长庆油田公司第二采气厂 陕西省 榆林市 719000
摘要：采用PLC控制技术可以对丙烷制冷压缩机组实现防喘振控制，本文结合制冷机组生产工艺，控制范围和功能要求进行系统的论叙，并对控制系统软、硬件设计进行探计，在实现使用过程中取得到理想的效果。
关键词：丙烷制冷压缩机；天然气处理；防喘振控制
某油田对天然气进行处理，采用的为丙烷制冷压缩机，利用电机来驱动内部齿轮箱，经过换热处理之后把气态的丙烷进行三段式的压缩，由于压力的变化使得气态的丙烷发现相变，转换为液态丙烷后被送到用户，从而进行蒸发制冷。配套的控制装置比较多，生产设备和处理工艺相互间的联系比较复杂，为天然气处理核心设备。原来的防喘振控制系统采用传统的继电器控制方式，使用时间比较长，电气系统中的故障比较多，给维护和修理带来很多困难，配件的购买比较困难，经常会存在故障报警，对正常的生产造成了影响。针对上述多种问题，采用PLC控制技术对防喘振控制系统进行了改进和优化，达到了很好的防喘振控制效果。
1丙烷制冷压缩机运行流程
丙烷制冷系统是由储罐、压缩机不同入口的分离器和工艺用户构成，是一种密闭循环方面的制冷系统。制冷工艺流程中，丙烷储罐内的液态丙烷先经过截止阀，把丙烷充入到1-3段分离器和工艺用户中。工艺处理系统投入使用之后，工艺用户中的液态丙烷实现与原料气体的换热，原材料气体具备的温度不断降低，液态丙烷转变为气态。以气态存在的丙烷进入到相应的分离器，然后再进入到压缩机进行分段压缩处理，再把丙烷转变为液态，利用空冷器进行冷却处理之后再次进入到储罐当中，实现了制冷压缩的整个循环。
2系统控制范围和功能要求
丙烷制冷压缩机电力传动及控制系统的范围为，实现防喘振动控制对驱动电机的启动、停止控制入口阀开度控制对润滑油泵进行启动、停止控制轴承温度监测油压和油温控制、罐体液体控制、密封气体控制、制冷机组通信、历史数据查询等。PlC控制系统可以实现对执行机构的逻辑控制、数据信息的通信和查询、运行故障自诊断，振动相位控制等。
顺序逻辑控制由PLC控制器输出控制信号，从而在启动信号、跳车信号达到控制要求时实现对驱动电机，润滑油泵的启停控制，润滑油管路低压报警时，需要及时使辅助油泵工作，油温控制需要通过控制加热器的启停来控制，对系统的密封气压力控制需要采用PID控制来完成，可以达到更为准确的精度，对振动相位数值的监测，如果产生振动超高跳车问题，需要对防喘振流量进行控制。制冷机组运行故障需要及时发出报警信号，要用声、光等方面对操作人员进行提示，维护保养过程中可以通过对历史数据进行查询来进一步判断故障。
3控制系统设计
3.1控制系统硬件设计
为了达到天然气处理工艺技术要求，使控制系统实现安全、稳定的运行，天然气处理厂中的丙烷制冷机组采用PLC作为控制是核心，满足联锁控制的逻辑要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆控制系统由供电模块、PLC控制器、数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通信单元等构成，CPU控制器用来对采集到的数据进行处理，进行数学计算，通信单元模块实现与人机界面和控制站完成数据连接，模拟量采集可以通过MODBUS协议实现通信。
3.2控制系统软件设计
控制系统的设计应该进行技术经济性对比，以较小的投资发挥出PLC控制器的性能，天然气处理厂采用PLC控制器配套的编程软件，上位机采用组态软件来实现对采集数据的显示。PLC编程语言为梯形图方式，具有数据传送指令、数学计算指令、中断指令等集合，可以方便地建立起主程序和子程序，内部集成PID控制指令，可以能比例、积分和微分参数进行设置，具有强大的编程能力，可以有效地减少控制软件开发周期。
天然气处理厂中的丙烷制冷压缩机控制软件，需要先规划好控制流程，先编制控制主程序，根据控制对象的不同分成若干个子程序，分配好数据采集的硬件地址，标准好每个采集端口在程序中的作用，对采集到的数据进行工程量化处理，从而转变为控制需要工程量。结合生产工艺需要进行控制程序设计，根据控制逻辑输出数字量，模拟量的控制根据精度要求，确定是否采用PID控制。编写好的控制程序需要进行检查，然后进行编译，确保无错误后下载到PLC控制器中，然后进行模拟调试，满足控制功能后投入使用。上位机控制界面的编制，需要先把PLC处理的数据上传到相应的地址当中，上位机具有强大的编程能力，可以直观地体现出不同控制元件的运行状态，上位机和PLC的数据通信采用MODBUS协议，可以实现双方的数据交互，把上位机发出的控制信号发送到PLC控制器中。
4丙烷制冷压缩机防喘振设计
丙烷制冷增压机组是天然气处理关键设备，保证设备的运行安全是控制系统设计的前提，由于丙烷制冷压缩机已经投入应用多年，管网系统的特性已经出现了较大的改变，在保证制冷压缩设备发挥出性能之外，还需要保证压缩机工作在特性区间中，防止产生压缩机的喘振问题。制冷压缩机每个运行转速，会在入口流量和压比曲线图中对应一个工况点，在位于喘振设置点时，会和最大多变能量进行对应。不同运行速度对应的喘振点会建立起顺振限制线，在该曲线的左侧位置则为制冷压缩机的不稳定特性区。防喘控制系统的设计是为了避免转速到防喘位置点，如果与设置值保持10%距离，控制系统则自动打开防喘阀，提高入口流量值，使工作点转移到稳定工作区间。
丙烷制冷压缩机流量公式为： ，公式中为流体的
瞬时流量， 是工作条件下的流量系数， 是工作条件下的经过检测杆时的流体束膨胀系数，A为流体管道的内部横截面积。通过计算公式可以得知1-3段流量可以达到的区间，但公式中的数据都处于快速变化的状态，计算出的数据和实际还存在偏差，可以与真实值进行对比，为控制提供参考。还应该结合1-3段制冷工艺参数设定值进行控制，确定好不同工艺段的流量、压力和控制参数，设置好仪表的量程和其它参数，还应该进行冗余设计来保证系统的运行安全。
5结束语
采用PLC控制系统实现对丙烷制冷压缩机组防喘振控制，有效地保证了制冷机组的安全运行，实现较高的控制精度，达到了理想的控制效果，减少了后期维护费用，提高了天然气处理效率，使该天然气处理厂的自动化水平进一步提升。
参考文献：
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[2]陈玉林，巴广军，王文南，刘丛丛，王小亨.高速齿轮离心式压缩机防喘振系统的研究与改进[J].通用机械，2015（08）：49-53.
论文作者:赵彦女,郑文艳,高小健
论文发表刊物:《文化时代》2019年15期
论文发表时间:2019/10/28
标签：丙烷论文; 控制系统论文; 天然气论文; 机组论文; 数据论文; 制冷压缩机论文; 流量论文; 《文化时代》2019年15期论文;