1.2中国石油天然气股份有限公司吐哈油田分公司鄯善采油管理区 3中国石油天然气股份有限公司吐哈油田分公司技术监测中心 新疆维吾尔自治区 838202
摘要：压缩机是液化天然气（LNG）装置的“心脏”设备，它的运行稳定性和可操作性直接决定整个工艺装置是否能够满足天然气液化所需要的冷量。天然气压缩机橇是海洋油气开发装备供气的关键装置，通常采用一用一备的双套压缩机橇配置，其单台压缩机橇单独配置进出口管路、旁路、入口洗涤罐、出口换热器、压缩机机头及其滑油系统。本论文针对此工艺方案结合设备单橇或双橇的典型布置形式及客户需求，对控制系统从系统方案、模块化编程、高等级安全三方面进行了优化设计，为节能减排和降本增效提供相应的技术保障。
关键词：天然气；压缩机橇；联控控制
引言
近年来，随着中国石油、天然气管道建设的快速发展，天然气管道压缩机组及其附件的需求日益增加。天然气管道压缩机是管道运输中的重要设备，其性能、质量和产权直接关系到运营效益和有序。压缩机橇作为天然气外输的关键设备，其稳定性和安全性有着至关重要的作用。
1系统方案设计
1.1方案一：单盘系统方案
该方案中配置一台LCP盘，依据压缩机机头、主电机及共用部分对仪表阀门设备IO点在硬件组态上进行分类。适合单橇双机头形式且IO点数相对较少的情况使用，具有较高的性价比，并可根据客户需求升级，进行CPU、电源模块、通讯模块、IO卡件的冗余设计。
1.2方案二：双盘主从系统方案
该方案配置两台LCP盘，即LCPA和LCPB，设置A盘为主站，B盘为从站，A盘负责监测和控制A橇上所有的设备，控制逻辑由A橇主站完成。B盘负责监测和控制B橇上所有设备，A盘和B盘（即主站和从站）采用网线进行通讯连接传递数据。该方案系统架构清晰，后期维护或改造方便，适用于双橇双机头形式、IO点数量较大的情况，并可根据客户需求升级，进行触摸屏、CPU、电源模块、通讯模块、IO卡件的冗余设计。
1.3方案三：三盘联控系统方案
采用三台LCP盘联合控制方式，即三台LCP盘分别为LCPA、LCPB及LCP联控盘，其中LCPA负责采集和控制A橇上压缩机机头、主电机、滑油系统上的设备；LCPB负责采集和控制B橇上压缩机机头、主电机、滑油系统上的设备；LCP联控盘负责对进口阀、出口阀、回流阀、温控阀、洗涤罐、换热器等公共设备的信号进行采集和控制。三台LCP盘之间采用网线进行通讯连接传递数据。该方案系统架构清晰，后期维护或改造方便，可以在不停产的情况下对LCPA或LCPB进行断电检修。
2模块化设计
在软件编程上针对共用部分和各机头部分上的控制阀门、仪表信号进行区分，根据不同情况对IO点封装和模块化编程，解决因多重引用及调用产生的程序风险，大大增加控制系统的可靠性和便利性。采用模块化设计思想，依据功能和服务对象，对控制逻辑进行模块设计，分别为公共程序块、A机组程序块、B机组程序块。其中公共程序块包含SDV、BDV阀控制程序、主工艺系统报警或关断保护及测试程序、回流阀PV入口压力调节控制程序、换热器出口温度调节阀出口温度调节控制程序、洗涤罐液位控制程序。压缩机橇运行过程中需要哪块调用哪块。这样做极大了提高了程序的安全和可靠性，又方便了后期的调试和维护。
3高等级安全设计
3.1SIL2安全等级设计
多机头燃气压缩机方案实施具有降本增效、节省空间等诸多优点，但也决定了部分仪表设备无备用的，给控制系统的可靠性和安全性提出了更高要求。本控制系统方案可针对客户高可靠性和安全性的需求，进行SIL2等级的设计。控制系统的核心设备PLC选用罗克韦尔公司的1756系列。上述卡件均通过德国TUV公司的安全等级SIL2认证。经计算，每个回路的平均失效率不大于5.0E-3，可保障系统的可靠性。
3.2故障诊断
在上位机触摸屏中加入了各个卡件的故障诊断信息，可以实时监测系统的运行状态，一旦有某个卡件出现故障，系统都会进行报警，并在后台进行事件记录，方便维护人员及时清除系统故障。可监测的故障包括：CPU报警、卡件意外拔出、卡件供电异常、通讯中断、模拟量信号断线等。
3.3两级选择开关
为防止机头选择错误造成事故，控制盘设置柜体旋钮选择开关和触摸屏软按钮选择开关。当旋钮开关和触摸屏选择开关拨到相同位置选项，并对提示信息进行确认后才能进行启流程，并在正常运行中对选择开关进行锁定，使之无法在运行中进行切换操作。
4LNG压缩机工艺流程概述
4.1基本工艺流程
4.1.1级联式制冷循环
根据某几种单一制冷剂沸点的不同，利用一种制冷剂的汽化潜热来冷凝另一种沸点较低的制冷剂，组成多个液化循环。这种制冷循环的制冷介质通常选用甲烷、乙烯和丙烷，优点是装置能耗低、内部制冷循环和天然气液化系统相对独立，互相间影响较小，操作稳定；缺点是流程相对复杂、设备多，每一种制冷剂都需要生产和储存的设备，并且每个制冷循环间不能有任何渗透，维修检修不便。这种流程主要应用于生产量较为稳定的基本复合型天然气液化装置.
4.1.2混合冷剂制冷循环
以多种烃类混合作为制冷工质，根据烃类性质的不同，经冷却后在不同温度下冷凝分离、形成气液混合冷剂和液态冷剂后，经过分级节流进入不同温度梯度下的换热设备，给天然气提供冷量。这种制冷循环的优点在于设备少、流程相对简单、液化装置整体投资少、操作和维护方便等优点，同时制冷剂中的组分可部分或者全部从天然气提取和补充，解决了缺乏冷剂的难题，并且在液化过程中单一冷剂的纯度要求也没有级联式液化流程那样严格；其缺点是能耗比级联式液化流程高出15%～20%，对混合制冷剂各组分的配比要求严格，流程计算困难，多用于基本复合型然气液化装置。
4.1.3带膨胀机制冷循环
将制冷剂压缩到高压状态，通过膨胀机膨胀吸热来冷却天然气，达到液化的目的。整个制冷循环按照循环冷剂的不同，分为天然气膨胀液化流程和氮气膨胀液化流程，后续为了降低功耗，发展了氮—甲烷膨胀液化流程。带膨胀机制冷循环比较适合用于液化能力较小的调峰型液化装置。
4.2双循环混合冷剂制冷循环（DMR）
双循环混合冷剂制冷循环，此种工艺采用两组制冷循环，预冷循环和深冷循环，并且两种制冷循环的制冷介质均为混合冷剂。预冷机组组分较重，将天然气预冷到-35℃左右；深冷机组组分较轻，在深冷天然气的同时为预冷机组提供以部分循环冷量。这种工艺具备级联式制冷循环和混合冷剂制冷循环双重优点，逐级冷却显著提高制冷效率，同时避免了级联制冷循环设备数量多、投资大的缺点，有效减少了装置的监测点和事故点，但是由于混合制冷剂组成复杂，制冷循环回路多，并且在开车过程中需要对冷剂进行配比，开车难点较大，工艺控制精确度和复杂性增高。
结束语
多压缩机机头公用出口共用进出口管路、旁路、入口洗涤罐及出口换热器及其控制阀门、仪表的工艺方案相对传统方案大大地缩小了设备体积和重量，这给对空间和重量要求严苛的海洋平台起到了积极作用。从工程案例实际出发，结合项目需求进行了方案设计，并有针对地对系统稳定和可靠性进行了优化，为该工艺方案的实施提供了有力保障。
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