chǎn)。此外，該自動(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)施時(shí)，必須根據(jù)油田當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和工作環(huán)境，選擇合適的硬件設(shè)備，在進(jìn)行設(shè)備安裝、調(diào)試和整定后，再投入生產(chǎn)。

　　4結(jié)論主要介紹了一種天然氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)PLC控制柜對(duì)壓縮機(jī)和電動(dòng)閥門(mén)的控制，實(shí)現(xiàn)天然氣壓縮和裝罐。壓縮機(jī)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生損傷等情況，通過(guò)PLC對(duì)機(jī)器運(yùn)行情況的判斷，能夠在壓縮機(jī)產(chǎn)生故障前對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)性的保養(yǎng)與維護(hù)。這樣能提高機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用期限，避免因設(shè)備故障而影響單位正常生產(chǎn)。該系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：工作可靠，反應(yīng)迅速，工作效率高；）可以對(duì)壓縮機(jī)及其他設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，提高運(yùn)行的安全性；）可以降低能耗，減少不必要的損失；（4）投資少，可以降低生產(chǎn)成本，提高油田經(jīng)濟(jì)效益。