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螺杆压缩机保护系统的改进

发布日期:2016-01-15    来源:作者:王宝记 单位:中国海洋石油上海分公司      点击数:22304

       本公司的空气压缩机是钻井使用的重要设备,其作用是为钻台及机房提供足够的气源压力,如果设备出现故障,将造成传动系统的气囊摩擦片打滑,烧毁气囊,甚至造成钻台不能正常生产引发溜钻、顿钻事故。
       一、现有的保护系统
该压缩机有比较完善的自我保护系统:
       1、超压保护
       当压缩机油气分离罐的压力超过1.2MPa时保护电路动作,控制压缩机停机。
       2、超温保护
       当压缩机的排气温度超过113摄氏度时保护电路动作,控制压缩机停机。在环境温度比较高时,若处于下套管等压缩机负荷较大的工况时可能会发生超温故障。温度过高会引起系统的恶性循环,当温度高于93摄氏度时,油的分解加速,产生的油泥聚集在油路上,影响冷却效果,导致排气温度越来越高,润滑油分解得越来越快。
       3、过流保护
       当压缩机的主电机电流超过47A时,保护电路动作,压缩机停机。
       二、使用中存在的问题及分析
       2台固定式螺杆压缩机正常使用时为一用一备,只有当下套管或者加重等特殊情况时才同时启用2台。
       使用中存在以下问题:
       一是运转中的压缩机出现故障后保护电路会控制它自动停机,但是停机后不能发出声光报警,值班人员不能及时发现;二是控制两台压缩机卸载的压力开关都是机械式的,很难调到一致,倘若两台压缩机一起并网运行时,总是其中一台压缩机一直加载工作,另一台压缩机基本不加载,这样容易造成该台压缩机出现超温保护。以上两种情况都会导致气源压力下降,造成大顿钻的严重事故;三是钻井公司目前基本上都没有低气压报警装置,一旦气压过低而操作人员又没能及时发现,会产生比较严重的后果;四是机房至钻台的气管线将近有100米长,虽然机房里的干燥器工作良好,但是经过较长的管线冷却后会在钻台的气瓶里积存很多的水,而冬季气路有水可能造成气路阀件失灵,从而有可能造成刹车失灵的严重后果。所以有必要在钻台的气瓶上加装一个自动放水的电磁阀。
       三、改进过程
       针对以上问题,我们着手自行研制一套全自动控制装置。
       该装置内部核心使用单片机进行控制,成本相当低廉。同时在硬件设计上:数字和模拟部分各自使用不同的接地层,在一点集中接地;对极易产生干扰脉冲的功率输出部分采用了光电耦合器进行隔离;信号采集部分采用了抗干扰的电流型传感器。在软件设计上:对数据处理部分采用去极值平均滤波,保证了采集数据的可靠性;使用了内部的看门狗,一旦程序进入死循环后能自动复位,从而保证仪器可靠稳定地工作。
       该仪器控制核心采用了宏晶科技的STC12C 5112A D单片机,该单片机价格低廉(10元/片),抗干扰能力极强(轻松应对2kV/4kV快速脉冲干扰),高速(1个时钟/机器周期,增强型8051内核,速度比普通8051单片机快12倍),片内功能齐全(含有芯片内EEPROM , 10位ADC转换器,硬件看门狗,高速SPI通信端口),I/O驱动能力强(每个I/O口驱动能力均可达到20mA)。简化了硬件设计,提高了稳定性。
       该仪器的键盘/显示部分采用了南京沁恒电子的CH 452L芯片,该芯片内置时钟振荡电路,可以动态驱动8位数码管或者64位LED,具有BCD译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能;同时还可以进行64键的键盘扫描;CH452通过可以级联的4线串行接口或者2线串行接口与单片机等交换数据,并且可以对单片机提供上电复位信号。
       该仪器预留了CC1100无线数据传输接口,通过该接口可以将气压及报警信息以无线的方式进行远传至SCR房及司钻台,保证操作人员对各种信息的及时处理。
       其功能和特点:
       第一,操作灵活方便,通过键盘可以设定压缩机的“报警压力”、“并网压力”、“加载压力”和“卸载压力”等参数,并通过数码管显示气压值。完全省去了螺杆压缩机自带的压力开关。
       第二,当工作中的压缩机出现故障自动停车时,数码管立即显示故障信息,同时发出声光报警,此时倘若第二台压缩机没有启动,则立即自动启动第二台压缩机。
       第三,当一台压缩机工作气压低于设定的并网压力时,倘若此时自动并网功能是使能的,那么第二台压缩机会自行启动;当用气量减少,一台压缩机能够保证用气量时,第二台压缩机在设定的时间内不加载,系统会控制第二台压缩机自动停机。
       第四,当气压低于设定的报警压力时,能够发出声光报警信号,如果装有CC1100模块,报警信号还会传到SCR房或司钻台,系统能够自动检测传感器是否出现故障,并且能够通过软件校正压力传感器的零位值。
       第五,含有“空气干燥器电脑控制仪”的全部功能,控制干燥器的各种参数通过键盘输入设定,非常易于操作。
       第六,此装置另外还设计安装了“气瓶冬季自动排放水”功能,可以根据不同的气温条件,用键盘输入放水电磁阀开关时间、间隔时间数据,实现气瓶自动排水。
       第七,对两台压缩机的运转时间和干燥器的运转时间,以及压缩机的加载时间能自动累加并存储,直观显示,便于设备按时保养。
       第八,能够实时显示1#和2#压缩机的主电机电流值,从而加强对电机早期故障的判断处理。
       四、效益分析
       使用该装置后避免了因供气不足可能导致的溜钻、顿钻等操作事故的发生,保证安全生产。
       冬季生产时,因为该装置能自动排放气瓶积水,减少了气路管线故障,保证了钻台的正常生产,减少了因钻具不能活动出现的粘卡事故。
       该装置设计、制作仅发生购买电器元件费用930元。