淺談電驅壓氣站冷卻水控制邏輯的優化

馮 軍

0 前言

用于管道增壓的離心式壓縮機的驅動方式主要有燃氣輪機驅動和變頻電機驅動，兩種驅動方式在國內外輸氣管線上均有成功運行的經驗。 與燃氣輪機驅動方式相比， 變頻電機驅動方式在技術性能方面更有優勢，如調速范圍寬、效率高、運行可靠性高、加載時間短、無廢氣排放、噪聲低等。 此外，變頻電機驅動的壓縮機機組投資低，且變頻電機維修費用低［1］。國內選擇使用變頻電機驅動方式的輸氣管道日趨增多。

1 原冷卻水控制邏輯設計的問題

1.1 冷卻水系統的工藝流程及運行

冷卻水系統用于電驅站電機和變頻器的冷卻。 冷卻水系統由冷卻塔、循環泵、管路、閥門以及冷卻水的溫度、流量、壓力檢測裝置組成。 冷卻水系統工藝流程見圖1。 正常情況下，冷卻水從冷卻塔出來后經過循環泵（如圖1 中的LCP 01～LCP 04） 輸送到電機和變頻器進行冷卻， 冷卻后的水流再通過冷卻水回水管回到冷卻塔降溫， 通過這樣不斷的循環完成電機和變頻器的冷卻任務，冷卻水不足時由冷卻塔外接的自來水補水管補水。

冷卻水系統啟動壓縮機的條件是冷卻水循環泵運行數量等于準備啟動的壓縮機的數量，且對應變頻器和電機冷卻水入口流量、溫度均滿足要求［2］。根據圖2～4，壓縮機啟動命令發出時站控系統首先自動啟動冷卻水系統及其它輔助系統。冷卻水系統啟動包括開啟冷卻水管路上的所有電動閥并啟動循環泵。當變頻器和電機冷卻水入口的流量、溫度滿足設計要求且冷卻塔運行正常時（包括其它輔助系統運行正常），站控系統才能將啟動壓縮機命令輸出至壓縮機控制系統（UCS）啟動壓縮機［3］。

圖1 冷卻水系統工藝流程

1.2 存在問題

根據現場運行實際， 啟動1 臺壓縮機時需啟動3 臺循環泵，才能使變頻器和電機冷卻水入口流量、溫度達到要求。 而原冷卻水控制邏輯中卻要求準備啟動壓縮機的數量必須等于已啟動的循環泵數量， 因此， 當通過SCADA 系統遠程啟動壓縮機時冷卻水系統無法達到自動啟動壓縮機的外部條件，SCADA 系統發出的啟動壓縮機命令無法輸出到UCS。

為解決該問題，修改冷卻水控制邏輯啟動壓縮機的條件，改為由變頻器和電機冷卻水入口的流量、溫度來判斷。

2 冷卻水控制邏輯優化

根據上述解決方案， 對原冷卻水控制邏輯進行優化。 原冷卻水控制邏輯見圖2～4。

圖2 原冷卻水系統啟動邏輯

圖3 原冷卻水循環泵啟動邏輯

由圖2 可知， 當SCADA 系統發出啟動某臺壓縮機命令后，自動開啟冷卻塔出口閥LXV01～LXV04、該壓縮機對應的變頻器和電機冷卻水入口閥LXV09、LXV13（ 或 LXV10、LXV14 或 LXV11、LXV15 或 LXV12、LXV16）， 上述閥門開到位后自動發出冷卻水系統啟動命令。

由圖3 可知，圖2 中的冷卻水系統啟動命令發出后順序啟動冷卻水循環泵LCP 01～LCP 04 及循環泵后的閥門，當已啟動的冷卻水循環泵數量等于準備啟動的壓縮機數量（即發出的壓縮機啟動命令數量）時，自動輸出冷卻水循環泵啟動成功信號。

由圖4 可知，準備啟動的壓縮機對應的變頻器和電機冷卻水入口流量和溫度滿足要求，且冷卻水循環泵啟動成功、冷卻水系統運行無故障，則冷卻水系統滿足啟動壓縮機條件有效。

結合現場實際運行需求，對原冷卻水控制邏輯進行優化：

圖4 原冷卻水系統啟動成功判斷邏輯

a） 冷卻水循環泵啟動命令的條件中取消對LXV 09～12 狀態的判斷。

b） 機組預選信號生效后不再自動開LXV 09～12，因為這4 個閥門為調節型電動碟閥，需要保持在合適的開度，以保證冷卻水流量在設定范圍之內，并且把這4 個閥門的遠控模式改為由閥位設定來控制。

c） 啟動循環泵的邏輯改為順序啟動1、2、3 號泵及其后的閥門， 若有1 臺泵或者閥門故障則啟動4 號泵及其后的閥門，同時冷卻水循環泵啟動成功的條件改為至少有3 臺泵及其后的閥門啟動成功。

優化后的冷卻水控制邏輯見圖5～7。

由圖5 可知，SCADA 系統發出冷卻水系統啟動命令后，自動開啟冷卻塔出口閥LXV 01～LXV 04 及變頻器冷卻水入口閥LXV 13～LXV 16，當上述閥門開到位后中間變量有效。

圖5 優化后的冷卻水系統啟動邏輯

圖6 優化后的冷卻水循環泵啟動邏輯

由圖6 可知，中間變量有效后，順序啟動冷卻水循環泵LCP 01～LCP 03 及泵后的閥門， 如果上述泵及閥門任何一個未能正常啟動則啟動LCP 04 及泵后的閥門，當已啟動的循環泵數量大于2 時冷卻水循環泵啟動成功信號有效。

由圖7 可知，變頻器和電機冷卻水入口流量和溫度滿足要求，則冷卻水滿足啟動對應壓縮機的條件有效。

優化后， 通過SCADA 系統一鍵命令啟動冷卻水系統，便可自動啟動冷卻水循環泵并打開閥門，當任意一臺壓縮機的驅動電機和變頻器冷卻水［4］入口流量和溫度滿足要求后，冷卻水系統達到啟動該壓縮機的條件，值班人員可直接從人機界面看到啟動壓縮機條件是否滿足［5］，發出啟動壓縮機命令即可實現遠程啟動壓縮機的功能。

圖7 優化后的冷卻水啟動成功判斷邏輯

3 結論

冷卻水系統是電驅壓氣站的重要輔助系統， 對于電機和變頻器的正常運行及壽命有重要作用。 通過本次優化， 不但實現了遠程一鍵啟動壓縮機的功能，而且優化了遠程啟動壓縮機對輔助系統工況的判斷條件，很大程度上提高了長輸管道自控水平，減輕了現場人員工作量。 隨著長輸管道自動化技術的不斷發展，輔助系統的遠程控制及自動控制的需求也越來越強烈，因此須不斷深入研究工藝流程、優化控制邏輯，以提高長輸管道自動化水平。

［1］ 蔣文娟,朱安邦. 壓縮機遠程監控系統的設計與實施［J］. 自動化博覽，2004,21（3）：22-23.Jiang Wenjuan, Zhu Anbang. The Design and Implementation of Air Compressor Remote Monitoring and Control System［J］.Automation Panorama,2004，21（3）：22-23.

［2］ 馮若飛，李學新，焦光偉，等， 液化天然氣長輸管道輸送技術［J］. 天然氣與石油.2012，30（2）：8-10.Feng Ruofei，Li Xuexin，Jiao Guangwei，et al.Technology for Long Distance Liquefied Natural Gas Pipeline Transportation［J］.Natural Gas and Oil，2012，30（2）：8-10.

［3］ 趙軍艷，蔡共先.淺談塔里木油田放空天然氣回收措施［J］.天然氣與石油，2012，30（5）：13-15.Zhao Junyan， Cai Gongxian. Recovery Measures of Vented Gas in Tarim Oilfield ［J］. Natural Gas and Oil， 2012，30（5）：13-15.

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［5］ 劉晉萍. 循環冷卻水處理優化設計的探討［J］. 天然氣與石油，2005，23（1）：55-57.Liu Jinping. Discussion on Optimum Design of Circulated Cooling Water Treatment ［J］. Natural Gas and Oil， 2005，23（1）：55-57.