天然氣壓縮機自動控制技術概述

黃燕輝

（中海油（福建）應急維修有限責任公司，福建莆田 351100）

0 引言

在我國天然氣被越來越多的地區使用，它需要從不同的產區輸送到各個地區的用戶家中。天然氣不僅僅是用于運輸，它也需要對天然氣資源進行補氣、抽氣。在當前的天然氣運輸過程中，仍存在著一些問題，如天然氣運輸調配的很多不便，需要依靠天然氣壓縮機自動控制技術來解決。

1 壓縮機控制功能的具體要求

要想更好地發展天然氣運輸業務，壓縮機的自動控制技術就要不斷提高。根據需要，天然氣壓縮機自動控制技術應該注重功能要求和系統設計。

（1）防喘振控制。該要求就是：當有一個不開啟入口或出口時，每一臺工作的壓縮機都不能出現喘振的情況；當設備的入口和出口均不開啟時，任何一臺壓縮機喘振次數絕對不可以超過一次，否則會出現嚴重的問題。

（2）控制出口的壓力。在這種高技能操作中，一定要保持操作狀態穩定，出口壓力既不能高于設定目標的0.5%、也不可以低于設定目標的0.5%。

（3）控制壓縮機的負荷分配。壓縮機有一定的承載量限制，無論是投入系統還是退出系統時，壓縮機都要在一定的時間內恢復穩定的操作狀態，并且把時間控制在30 min 之內，使壓縮機狀態更加穩定。

（4）控制燃氣輪機的速度和限幅。為了確保安全，必須對燃氣輪機的速度進行控制，使之與設定的目標點相差不多，既不能高于目標的0.5%、也不能低于目標的0.5%。同時，也要控制燃氣輪機限幅。根據傳感器的量程適當降低轉速，保障工作的安全。

2 控制系統的設計

2.1 對燃氣輪機溫度限幅

因為不能及時測量燃氣輪機的排氣溫度，出于對工作安全和壓縮機溫品的考慮，所以對壓縮機進行溫度限幅是一個很好的方法。為了不斷增強燃氣輪機的使用動力，對溫度設定一個“門檻”，根據“門檻”的接近程度自動控制速度。

2.2 進行壓力控制

壓縮機的控制器有很多作用，其中就包含壓力超值的作用。這個作用對壓縮機的壓力控制有很大作用，子站出口壓力的變化都可以用回流量的增加來響應。對壓力的控制很敏感，一旦出口的壓力達到最大、壓縮機不能正常承受時，它就會把回流閥打開，從而降低壓力，保證工作的安全性。這在一定程度上限制了出口壓力，保證其他工作的安全性，并且能在一些特殊的情況下防止其他狀況發生。

2.3 進行負荷分配

為了解決壓縮機的工作安全性和回流問題，必須對壓縮機的控制系統實施兩種不同的控制方法，而且兩種控制方法要有一定的互補性。根據不同的需要，對壓縮機的轉速進行控制，保證設定目標點的合理壓力。在流量較低的情況下負荷量相對會減小，所以就會增加壓縮機的回流量。壓縮機的工作安全必須得到重視，所以要保證壓縮機負荷的平衡性。這就要求控制系統可以根據需要對壓縮機的轉速進行控制，使壓縮機的狀態達到最佳。

2.4 對壓縮機主性能的控制

壓縮機的主性能控制一般受主控制器的作用，控制系統對壓縮機的一些指標進行響應，然后通過壓縮機所需要的對負荷量進行分配，還會注意到防喘振的控制的作用。在保證壓縮機工作安全的前提下，最大限度地提高壓縮機的工作效率，及時根據工作需要對其性能進行調節，使其作用更好地發揮。

2.5 壓縮機的加載和卸載功能

天然氣運輸過程中存在的問題需要解決，而且工作量非常大，所以對天然氣壓縮機自動控制技術的要求很高。進行自動加載和卸載是壓縮機控制系統一個不可或缺的作用。壓縮機會根據需要對性能進行分配和使用，如果一臺壓縮機只使用一部分性能時，它就會根據一些流量指標與壓縮機的總性能進行比對，對壓縮機提供信號指示，提示另一臺壓縮機的啟動或者停止，系統還能夠對其他性能進行調解和分析，及時提高壓縮機的工作效率，保證壓縮機工作安全，最大限度地提高天然氣運輸效率。

2.6 壓縮機的防喘振控制

降低壓縮機喘振的風險就要啟用防喘控制器，利用其中的開環與閉環的功能盡可能地防止喘振的出現。通過開環與閉環這兩者的相應來對喘振的一個接近變化量進行反應，在壓縮機能安全工作在離喘振的最大限度還差很多時，就可以通過一個比較簡單的比例響應來減小回流量。如果壓縮機此時恰好工作在一個喘振的控制線上而且受到了一定程度的干擾，防喘控制器在這時候就會增加回流量的比例，來減小壓縮機工作時的干擾。而且，多數情況下都是通過增加安全裕度來控制的。在干擾超出控制線時，會刺激回流閥快速打開，導致壓縮機在工作時達到喘振的最大值。如果以上這些措施還不足以防止喘振問題，還可以額外添加一個安全裕度。

2.7 平衡負荷

在負荷平衡的過程中，可以準備多個負荷分配控制器，盡量可以滿足一個負荷分配控制器，計算得出一個負荷變量的條件，之后再通過主控器計算它們的平均值。再對比計算出來的每個負荷數據與平均值的差值，進行調整。最終實現調整后的數據與喘振控制線的距離、大小是一樣的。

3 壓縮機自動控制系統的優點

（1）有利于天然氣運輸，提高工作效率。壓縮機自動控制系統有利于天然氣運輸過程中問題的解決，比起耗費大量的人力物力可靠性更高一些，而且自動控制技術比起人工反應更加迅速，不僅能提高天然氣運輸的工作效率，而且也可以大幅度提高安全性，減少事故的發生。

（2）節約成本，提高經濟效益。壓縮機自動控制系統的使用，可以一定程度上降低能源的消耗，節約很多不必要的開支，使工作中的損失不斷變小。當開支得到節約的同時，經濟效益也會隨之提高，不斷的促進天然氣運輸工作的發展。

（3）降低能耗，減少損失。壓縮機自動控制系統可以減少能源消耗，減少對人力資源需求。

4 壓縮機工作流程

一般情況下，壓縮機工作時電機也會帶著曲軸開始運轉，其中的活塞依靠連桿來回運動。而且活塞是隨著曲軸的旋轉來運動的，運動的次數相同。之后，氣缸內會繼續出現完成吸氣壓縮以及排氣的工作。當這些過程全部結束以后，壓縮機就實現了一個整個的工作過程。

（1）吸氣過程。在這個環節中，如果活塞開始向外活動，就說明氣缸的容積在擴大而氣缸里的壓力在減小。如果壓力比進氣管中的壓力小時，就會導致進氣管中的氣壓進入到氣缸里，去補充所需要的氣壓，直到活塞運動到最遠端為止。這時氣缸里的容積達已經到了最大的狀態。

（2）壓縮過程。經歷完吸氣過程就到了壓縮的階段，在壓縮工作中，活塞向氣缸內運動，氣缸內的容積越來越小而氣壓越來越大。但是，與吸氣環節不同的是，這時氣缸里的氣壓不能進入排氣管。因為排氣管里的壓力高于氣缸里的壓力。

（3）排氣過程。當活塞移動到一定位置，氣缸里的氣壓會上升到稍大于排氣管中的壓力，此時氣體能夠進入排氣管，直至活塞運動到一定位置才會停止。此時排氣閥也會關閉，活塞隨之向外運動，再進行下一個循環。

5 結語

在天然氣運輸工作中出現的問題會不斷地得到解決，壓縮機的自動控制技術也必須跟得上工作節奏，在壓縮機的自動運營過程中，要考慮投入運行的穩定性、精確性、易操作性。熟悉壓縮機的工作流程，對壓縮機固定時間進行檢查，保證壓縮機工作的安全性，充分發揮壓縮機自動控制技術的優點，促進天然氣運輸發展。總之，壓縮機自動控制技術的不斷提高和推廣，對天然氣的運輸意義重大。