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【摘 要】空分装置设备大型化，要求机组能够保证长周期安全可靠运行，机组的保护要求必须安全可靠。在实际应用中，由于生产厂和成套商设计上的理念的不同，往往造成设备的保护存在各种各样的缺陷。本文详细说明了针对已经发生或可能发生的油系统故障对压缩机的油泵控制所进行的可靠性改进，对压缩机的安全可靠运行提供有力保证，为同类双油泵的控制提供有值的参考。
【关键词】空分装置 空压机 油泵 互倒 DCS系统 控制逻辑图
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-006-01
1 前言
邯钢35000Nm3/h空分装置由川空成套，2008年投产，其配套空压机、氧压机分别由陕鼓动力和杭氧透平公司生产，均采用双外置油泵，其中一台运行，一台备用，在控制中实现自动互倒，即将当前的在运油泵作为主油泵，另一台作为备用油泵。油泵作为压缩机的关键设备，其控制的正确完善与否对系统的安全可靠运行起着关键的作用。在我厂前期设计审查以及后期的调试运行过程中，结合实际操作和控制，在仪电控制和仪控逻辑方面改进了几处关键的缺陷，消除了可能造油泵停运的隐患，在此行给予说明。本文以空压机1#油泵的控制为例，分成两个方面来详细说明各个改进要点。
2 仪电控制的改进优化
2.1 仪电控制的问题
在审查设计图纸，核对仪电控之间的信号联系过程中，发现仪控DCS系统至电气控制柜的油泵启动/停止的开关量控制信号是采用一个开关量触点，见图1 “改进前空压机1#油泵电气原理图”所示：
图中“手动/自动”开关1SA转至“自动”控制状态时，DCS启动油泵启动/停止触点2UZ-1001-1为闭合时，油泵启动运行，断开时则停止运行。存在两个问题：①该触点为断开时停止油泵，若由于DCS系统的模件、输出继电器、电缆断路等故障，会造成异常停泵。②采用闭合时油泵启动运行，该触点为常期闭合状态，会造成元件老化，同样造成异常停泵。停泵必然造机组断油，轴瓦烧坏等重大事故的发生，对机组的安全可靠运行造成很大威胁。
2.2 仪电控联络的改进
基于上述所发现的问题，对仪电控联络信号以及电气设计进行了改进优化，见图2“改进后空压机1#油泵电气原理图”：
图1 改进前空压机1#油泵电气原理图 图2 改进后空压机1#油泵电气原理图
改进项目包括：①采用两个DCS开关量触点进行油泵的启动/停止控制。DCS启动油泵触点2UZ-1001-1采用常开点，DCS输出继电器励磁吸合，触点闭合启动。DCS停止油泵触电2UZ-1001-2采用常闭点，DCS输出继电器励磁吸合，触点断开停止。②在DCS控制程序中将启动/停止输出继电器采用延时脉冲型励磁动作方式，脉冲时间为5秒，启动油泵2UZ-1001-1接通5秒，交由电气主接触器1KM辅助触点完成回路自保持，这样继电器不是处于常得电励磁状态，避免了继电器的元件老化和整个回路的误动作。
3 仪控DCS控制逻辑的改进优化
3.1 DCS程序对油泵控制逻辑的要点，参见图3“改进前空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图”：①油压低互倒。在现场控制箱“DCS /就地”卡子，打至“DCS”，且DCS系统内部变量AB1011（空压机1#油泵备用状态）为“1”，即备用油泵在程序中“投备”，当仪表PIAS_1051（空压机润滑油压）检测到油压低信号，将触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵；②油泵停运互倒。在现场控制箱“DCS /就地”卡子，打至“DCS”，且DCS系统内部变量AB1011（空压机1#油泵备用状态）为“1”，即备用油泵在程序中“投备”，当检测到来自电气的SO_1002（空压机2#油泵运行信号）消失时，将触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵；③可在DCS操作介面中通过内部变量操作按钮MOPUZ_1001（1#油泵DCS启动按钮）触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵。
3.2 控制逻辑存在问题
以上控制逻辑图直观上看不存在问题，在实际应用中，结合操作、检修和其他可能情况还存在以下两个问题： ①当1#备用泵启动后，此时1#2#两台油泵同时运行时，为防止双油泵同时运行时油压超压，DCS系统程序控制两台油泵并行5s后，DCS系统触发UZ_1001_2开关量输出点至电气停1#油泵。如此，若2#油泵检修完成后，将“DCS/就地”卡子转换为“就地”对油泵进行现场试运行，1#油泵的并行5s计时已由SO_1002（空压机2#油泵运行信号）触发，若试泵失败，DCS程序也将发出开关量控制信号停1#油泵，这样两台油泵均停运，必然会导致机组油压低的联锁停机事故的发生。②当2#油泵试运行正常，在现场控制箱将 “DCS/就地”卡子由“就地”转换为“DCS”控制时，电气控制决定了进行该转换时，2#油泵必停。此时，由于并行5s停1#油泵的计时已由SO_1002（空压机2#油泵运行信号）触发，5s时间到时，DCS系统触发UZ_1001_2开关量输出点至电气停1#油泵，也将导致双油泵停机。
3.3 控制逻辑的改进
①实现检修后的备用油泵的安全调试。通过现场控制箱“DCS /就地”卡子的位置识别来判断油泵的允许控制状态，在DCS系统原控制程序上增加对现场操作箱“DCS/就地”卡子信号HS_1002的判断，若HS_1002（空压机2#油泵远程控制）不成立时，即“DCS /就地”卡子转换为“就地”，将不触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵。参见图4“改进后空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图”的左下方“AND”块前的HS_1002条件。
图3改进前空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图 图4 改进后空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图
②消除现场控制箱“DCS/就地”转换时的漏洞。5s并行停泵不再由SO_1002单一条件触发，也加入了“DCS/就地”卡子信号HS_1002的判断，若HS_1002（空压机2#油泵远程控制）不成立时，即“DCS /就地”卡子转换为“就地”，并行5s停1#油泵的计时脉冲延时不会触发，这样在2#油泵进行卡子转换时，也就不会触发停1#油泵。参见图4“改进后空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图”的左下方“R_TRIG”块前的HS_1002条件。
经过对改进后的油泵控制系统进行的在各种操作和故障情况下的可靠性实验，确定其控制全面、完整、可靠，有效地避免由于油系统故障和误操作所造成的系统停车事故，保证了空压机的安全可靠运行，并将这种控制思路应用于我厂其他具有同类双油泵的机组，同时也对国内类似双油泵压缩机的控制具有参考价值。
【关键词】空分装置 空压机 油泵 互倒 DCS系统 控制逻辑图
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-006-01
1 前言
邯钢35000Nm3/h空分装置由川空成套，2008年投产，其配套空压机、氧压机分别由陕鼓动力和杭氧透平公司生产，均采用双外置油泵，其中一台运行，一台备用，在控制中实现自动互倒，即将当前的在运油泵作为主油泵，另一台作为备用油泵。油泵作为压缩机的关键设备，其控制的正确完善与否对系统的安全可靠运行起着关键的作用。在我厂前期设计审查以及后期的调试运行过程中，结合实际操作和控制，在仪电控制和仪控逻辑方面改进了几处关键的缺陷，消除了可能造油泵停运的隐患，在此行给予说明。本文以空压机1#油泵的控制为例，分成两个方面来详细说明各个改进要点。
2 仪电控制的改进优化
2.1 仪电控制的问题
在审查设计图纸，核对仪电控之间的信号联系过程中，发现仪控DCS系统至电气控制柜的油泵启动/停止的开关量控制信号是采用一个开关量触点，见图1 “改进前空压机1#油泵电气原理图”所示：
图中“手动/自动”开关1SA转至“自动”控制状态时，DCS启动油泵启动/停止触点2UZ-1001-1为闭合时，油泵启动运行，断开时则停止运行。存在两个问题：①该触点为断开时停止油泵，若由于DCS系统的模件、输出继电器、电缆断路等故障，会造成异常停泵。②采用闭合时油泵启动运行，该触点为常期闭合状态，会造成元件老化，同样造成异常停泵。停泵必然造机组断油，轴瓦烧坏等重大事故的发生，对机组的安全可靠运行造成很大威胁。
2.2 仪电控联络的改进
基于上述所发现的问题，对仪电控联络信号以及电气设计进行了改进优化，见图2“改进后空压机1#油泵电气原理图”：
图1 改进前空压机1#油泵电气原理图 图2 改进后空压机1#油泵电气原理图
改进项目包括：①采用两个DCS开关量触点进行油泵的启动/停止控制。DCS启动油泵触点2UZ-1001-1采用常开点，DCS输出继电器励磁吸合，触点闭合启动。DCS停止油泵触电2UZ-1001-2采用常闭点，DCS输出继电器励磁吸合，触点断开停止。②在DCS控制程序中将启动/停止输出继电器采用延时脉冲型励磁动作方式，脉冲时间为5秒，启动油泵2UZ-1001-1接通5秒，交由电气主接触器1KM辅助触点完成回路自保持，这样继电器不是处于常得电励磁状态，避免了继电器的元件老化和整个回路的误动作。
3 仪控DCS控制逻辑的改进优化
3.1 DCS程序对油泵控制逻辑的要点，参见图3“改进前空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图”：①油压低互倒。在现场控制箱“DCS /就地”卡子，打至“DCS”，且DCS系统内部变量AB1011（空压机1#油泵备用状态）为“1”，即备用油泵在程序中“投备”，当仪表PIAS_1051（空压机润滑油压）检测到油压低信号，将触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵；②油泵停运互倒。在现场控制箱“DCS /就地”卡子，打至“DCS”，且DCS系统内部变量AB1011（空压机1#油泵备用状态）为“1”，即备用油泵在程序中“投备”，当检测到来自电气的SO_1002（空压机2#油泵运行信号）消失时，将触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵；③可在DCS操作介面中通过内部变量操作按钮MOPUZ_1001（1#油泵DCS启动按钮）触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵。
3.2 控制逻辑存在问题
以上控制逻辑图直观上看不存在问题，在实际应用中，结合操作、检修和其他可能情况还存在以下两个问题： ①当1#备用泵启动后，此时1#2#两台油泵同时运行时，为防止双油泵同时运行时油压超压，DCS系统程序控制两台油泵并行5s后，DCS系统触发UZ_1001_2开关量输出点至电气停1#油泵。如此，若2#油泵检修完成后，将“DCS/就地”卡子转换为“就地”对油泵进行现场试运行，1#油泵的并行5s计时已由SO_1002（空压机2#油泵运行信号）触发，若试泵失败，DCS程序也将发出开关量控制信号停1#油泵，这样两台油泵均停运，必然会导致机组油压低的联锁停机事故的发生。②当2#油泵试运行正常，在现场控制箱将 “DCS/就地”卡子由“就地”转换为“DCS”控制时，电气控制决定了进行该转换时，2#油泵必停。此时，由于并行5s停1#油泵的计时已由SO_1002（空压机2#油泵运行信号）触发，5s时间到时，DCS系统触发UZ_1001_2开关量输出点至电气停1#油泵，也将导致双油泵停机。
3.3 控制逻辑的改进
①实现检修后的备用油泵的安全调试。通过现场控制箱“DCS /就地”卡子的位置识别来判断油泵的允许控制状态，在DCS系统原控制程序上增加对现场操作箱“DCS/就地”卡子信号HS_1002的判断，若HS_1002（空压机2#油泵远程控制）不成立时，即“DCS /就地”卡子转换为“就地”，将不触发UZ_1001_1开关量输出点5s脉冲至电气启动备用的1#油泵。参见图4“改进后空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图”的左下方“AND”块前的HS_1002条件。
图3改进前空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图 图4 改进后空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图
②消除现场控制箱“DCS/就地”转换时的漏洞。5s并行停泵不再由SO_1002单一条件触发，也加入了“DCS/就地”卡子信号HS_1002的判断，若HS_1002（空压机2#油泵远程控制）不成立时，即“DCS /就地”卡子转换为“就地”，并行5s停1#油泵的计时脉冲延时不会触发，这样在2#油泵进行卡子转换时，也就不会触发停1#油泵。参见图4“改进后空压机1#油泵DCS系统控制逻辑图”的左下方“R_TRIG”块前的HS_1002条件。
经过对改进后的油泵控制系统进行的在各种操作和故障情况下的可靠性实验，确定其控制全面、完整、可靠，有效地避免由于油系统故障和误操作所造成的系统停车事故，保证了空压机的安全可靠运行，并将这种控制思路应用于我厂其他具有同类双油泵的机组，同时也对国内类似双油泵压缩机的控制具有参考价值。