壓縮機(jī)組和SCADA系統(tǒng)聯(lián)鎖控制邏輯解析

王海峰

(中國(guó)石油西氣東輸管道公司贛湘管理處，南昌 330038)

目前西氣東輸二線壓氣站的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)能夠監(jiān)控并采集壓縮機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)具備對(duì)機(jī)組啟動(dòng)條件、負(fù)載分配及聯(lián)鎖停機(jī)等的控制功能[1]。每年站場(chǎng)儀表檢定和SCADA系統(tǒng)春(秋)檢作業(yè)時(shí)對(duì)機(jī)組運(yùn)行會(huì)有很大影響，特別是當(dāng)管道向下游供氣需求量大又不允許停機(jī)時(shí)，理清壓縮機(jī)組和SCADA系統(tǒng)間的聯(lián)鎖邏輯，提出必要的風(fēng)險(xiǎn)防范和控制措施，保證機(jī)組連續(xù)運(yùn)行不受影響，對(duì)于儀表檢定、SCADA系統(tǒng)周期性維檢作業(yè)和機(jī)組運(yùn)行管理具有非常重要的意義。

筆者通過對(duì)壓縮機(jī)組和SCADA的聯(lián)鎖控制邏輯進(jìn)行解析，針對(duì)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提出有效的風(fēng)險(xiǎn)防范和控制措施，確保在不停機(jī)的情況下開展儀表檢定和SCADA在春(秋)檢時(shí)的正常作業(yè)。

壓縮機(jī)組與SCADA系統(tǒng)聯(lián)鎖控制邏輯包括聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)和正常啟停機(jī)兩種。現(xiàn)以南昌壓氣站RR(Rolls-Royce)壓縮機(jī)組為例進(jìn)行說明。

1.1 聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)

SCADA系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)分為四級(jí)，分別是正常保護(hù)停機(jī)、可燃?xì)鈭?bào)警聯(lián)鎖停機(jī)、全站ESD聯(lián)鎖停機(jī)和壓縮機(jī)本體保護(hù)停機(jī)。

正常保護(hù)停機(jī)邏輯的觸發(fā)條件：壓縮機(jī)組入口匯管壓力低低報(bào)警，壓縮機(jī)組入口匯管上安裝有3臺(tái)壓力變送器(位號(hào)PT4001、PT4002和PT4003)，當(dāng)其中的任意兩臺(tái)壓力低于3.8MPa時(shí)觸發(fā)保護(hù)停機(jī)；壓縮機(jī)組出口匯管壓力高高報(bào)警，壓縮機(jī)組出口匯管上安裝有3臺(tái)壓力變送器(位號(hào)PT4004、PT4005和PT4006)，當(dāng)其中的任意兩臺(tái)壓力高于10.5MPa時(shí)觸發(fā)保護(hù)停機(jī)；壓氣站出口匯管溫度高高報(bào)警，站場(chǎng)出口匯管上安裝有3臺(tái)溫度變送器(位號(hào)TT1301、TT1302和TT1303)，當(dāng)其中的任意兩臺(tái)溫度高于65℃時(shí)觸發(fā)保護(hù)停機(jī)；空壓機(jī)出口匯管壓力低低報(bào)警，空壓機(jī)出口匯管上安裝有3臺(tái)壓力變送器(位號(hào)PT10101、PT10102和PT10103)，當(dāng)其中的任意兩臺(tái)壓力低于600kPa時(shí)觸發(fā)保護(hù)停機(jī)。可以看出，4種觸發(fā)條件各自均為三選二邏輯類型，任意條件滿足后均能觸發(fā)機(jī)組停機(jī)。

正常保護(hù)停機(jī)邏輯的執(zhí)行過程：以上變送器AI回路直接接入SCADA系統(tǒng)的SIS[2]，SIS給出的保護(hù)停機(jī)信號(hào)經(jīng)RS485通信方式輸出至SCADA系統(tǒng)的PLC[3]，PLC再通過DO回路輸出停機(jī)信號(hào)給機(jī)組控制系統(tǒng)(UCS)，最終由UCS執(zhí)行正常停機(jī)(帶壓停機(jī))，并且僅當(dāng)機(jī)組控制模式為遠(yuǎn)程(Remote)時(shí)正常保護(hù)停機(jī)信號(hào)才有效，否則不會(huì)執(zhí)行機(jī)組停機(jī)。

可燃?xì)鈭?bào)警聯(lián)鎖停機(jī)邏輯的觸發(fā)條件是，壓縮機(jī)廠房?jī)?nèi)每臺(tái)機(jī)組各安裝3臺(tái)紅外可燃?xì)怏w探測(cè)器，所有探測(cè)器中只要有兩個(gè)或兩個(gè)以上濃度高高報(bào)就觸發(fā)壓縮機(jī)組停機(jī)。其中，可燃?xì)怏w探測(cè)器濃度高高報(bào)警DI回路直接接入SCADA系統(tǒng)的SIS，SIS通過DO回路輸出停機(jī)信號(hào)到UCS，由UCS執(zhí)行緊急停機(jī)(不帶壓停機(jī))。

全站ESD觸發(fā)條件：站場(chǎng)任意ESD按鈕按下；北京調(diào)控中心下發(fā)ESD命令；壓縮機(jī)廠房?jī)?nèi)每臺(tái)機(jī)組前后各安裝4臺(tái)火焰探測(cè)器，所有探測(cè)器中有兩個(gè)或兩個(gè)以上報(bào)警。3種觸發(fā)條件任意條件滿足均觸發(fā)全站ESD進(jìn)而聯(lián)鎖停機(jī)。其中，ESD按鈕、火焰探測(cè)器報(bào)警DI回路直接接入SCADA系統(tǒng)的SIS，SIS通過DO回路輸出停機(jī)信號(hào)到UCS，由UCS執(zhí)行緊急停機(jī)(不帶壓停機(jī))。

壓縮機(jī)本體保護(hù)停機(jī)邏輯的觸發(fā)條件：進(jìn)站壓力低于下限，此壓力變送器不同于正常保護(hù)停機(jī)邏輯中的變送器，當(dāng)壓力低于5.5MPa時(shí)觸發(fā)機(jī)組停機(jī)；出站壓力高于上限，此壓力變送器不同于正常保護(hù)停機(jī)邏輯中的變送器，當(dāng)壓力高于10.5MPa時(shí)觸發(fā)機(jī)組停機(jī)；加載閥前后壓差信號(hào)丟失或差壓過高都會(huì)觸發(fā)機(jī)組停機(jī)。以上變送器AI回路信號(hào)直接接到UCS，由UCS執(zhí)行停機(jī)[4]。

1.2 正常啟機(jī)控制

1.2.1壓縮機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)邏輯

在SCADA系統(tǒng)中遠(yuǎn)程啟動(dòng)壓縮機(jī)組前需同時(shí)滿足：自用氣滿足啟機(jī)條件，即自用氣撬進(jìn)氣閥應(yīng)全開到位；空氣供氣系統(tǒng)滿足啟機(jī)條件，包括空壓機(jī)出口壓力大于650kPa，且無空氣供氣出口水露點(diǎn)高報(bào)警(水露點(diǎn)不大于-20℃)；相關(guān)站場(chǎng)進(jìn)站、出站閥全開到位，越站閥全關(guān)到位；無壓縮機(jī)入口壓力低報(bào)警、壓縮機(jī)出口超壓報(bào)警和壓縮機(jī)出口超溫報(bào)警；可燃?xì)怏w和火焰探測(cè)器滿足啟機(jī)條件，即無可燃?xì)鉂舛葓?bào)警和火焰探測(cè)器報(bào)警。

當(dāng)以上所有條件滿足后才能在SCADA遠(yuǎn)程啟動(dòng)壓縮機(jī)組。下發(fā)啟機(jī)命令的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)廠房通風(fēng)系統(tǒng),當(dāng)壓縮機(jī)廠房通風(fēng)系統(tǒng)滿足啟機(jī)條件，包括所有進(jìn)風(fēng)機(jī)全部處于運(yùn)行狀態(tài)、排風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量大于4組(每?jī)蓚€(gè)排風(fēng)機(jī)一組)，15min后自動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)組。PLC通過DO回路輸出啟動(dòng)信號(hào)到UCS，由UCS執(zhí)行啟機(jī)[5]。

雙機(jī)運(yùn)行時(shí)，在SCADA系統(tǒng)中設(shè)定機(jī)組進(jìn)口/出口壓力，機(jī)組自動(dòng)進(jìn)行調(diào)速負(fù)載分配。

1.2.2后空冷控制邏輯

壓縮機(jī)組后空冷受SCADA系統(tǒng)控制。正常情況下，所有后空冷支路的進(jìn)口閥全開到位，相關(guān)工藝閥和空冷器風(fēng)機(jī)處于自動(dòng)、遠(yuǎn)控和無故障狀態(tài)。南昌站共有26臺(tái)空冷器，配置見表1。

表1 南昌站空冷器配置

后空冷工藝閥控制。當(dāng)有一臺(tái)壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)打開后空冷出口閥XV4702#、XV4704#、XV4706#，同時(shí)關(guān)閉后空冷旁通閥XV4601#。當(dāng)有兩臺(tái)壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)，再自動(dòng)打開后空冷出口閥XV4708#。當(dāng)有兩臺(tái)以上壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)，再自動(dòng)打開剩余后空冷出口閥XV4710#、XV4712#。

后空冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)步驟：

a. 當(dāng)后空冷進(jìn)口溫度TT4002超過52℃且XV4702#閥全開到位，自動(dòng)啟1#組空冷器風(fēng)機(jī)；

b. 當(dāng)后空冷出口溫度TT4003超過52℃但低于60℃時(shí)，后空冷風(fēng)機(jī)慢速啟動(dòng)條件成立，2min后若溫度條件仍滿足且XV4702閥全開到位，自動(dòng)啟2#組空冷器風(fēng)機(jī)；

c. 若溫度條件仍然滿足且其余后空冷支路出口閥全開到位，則重復(fù)邏輯b直至所有空冷器風(fēng)機(jī)全部啟動(dòng)；

d. 當(dāng)后空冷出口溫度TT4003高壓60℃時(shí)，后空冷風(fēng)機(jī)快速啟動(dòng)條件成立，每組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)延遲由2min縮短至10s，即10s后若溫度條件仍滿足且XV4702閥全開到位，自動(dòng)啟2#組空冷器風(fēng)機(jī)。

e. 若溫度條件仍然滿足且其余后空冷支路出口閥全開到位，則重復(fù)邏輯d直至所有空冷器風(fēng)機(jī)全部啟動(dòng)。

后空冷風(fēng)機(jī)停機(jī)步驟：

a. 當(dāng)后空冷出口溫度低于40℃時(shí)，后空冷風(fēng)機(jī)停機(jī)條件成立；10min后，若溫度條件仍滿足，則自動(dòng)關(guān)閉2#組空冷器風(fēng)機(jī)。

b. 再過2min后，若溫度條件仍然滿足，則自動(dòng)關(guān)閉3#組空冷器風(fēng)機(jī)。

c. 重復(fù)上述邏輯，直至所有風(fēng)機(jī)全部停機(jī)。

d. 如果某空冷器風(fēng)機(jī)振動(dòng)高報(bào)警，則自動(dòng)停該風(fēng)機(jī)。

2 風(fēng)險(xiǎn)控制

2.1 儀表檢定

在對(duì)涉及正常保護(hù)停機(jī)邏輯的壓力和溫度信號(hào)變送器進(jìn)行檢定時(shí)，將機(jī)組運(yùn)行模式切換到就地(Local)，并將SCADA系統(tǒng)PLC機(jī)柜內(nèi)對(duì)應(yīng)正常停機(jī)信號(hào)DO的輸出端子斷開，確保不會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)；在對(duì)涉及壓縮機(jī)本體保護(hù)停機(jī)邏輯的壓力和差壓信號(hào)變送器進(jìn)行檢定時(shí)，一般選擇機(jī)組停機(jī)期間完成檢定，但如果生產(chǎn)運(yùn)行不允許停機(jī)，可臨時(shí)在機(jī)組PLC程序中對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)制，同時(shí)安排人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一次表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，待變送器檢定安裝完畢且數(shù)據(jù)恢復(fù)正常時(shí)取消信號(hào)強(qiáng)制即可；在對(duì)涉及后空冷控制邏輯的溫度信號(hào)變送器進(jìn)行檢定時(shí)，可臨時(shí)在SCADA系統(tǒng)PLC程序中對(duì)相應(yīng)溫度信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)制，避免空冷器風(fēng)機(jī)誤啟動(dòng)和停止。

在對(duì)涉及可燃?xì)鈭?bào)警聯(lián)鎖停機(jī)邏輯的可燃?xì)怏w探測(cè)器進(jìn)行檢定前，應(yīng)將SIS進(jìn)行ESD休眠，對(duì)應(yīng)緊急停機(jī)信號(hào)DO輸出端子全部斷開；檢定測(cè)試完畢后立即啟動(dòng)壓縮機(jī)廠房?jī)?nèi)所有停止的進(jìn)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)，將測(cè)試標(biāo)氣迅速排出。在對(duì)涉及全站ESD聯(lián)鎖停機(jī)邏輯的火焰探測(cè)器進(jìn)行檢定前，也將SIS進(jìn)行ESD休眠，將應(yīng)緊急停機(jī)信號(hào)DO輸出端子全部斷開；同時(shí)檢查運(yùn)行機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)(GG)箱體視窗是否已關(guān)嚴(yán)，并用黑布將視窗遮蔽，防止火焰探照燈測(cè)試角度偏差造成機(jī)組GG箱體內(nèi)部的火焰探測(cè)器報(bào)警引發(fā)停機(jī)。

2.2 SCADA系統(tǒng)維護(hù)

在進(jìn)行全站ESD實(shí)際動(dòng)作測(cè)試(但不實(shí)際放空)時(shí)，由于機(jī)組是否緊急停機(jī)成功不影響全站ESD其他邏輯的執(zhí)行，也不影響全站ESD緊急停站是否成功，為避免造成機(jī)組緊急停機(jī)，可將ESD機(jī)柜內(nèi)對(duì)應(yīng)機(jī)組緊急停機(jī)信號(hào)的DO輸出端子斷開，通過測(cè)量該DO通道是否有24V(DC)輸出判斷機(jī)組緊急停機(jī)命令是否已正確給出。另外，ESD實(shí)際動(dòng)作測(cè)試時(shí)會(huì)將站場(chǎng)進(jìn)站閥和出站閥關(guān)閉，使得壓縮機(jī)組不能帶負(fù)載運(yùn)行，因此壓縮機(jī)組仍需停機(jī)，需在測(cè)試前將運(yùn)行的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降至怠速或停機(jī)。

SCADA系統(tǒng)的PLC或SIS冗余測(cè)試時(shí)，應(yīng)將機(jī)組運(yùn)行模式切換到就地(Local)，將SIS進(jìn)行ESD休眠，將SCADA系統(tǒng)PLC機(jī)柜內(nèi)和SIS機(jī)柜內(nèi)的停機(jī)信號(hào)DO輸出端子全部斷開，確保測(cè)試對(duì)機(jī)組運(yùn)行無影響。

SCADA系統(tǒng)故障處理等非周期性維護(hù)作業(yè)時(shí)，充分掌握聯(lián)鎖邏輯并做好相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)控制措施，保證無意外事故發(fā)生。

3 結(jié)束語

西氣東輸二線的壓氣站的站場(chǎng)控制系統(tǒng)經(jīng)過了多次改造和聯(lián)合調(diào)試，鑒于機(jī)組與SCADA聯(lián)鎖控制邏輯的重要性，利用現(xiàn)有技術(shù)能力與經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)的管理規(guī)定和技術(shù)指導(dǎo)書，詳細(xì)分析了機(jī)組與SCADA系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖控制邏輯，并制定了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，為后期的站場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行維護(hù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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