壓縮機自動聯鎖透平切油功能的設計與應用

傅華軍

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

海上某油田有兩臺燃氣壓縮機、三臺透平，正常情況下運行一臺壓縮機、兩臺透平。油田長遠規劃中，將停運外部供氣海管，在供氣海管無法使用的情況下，一旦燃氣壓縮機故障停機，則透平供氣量立即受到影響，透平必須切換到燃油模式運行，以便保障整個油田的供電量。現有運行模式是透平入口壓力降低至3.2 MPa 時觸發切換條件，在透平油氣切換過程中將繼續消耗燃氣，因此切換過程中容易造成燃氣壓力低導致透平切油失敗停機進而引起油田群的失電。燃氣壓縮機及透平流程如圖1 所示。

圖1 燃氣壓縮機及透平流程

在不使用氣海管外部供氣的情況下，燃氣壓縮機一旦故障停機必然引起透平的切油，通過項目的設計和應用，實現燃氣壓縮機停機后能立即自動連鎖透平進行油氣切換并且自動選擇運行的透平進行切換，給操作人員更多應急反應時間。

1 自動聯鎖透平切油思路及方案分析

1.1 方案思路

透平與壓縮機為兩套獨立的PLC 控制系統，通過將壓縮機停機的開關量信號引入三臺透平控制器并設置實施該切換條件的選擇開關，根據現有啟、停狀態及優先級實現自動的燃油模式切換。在不影響現有控制、運行模式前提下，實現緊急情況下壓縮機停機聯鎖透平切油的目的。

1.2 方案設計

壓縮機正常運行時運行狀態繼電器得電吸合，停機時該繼電器失電斷開，考慮到控制盤掉電、卡件故障等情況，該繼電器為失電狀態，取該繼電器停機狀態下閉點給控制接線箱。由于兩臺壓縮機、三臺透平均為隨機運行，為了確保透平切油邏輯的完整性，將兩臺壓縮機運行狀態繼電器KA1、KB1 傳輸至接線箱串聯在同一回路，控制切換繼電器K0，同時設計投用總開關S0，便于手動狀態下的投用。

兩臺壓縮機無論哪臺運行、哪臺備用，運行的壓縮機運行繼電器輸出點處于斷開狀態、備用的壓縮機運行繼電器輸出點處于閉合狀態。一旦運行的壓縮機停機，運行繼電器輸出點會變為閉合狀態，在手動投用情況下，當整個回路一處于閉合狀態，K0得電將信號輸出。設計的聯鎖透平切油原理如圖2 所示。

圖2 設計的聯鎖透平切油原理

由于透平隨機運行，因此設計手動投用選擇開關S1、S2、S3，根據透平實際運行情況選擇需要切換的透平機組。在壓縮機停機后，繼電器K0 得電，選擇開關S1、S2、S3 根據實際情況處于閉合狀態，繼電器K1、K2、K3 根據情況處于得電狀態，將相應的切油信號傳輸至運行的透平，最終實現兩臺壓縮機停機狀態下的透平切油工作。

為了實現功能的可視化，設計透平切油選擇指示燈L1、L2、L3。在透平切油信號輸出的同時，相應的指示燈亮，使操作人員能第一時間確定透平切油功能是否投用、投用的透平機組。

1.3 方案的實施

按照設計圖紙對接線箱進行接線，包括總投用開關S0、選擇開關S1、S2、S3，選擇指示燈L1、L2、L3 以及各個回路的保險、繼電器。接線箱切換電路接線完成后送電進行功能模擬試驗。在壓縮機停機時能將信號第一時間傳輸至透平并指示。接線箱功能模擬試驗完成后在MCC 選擇合適位置將接線箱進行固定，鋪設壓縮機至接線箱、接線箱至三臺透平電纜并進行校線，確認線纜的正確性、完好性。

選取壓縮機運行狀態繼電器常閉點，用萬用表檢測無誤后將線纜接入。燃氣壓縮機點位輸出如圖3 所示，燃氣壓縮機及透平點位[1]如圖4 所示。確定透平切油接入點位AF0053/11 通道，用萬用表檢測無誤后將線纜接入。由于是繼電器干點接入，不會對原系統產生額外的影響。透平點位接入示意[2]如圖5 所示。

圖3 燃氣壓縮機點位輸出圖

圖4 燃氣壓縮機及透平點位圖

圖5 透平點位接入示意

2 自動聯鎖透平切油功能的實施應用

檢查無誤后，對接線箱進行送電（平臺UPS 電源），為了確保電站的穩定，選取備用的機組進行功能測試，正常情況下只要控制盤GAS/LIQUID 指示燈切換到相應的指示則表示切換成功，在模擬運行的壓縮機停機時，選取需要切換的機組能正常切換到燃油模式。透平GAS/LIQUID 切換指示如圖6所示。經過反復測試，在任何一臺運行的壓縮機停機后，提前選定的透平均能成功進行油氣切換。測試完畢后對接線箱標識進行整理，以便操作。接線箱如圖7 所示。

圖6 透平GAS/LIQUID 切換指示

圖7 接線箱

3 結束語

透平和壓縮機均是平臺的核心設備，對其進行改造不能影響壓縮機、透平機組現有運行模式、正常運行邏輯，并且不能產生額外的次生影響，同時要確保切換過程的可靠性，需要重新設計切換電路。正常情況下壓縮機、透平均是隨機運行，為了確保整個切油邏輯的完整性，需要確保壓縮機在運行過程中突然停機均能實現切油信號的發出，同時考慮需要透平切油的機組。通過討論，最終選取壓縮機運行狀態繼電器閉合點位串聯的方式控制總的繼電器，再去選擇控制需要切油的透平機組，實現整個切油邏輯的完整性。

透平發電機組是海上平臺主要動力設備，為平臺生產和生活提供電力。一旦燃氣壓縮機發生故障使透平不能有效進行切油操作，將導致整個油田群的失電，影響面廣而大。因此作為海管無法使用情況下的技術儲備方案，該項目能給操作人員更多的應急反應時間。通過該項目的自主創新最終確保油田群透平以及電網的穩定運行，實現了降本增效。