儀表專題講座大型壓縮機組的控制與聯鎖保護壓縮機組概述

分類

往復式壓縮機：適用于流量小，壓縮比高的場合。常用控制方案有氣缸余隙控制；吸入管線上的頂開閥控制；旁路回流量控制；轉速控制等；離心式壓縮機：體積小、流量大、運行效率高、易損件少、維護方便、氣缸內無油氣污染等。主機：原動機（電動機、汽輪機、燃氣輪機）、壓縮機、齒輪箱等；輔機：潤滑系統、冷卻系統、氣路系統、調節和控制系統等。

離心式壓縮機組的主要控制系統

氣量控制系統（負荷控制系統）：通過控制流量或壓力來實現。

轉速調節：一般根據吸入壓力來調節原動機轉速。如：電機的變頻調速控制；蒸汽透平的主蒸汽閥開度控制。

壓縮機吸入口或出氣口的節流：調節加裝在管線上的導向葉片的角度，實現進氣量或出氣量的控制。圖

空壓機入口導葉控制JCSSLZCFCHC電機FV反作用反作用低選器手操器，開車時控制導葉開度離心式壓縮機組的主要控制系統

防喘振控制系統喘振是離心式壓縮機的固有特性。誘因為壓縮機負荷下降，發生時會嚴重損壞機體。離心式壓縮機組的主要控制系統固定極限流量（最小流量）法：旁路、放空等

可變極限流量法離心式壓縮機組的主要控制系統

壓縮機各段吸入溫度以及分離罐液位控制保證壓縮效率，防止氣體帶液壓縮機的油路控制系統密封油（或密封氣）、控制油、潤滑油系統所對應的油槽液位、密封氣泄漏量、油壓、油溫等的檢測控制和聯鎖報警。

壓縮機軸振動及軸位移監測和聯鎖保護系統BENTLY3300、3500，ENTEK6600離心式壓縮機組的聯鎖保護

聯鎖的分類（從所起的作用）

啟動聯鎖：B類聯鎖，“與”的關系；停車聯鎖：A類聯鎖（具備第一故障報警功能），“或”的關系；其它聯鎖：輔助油泵啟動等。

聯鎖的實現ESD、PLC系統（包含在主裝置聯鎖系統中）：機組另配置電子調速器、超速跳閘模塊等保護設備；機組綜合控制系統ITCC：集成防喘振控制、聯鎖保護、電子調速、負荷調節等各種機組控制功能。離心式壓縮機組的聯鎖保護

聯鎖設計的原則

（故障—安全型）聯鎖停車回路的發訊元件（如壓力開關、停車按鈕）在壓縮機正常運行期間，觸點均為閉合狀態，參數越限時，觸點斷開。聯鎖停車回路的動作元件（如電磁閥、繼電器）在壓縮機正常運行時，為帶電勵磁狀態（閥自身或關閉或打開）。對于直接安裝在油路上的電磁閥，可采取兩閥并聯的方式；對于安裝在調節閥氣路上的電磁閥，可采取兩閥串聯的形式。故障檢測元件盡量采取“三取二”方式（部分參數“二取二”）設置。聯鎖系統選用具備容錯、冗余、SOE等功能的系統。停車聯鎖信號具備第一故障報警功能，故障發生后，只有待其它聯鎖信號消失，方可復位。復位按鈕、旁路開關采取動作時觸點閉合的形式。壓縮機組主要的聯鎖保護回路

啟動聯鎖：保證機組安全啟動

不存在任何停車條件；潤滑油壓力正常：軸與軸瓦間建立足夠的油膜；潤滑油溫度正常：更好地建立油膜；調速油、動力油壓正常：保證調速系統正常工作；油槽油位正常：保證足夠的潤滑油、調速油等；盤車停止：脫開盤車電機；防喘振閥全開：避免開車過程中出現喘振。其它工藝系統的啟動條件：如進出口閥的打開或關閉。壓縮機組主要的聯鎖保護回路

停車聯鎖：避免產生設備及人身傷亡事故軸位移過高：拉傷軸瓦和軸頸、導致轉子與定子元件（如迷宮齒、葉輪）摩擦、碰撞致使其損壞。軸振動過高：機組的大多數故障均體現在振動異常升高上。設置振動聯鎖的場合，一般是水平和垂直兩個方向相“與”。部分機組啟動時，需要臨時摘除振動聯鎖。

轉速過高：避免過高的離心力導致飛車，一般設置為原動機轉速超過額定轉速的10%~15%。潤滑油壓力低：避免高速運動的轉子與軸瓦間摩擦加劇，軸承溫度飛升，燒壞軸承。

壓縮機組主要的聯鎖保護回路調速油壓力低：防止調速系統動作失靈，造成機組失控。軸瓦溫度過高：避免軸瓦燒壞。密封系統聯鎖：避免被壓縮氣體通過固定殼體和旋轉軸間隙泄漏。采用油膜密封時，一般設置密封油槽液位低聯鎖；采用干氣密封時，一般設置密封氣泄漏量高聯鎖。吸入罐液位過高：防止氣體帶液而損壞葉輪。電機故障：電機運行信號的消失、電機絕緣性能下降、電機軸承（定子）溫度高等。喘振聯鎖：一般以一段時間內發生了多次喘振來決定是否停車。

2502X47T2K2C1RSTC0RSTC125052512M200K4K1002514C0T2T2K20T1T1X47M2002516M200C0X48M2012520M201C1X48M2022524M202M1M3M2022555M204M201M2022757YE9PDSX48：聯鎖復位按鈕聯鎖停車電磁閥舉例：某壓縮機在連續10秒內發生二次喘振，將立即打開防喘振閥，使流量增加以脫離喘振區。若連續10秒內發生四次喘振，機組將采取停車措施。斷開閉合被壓縮氣體緩沖罐PDS＋－喘振的檢測原理壓縮機組主要的聯鎖保護回路

其它聯鎖：主要輔助系統的聯鎖工藝條件聯鎖：如入口壓力、溫度過低或過高，段間出口溫度過高，出口壓力低或高，進出口閥關閉、相關工藝系統停車等等。輔助油泵自啟動：潤滑油壓力降低到正常油壓的70%~80%時，輔助油泵自動啟動，確保潤滑油壓力系統正常。事故油泵自啟動：原則上由柴油發電機單獨供電。油路系統報警：如油過濾器壓差高、油槽油位低等。凝汽式透平的相關聯鎖：真空度高聯鎖、凝液泵自啟動聯鎖等。壓縮機組常用的監控系統一、狀態監測系統1、常用檢測參數振幅：反映機器振動劇烈程度，單位為μm、mil（1mil=25.4μm）；振動頻率：轉速的倍數頻率，1X、2X、X/2；相角：轉子某一瞬間所在位置；轉速振動形式：時基波形（轉軸位置和水平時間軸的關系曲線）、軸心軌跡（軸截面中心運動軌跡的曲線）；其他參數：軸承溫度、潤滑油溫度、介質壓力、介質流量等。壓縮機組常用的監控系統2、電渦流傳感器系統1）狀態監測傳感器類型：接觸式、非接觸式；2）常見電渦流傳感器型號：BENTLY33005mm/8mm/11mm系列、BENTLY3300XL8mm系列、ENTEK1900系列、Metrix1005、1007系列等。3）電渦流傳感器系統的構成：探頭、延伸電纜、前置器（變送器）；4）工作原理：渦流效應（導體在變化磁場中所產生的感應電流）。H2抵消部分H1，導致線圈阻抗Z、電感L、品質因數Q發生變化；選取某一參數（如：L、Z），經一定的轉換電路可將參數的變化轉換成電壓輸出；研究參數與距離間的對應函數關系，使其構成單值函數，如：Z=f（ρ、μ、x、ω）壓縮機組常用的監控系統5）BENTLY3300XL電渦流傳感器型號簡介前置器：

330180-AXX-BXX

A：總長度和安裝選項；B：批準機構延伸電纜：330130-AXXX-BXX-CXXA：電纜長度；B：接頭保護器和電纜選項；C：批準機構傳感器探頭：部件號–AXX–BXX–CXX–DXX–EXX壓縮機組常用的監控系統電渦流傳感器系統特性延伸電纜+探頭長度應與前置器相匹配探頭直流阻抗位于6.95～10.77Ω之間；3300XL前置器到監測器≤305米；電渦流傳感器系統只允許單端（現場或控制室）接地；電渦流傳感器系統的線性范圍為2mm（80mils）；電渦流傳感器系統的靈敏度：標準5m、9m系統分別為7.87V/mm（200mV/mil）±5％、7.87V/mm（200mV/mil）±6.5％。壓縮機組常用的監控系統6）傳感器探頭的安裝外觀檢查測量直流阻抗靜態調校：TK3校驗儀、數字電壓表以測得探頭線性范圍的中點電壓作為安裝的參考電壓（-8～-10VDC）根據確定的間隙電壓，在正交方向安裝固定兩個振動探頭；測量軸竄量，根據零點電壓計算遠、近端電壓，根據此電壓安裝固定軸位移探頭（遠端電壓=零點電壓+竄量*選取的線性范圍平均靈敏度/2；近端電壓=零點電壓-竄量*選取的線性范圍平均靈敏度/2）壓縮機組常用的監控系統3、監測系統1）BENTLY3300監視儀特點：液晶數字式表頭、通過DIP開關和內部短接片進行組態設定、4~14個可選位置的框架結構。主要硬件電源模件：3300/12（115、220VAC）、3300/14（DC電源）監測器模件：3300/03，對框架中的模件進行報警設定點調整、報警確認復位；連接鍵相位傳感器，為其提供電源；實現框架內各安裝模件的內部通訊等；雙通道振動監測器模件（3300/16）：連續測量兩個軸振動及間隙電壓信號。LED指示燈有OK（綠，常亮，閃爍表示曾經發生異常）、ALERT/DANGER（紅，常滅，有報警/聯鎖時，閃爍）、BYPASS（紅，當通道的聯鎖功能或通道被旁路時，點亮）；具有DIP設定開關及內部跳線。雙通道軸位移監測器模件（3300/20）：連續測量兩個軸位移及間隙電壓信號。軸振動監測器的現場接線圖

壓縮機組常用的監控系統2）BENTLY3500監視儀特點：基于Windows的軟件操作平臺、通過軟件進行組態設定、卡件可熱插拔、系統可靠性高。主要硬件（前端面板模件+背面I/O模件）電源模件：3500/15（110VAC、220VAC、24VDC可選），半高模塊；機架接口模塊RIM（3500/20）：實現機架與PC之間的通訊、報警確認復位等；監測器模件（3500/42M）：四通道，可實現軸振動、軸位移、偏心度、加速度、速度等過程變量的監視，同時可對輸入信號設置報警、聯鎖。四通道繼電器模塊（3500/32）：具有四路繼電器輸出，每路的輸出狀態由從一個或多個監測器模塊送來的報警數值通過“與”、“或”邏輯判斷后產生。鍵相位模塊（3500/25）：半高模塊，每個模塊可接收兩個鍵相位傳感器輸入，用于獲取數字鍵相信號、機組轉速。

壓縮機組常用的監控系統3500系統組態簡介組態步驟：打開組態軟件→連接PC機與3500系統→上傳缺省組態文件→修改、設定組態數據→下裝組態文件并保存→斷開連接主要組態內容：位號、測量變量類型（振動、位移等）、I/O模件類型、量程范圍、報警/聯鎖延時時間及是否自鎖等、報警聯鎖值設置、聯鎖動作邏輯設定等。日常使用：監控實時運行數據及系統狀態、回路聯校、報警/聯鎖旁路等。連接上傳下裝選擇/設定槽路對應模塊設定報警聯鎖值設定位號對選中模塊進行詳細參數設置壓縮機組常用的監控系統3500系統配置實例壓縮機內止推瓦外止推瓦推力盤VT88502BZT88551AZT88551BZT88551C徑向瓦VT88502AZT88501AZT88501BZT88501CVT88501BVT88501AVT88551BVT88551AVT88552AVT88552B蒸汽透平KM885513500/15

DC24V電源模塊3500/20

機架接口模塊接地模塊3500/42M監測器模塊

CH1：VT88551ACH2：VT88551BCH3：VT88552ACH4：VT88552B3500/42M監測器模塊

CH1：VT88501ACH2：VT88501BCH3：VT88502ACH4：VT88502B3500/42M監測器模塊

CH1：ZT88551ACH2：ZT88551BCH3：ZT88551C3500/42M監測器模塊

CH1：ZT88501ACH2：ZT88501BCH3：ZT88501C3500/25鍵相位模塊CH1：KM885513500/32四通道繼電器模塊

CH1：ZS88551CH2：ZS88501

壓縮機組常用的監控系統4、軸振動/位移異常原因1）機械/工藝原因：修理不足，引起瓦塊間隙增大；轉子不平衡、轉軸彎曲；機組潤滑不良；油膜振蕩（如潤滑油帶水）；介質帶液；葉輪結焦、結垢且分布不均（導致轉子不平衡）；壓縮機憋壓；喘振等。2）儀表原因：探頭磨損；接頭松動或接觸不良；間隙電壓過低或過高；電磁干擾；三芯電纜屏蔽層對地；探頭、延伸電纜破皮；系統或卡件死機。3）儀表檢查處理步驟：檢查探頭直流阻抗；檢查間隙電壓；緊固、清洗延伸電纜及前置器等各個連接處；檢查電纜等的屏蔽接地情況；對于卡件或系統的死機需要在摘除相關聯鎖后對系統、卡件停電重啟。一般探頭和前置器的檢查可采取“替換法”。壓縮機組常用的監控系統二、電子調速系統組成：一次測量元件、電子調速器、電液轉換器、調速閥等Woodward505E電子調速器硬件：電源卡、存儲器卡、速度信號輸入模塊（兩個無源磁性探頭MPU輸入的頻率信號高選）、執行器驅動模塊（4~20/20~160mA→E/H）、模擬量輸入/輸出模塊（各6個）、開關量輸入（16個）/輸出（8個）模塊、串行通信模件

轉速設定點塊SHPPLP比例／限制器低選器高選器I/HI/HDroop電液轉換器LP閥限制器PID升速降速遠程設定允許遠程轉速設定遠程設定4~20mA高選器抽汽設定點塊DroopPID抽汽設定值升高抽汽設定值降低取反抽汽信號4~20mAHPLPSESEFTDCSFT抽汽止回閥冷凝器HSSCFTTTVSSHP閥LP閥壓縮機HP閥限制器電液轉換器505E電子調速器

轉速＝（頻率／齒數）*齒比*60HP、LP存在耦合關系，單獨改變一個開度，對透平轉速、抽汽量等均產生影響反作用，轉速低于設定值時，控制器輸出增加，開大HP閥和LP閥正作用，抽汽量高于設定值時，控制器輸出增加，開大LP閥，關小HP閥。壓縮機組常用的監控系統軟件上主要的需組態程序模塊透平啟動模塊：選擇透平的啟動方式（手動、自動或半自動）等。

速度控制模塊：是否使用第2路速度輸入、故障轉速數值、PID參數等與轉速控制有關的信息。速度參考模塊：調速器的轉速控制范圍、是否使用遠程設定、超速跳閘值等。抽汽控制模塊：抽汽信號的單位/量程；回路的PID參數；回路的正、反作用形式等抽汽控制的有關數據。透平特性參數模塊（比例／限制器）：選擇LP、HP的解耦方式，確定控制中是轉速優先還是抽汽優先等。執行器輸出模塊：輸出采用何種電流方式，執行器發生故障時505E是否停機等。I/O模塊：組態AI/AO/DI/DO的各通道是否使用，若使用，表示何種功能及量程范圍等。

壓縮機組常用的監控系統三、超速跳閘保護系統Protech203作用：避免調速器等控制設備失效造成透平失控，需單獨設置組成：三個構造相同、相互獨立的轉速傳感單元組成

表決器中間繼電器各單元聯鎖繼電器的輸出通過一個“三取二”硬件表決器送出一般采用失勵跳閘型壓縮機組常用的監控系統四、汽輪機一壓縮機組集成綜合控制系統ITCC代表產品：