莱钢8# 氧气压缩机是12000m
3/h 空分装置的关键设备, 其作用是将气态氧产品压缩成中压氧, 通过管
道输送到用户。8# 氧气压缩机工作正常与否, 对莱钢的生产大局和经济效益影响很大。它主要采用三菱
M EL SEC A 1S PLC 和Bailey IN F I- 90 DCS 联合实现自动控制, 控制效果良好, 运行稳定可靠。
1 工艺简介
莱钢8# 氧压机的工艺流程如图1 所示, 纯度达到99.6% 以上的氧气, 经调节阀PCV 3922 和入口截止
阀PV 1501, 进入压缩机进行第一级、第二级、第三级压缩, 每级压缩后经过一次冷却。一级压缩后气体经调
节阀PCV 1 1510 形成一级回流, 三级压缩后气体经调节阀PCV 3 1510 形成三级回流。气体回流引起入口压
力P I3922 升高, 流量F I3920 降低, 由调节阀FCV 13920 和FCV 2 3920 进行机前放空, 使压力P I3922 和
流量F I3920 保持在设定点附近。从氧压机出来的氧气经截止阀PV 1537 通过管道输送到用户, 或根据实际
生产需要通过截止阀PV 1536 放空。为确保安全, 每一级压缩排气侧分别装有安全阀, 超压时紧急排放部
分气体, 以降低压缩气体压力。
2 系统配置
莱钢8 # 氧压机自动控制系统主要采用三菱M EL SEC A 1S PLC 和Bailey IN F I- 90 DCS。二者之
间通过IöO 通道进行信号连接。系统配置如图2 所示,其中PLC 配置为实际配置, DCS 配置为示意图。
三菱M EL SEC A 1S PLC 配置包括1 块CPU 主基板(A 1S38B) 和1 块扩展基板(A 1S55B- S1) , 共
有1 块电源模板(A 1S62P ) , 1 块CPU 模板(A 1SCPU ) , 4 块数字输入模板(A 1SX80) , 3 块数字输
图2 莱钢8# 氧压机控制系统配置图出模板(A 1SY80) , 3 块模拟输入模板(A 1S64AD) ,1 块模拟输出模板(A 1S62DA ) , 2 块PT 100 多路转换变送器(PT - 62) , 1 个MAC 200 操作员面板。系统共有数字量输入信号63 点, 数字量输出信号43 点, 模拟量输入信号9 点, 模拟量输出信号2 点, RTD 信号18 点。
3 主要控制功能
氧压机控制功能主要包括防喘振控制、压缩机启ö停联锁控制、辅助设备的启ö停联锁控制等。防喘振
控制由DCS 实现, 联锁控制由PLC 实现。
3.1 防喘振控制
压缩机出口流量与压力不匹配, 即流量低或压力高时, 会造成压缩机喘振。该氧压机防喘振控制包括
入口压力调节、入口流量调节、一级回流调节和3 级回流调节。
(1) 入口压力调节: 入口压力采取常规P ID 调节,调节器为P IC3922, 由入口压力调节阀PCV 3922 完
成, 调节回路如图3 所示。
(2) 入口流量调节: 入口流量采取分段调节, 由机前主放空调节阀FCV 1 3920 和旁路放空调节阀FCV 2 3920 完成, 调节回路如图4 所示。
调节参数为氧压机机前流量, 测量值有温压补偿。当P ID 调节器F IC3920 的输出在0～ 10% 之间时, 旁路放空调节阀FCV 2 3920 起作用, 对应开度为0～100% , 主放空调节阀FCV 1 3920 处于全关状态; 当调
节器输出在10～ 100% 之间时, 主放空调节阀FCV 13920 开始起作用, 对应开度为0～ 100% , 旁路放空调
节阀FCV 2 3920 处于全开状态。
(3) 回流调节: 回流调节采取分段调节, 由一级回流调节阀PCV 1 1510 和3 级回流调节阀PCV 3
1510 完成, 调节回路如图5 所示。
调节参数为氧压机机前流量和管网压力, 二者分别进行P ID 运算。当管网压力正常时, 机前流量调节
器F IC3921 的输出作为回路输出; 当管网压力超过某一值时, 管网压力调节器P IC1510 的输出作为回路输
出; 当氧压机卸载时, 回路输出选择一个时变函数, 时变函数为50% + ( tö240) 3 50% , 即在240s 内, 回
路输出由50% 逐渐增大到100%。当回路输出在0～50% 之间时, 一级回流调节阀PCV 1 1510 起作用, 对
应开度为0～ 100% , 3 级回流调节阀PCV 3 1510 处于全关状态; 当回路输出在50%～ 100% 之间时, 3 级回
流调节阀PCV 3 1510 开始起作用, 对应开度为0～100% , 一级回流调节阀PCV 1 1510 处于全开状态。
渐变选择器能根据一定条件选择不同的输入, 从一种输入切换到另一种输入的过程是按指数规律渐变的, 需要经过5 倍时间常数的时间, 时间常数可由编程人员设定。
渐变选择器1 和3 的切换条件是管网压力超过某一设定值, 渐变选择器2 的切换条件是氧压机卸载
(通过截止阀PV 1536 放空)。回路输出返回到渐变选择器1 的目的是实现无扰动切换。
3.2 压缩机启ö停联锁控制
3.2.1 压缩机启动
压缩机启动前, 系统应具备以下条件:
(1) 冷却水管已打开;
(2) 压缩机进气管和排气管上的手动阀已打开;
( 3) 将排放压力调节器P IC 1510 置于自动, 设定点2900kPa;
( 4) 将入口流量调节器F IC 3920 置于自动, F IC 3921置于手动, 且0% 的输出信号,打开回流调节阀PCV 1 1510和PCV 3 1510;
( 5) 将入口压力调节器P IC 3922 置于自动, 设定点40kPa, 进气压力调节阀PCV3922 打开。
当上述条件和供电等外围条件都满足时, 在现场控制盘上按下用“压缩机启动”按钮启动氧压机, 入
口截止阀PV 1501 自动打开; 在主控室DCS 操作画面上增加调节器F IC 3921 的输出信号从而使回流阀关
闭。
如果外供用户量小于装置氧产量, 机前放空阀自动保持打开。将调节器F IC 3921 置于自动, 设定点
150- - 200m
3/h , 高于调节器F IC 3920 的设定点。
3.2.2 压缩机停止
(1) 正常停止: 在压缩机正常运行情况下, 有就地停止和远程停止两种方式。就地停止方式下, 按下
现场控制盘上的“压缩机停止”按钮, 压缩机即停止;远程停止方式下, 在主控室DCS 操作画面上按下“COM PRESSER SHU T DOWN ”按钮, 压缩机即停止; 无论采用哪种停止方式, 在压缩机停止的同时, 入口阀PV 1501 都自动关闭。
(2) 故障停止: 当启动主电机时, 如果系统在5s钟内收不到“主电机运行反馈”信号, 系统会自动停
止压缩机的启动过程。在压缩机正常运行期间, 发生电机保护开关失灵、严重喘振等故障, 压缩机将自动
停止运行, 并且所有的系统设备将处于停止状态。
3.3 辅助设备的控制
氧压机辅助系统主要有冷却水系统和润滑油系统。冷却水系统都是手动操作。润滑油系统一般总处
于自动状态, 当油压低于一定压力时, 辅油泵自动运行, 当油压高于某一值时, 则油泵自动停止。润滑油
还带有加热器, 当油温低于某一值时油加热器自动投入, 当油温超过某一值时, 油加热器自动断开。
4 应用情况
由于充分利用了DCS 和PLC 控制系统的优点,该系统对过程量的实时控制和开关量的联锁控制都有较为理想的实现。该氧压机自1997 年正式投运后, 运行良好, 稳定可靠。
