Некоторые технологические принципы регулирования и управления КС

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8

Самыми сложными объектами в системе МГ являются КС, осуществляющие компримирование газа и подачу его в магистральные газопроводы. Объединение компрессоров общими газопроводами на входе и выходе КС образуют сложный комплекс взаимосвязанных агрегатов, который должен работать устойчиво, надежно и экономично. При возмущенном состоянии контуры параллельно включенных ГПА оказывают определенное влияние друг на друга, вызывая при этом изменение регулируемых режимных параметров каждого агрегата в отдельности и нарушая равенство нагрузок между ними. Надежная и экономичная работа совместно работающих ГПА возможна лишь при равномерном и одинаковом распределении нагрузки между параллельно работающими агрегатами (это высказывание относится к одновременно работающим однотипным ГПА).

Наиболее выгодный с точки зрения энергозатрат режим работы системы МГ достигается поддержанием постоянным и максимально близким к проектному значению выходного давления на каждой КС при изменении расхода газа по системе МГ.

Главная задача регулирования работы компрессорного цеха КС – это поддержание давления на выходе из КС на заданном уровне при оптимальном распределении нагрузки между ГПА. Система регулирования должна обеспечить плавное регулирование частоты вращения роторов компрессоров во возможном диапазоне нагрузок. При этом условии давление газа за КС будет поддерживаться на заданном уровне за счет изменения частоты вращения путем воздействия оператора на регулятор скорости. Так как основным регулируемым параметром, как правило, является давление газа в выходном коллекторе КЦ, то наиболее рациональной схемой регулирования, удовлетворяющей этим требованиям, будет схема регулирования с регулятором давления, непосредственно управляющим расходом топливного газа, поступающего в камеру сгорания. Этот регулятор управляет частотой вращения n_СТ силовой турбины, получая задание от регулятора КЦ или КС. Регулятор давления при совместной работе с ГПА обеспечивает в установившемся режиме определенную статическую связь между давлением нагнетания и расходом газа., которую можно установить из газодинамических характеристик ГПА и характеристик регулирования.

Рис. 2.32. Статическая характеристика регулирования одного ГПА

Рассмотрим процесс поддержания постоянным давления газа на выходе из КС на примере работы одного ГПА. Исходные газодинамические характеристики компрессора преобразуем в численную характеристику вида Для случая р_Н=const, р_К=ε ·р_Нмы получим зависимость вида , что позволяет стандартные газодинамические характеристики преобразовать в характеристики в характеристики для рассматриваемого частного случая и изобразить их графически в приведенном на рис. 9.32 виде.

При данных условиях производительность ГПА Q эквивалентна величине нагрузки (потребляемой мощности) N_e=p_H·Q·H. Конечное давление р_Кявляется регулируемой величиной. Процесс регулирования можно пояснить следующим образом. Если под воздействием увеличивающегося расхода газа произойдет падение давления р_К на выходе ГПА на величину Δ р_К=р´ _К-р_К (характеристика сети измениться из состояния 1 на состояние 2), то в первоначальный момент положение лапана топливного газа еще не успеет измениться и частота вращения ротора компрессора останется прежней и равной n₁, вследствие чего рабочая точка по изодроме n₁=const сместиться из положения а в положение с. Затем, вступления в работу топливного регулятора, рабочая точка перемещаясь по новой характеристике сети 2, достигает некоторого нового значения частоты вращения n₂, благодаря чему достигается некоторое новое значение выходного давления р_К⁽²⁾=const, величина которого может совпадать с первоначальной величиной р_К⁽¹⁾, что зависит от свойств применяемого регулятора.

Если положение точек а и b расширить на весь диапазон возможных режимов работы компрессора, то мы получим совершенно новую характеристику агрегата, которая называется статической характеристикой регулирования. Если точки а и b соответствуют максимальной и минимальной нагрузкам, то отрезок аb в этом случае охватывает все возможные режимы работы при изменении регулируемой величины Δ р_К=р_К^max-р_К^min. В таком случае свойство системы регулирования определяется коэффициентом неравномерности:

(9.63)

где - среднее значение регулируемого параметра.

Величина δ важна для исследования устойчивости системы регулирования автоматизированного объекта.

Рис. 2.33. Статические характеристики регулирования двух параллельно работающих ГПА:

1, 2 – статические характеристики регулирования ГПА1 и ГПА2 соответственно; 3, 4, 5 – характеристики сети.

Рассмотрим случай работы двух ГПА, включенных параллельно в общий коллектор (имеющих идентичные газодинамические характеристики и неодинаковый угол наклона статических характеристик регулирования). Предположим, что нам удалось в точке А (номинальной) добиться совпадения значений статических характеристик регулирования значений характеристики сети. После возрастания общего расхода (см. рис. 9.33) в выходном коллекторе Кс на величину Δ Q=Δ Q⁽¹⁾+Δ Q⁽²⁾, конечное давление в выходном коллекторе сместилось на величину Δ р_К. При увеличении расхода Q давление р_К начинает падать, но положение клапанов топливного газа еще остается прежним, что поддерживает обороты обоих ГПА одинаковыми и равными n₀ до достижения точки А´ ₁первого ГПА и точки А´ ₂ второго ГПА, т.е. до точки пересечения с изменившимися характеристиками сети. Затем, после вмешательства регуляторов обоих ГПА рабочие точки смещаются в положения А₁ и А₂, которым соответствует новые значения частоты вращения n₁ и n₂ соответственно. Система регулирования ГПА1 в соответствии с его характеристикой регулирования 1 определила для него расход газа Q⁽¹⁾=Δ Q₀⁽¹⁾+Δ Q⁽¹⁾. Аналогично для гпа2 получаем значение изменившегося расхода газа Q⁽²⁾=Δ Q₀⁽²⁾+Δ Q⁽²⁾. Обороты ГПА1 снизились до величины n₁ а обороты ГПА2 повысились до величины n₂. так как значения расходов газа Q⁽¹⁾ и Q⁽²⁾ через ГПА1 и ГПА2 стали различными, то так же и значения потребляемой мощности стали различными, что является нежелательным явлением.

Аналогичные рассуждения можно провести и для случая несовпадения газодинамических характеристик ГПА, что так же приводит к неравномерности распределения нагрузок между ГПА.

Однако на практике невозможно получить одинаковые наклоны статических характеристик регулирования, это связано с различием физических свойств самих регуляторов, газодинамических характеристик ГПА и сети. Небольшие изменения сопротивления сети и характеристик компрессора приводят к изменению статических характеристик регулирования, а, сле6довательно, к неравномерному распределению нагрузок между работающими ГПА. В этом случае для восстановления равенства нагрузок между ГПА требуется постоянное вмешательство обслуживающего персонала в настройку системы. Для исключения этого в каждый ГПА вводится дополнительный регулятор-корректор, задание для которого выдает станционный регулятор.

С момента создания КС на них всегда предусматривались различные системы автоматизированного управления и регулирования (САУиР), в первую очередь для управления ГПА, от надежной работы которых зависела надежность технологического процесса транспорта газа. Постепенно разрабатывались различные варианты АСУ ТП КС, которые постоянно совершенствовались. Эти системы базировались на технических решениях и устройствах, оперировавших аналоговыми сигналами, поступавшими в систему от различных датчиков измерения физических величин параметров работы ГПА (частоты вращения роторов ГПА, давления и температуры газа и т.п.).

Логические цепи управления включали в себя огромное количество различных реле (электрических, гидравлических, пневматических и их всевозможных комбинаций). Системы управления и регулирования строились по иерархическому принципу, нижним уровнем которого является непосредственно САУиР каждого ГПА. Следующим уровнем являлся цеховой уровень с постом управления всего цеха, с которого можно было управлять запускам как отдельно взятого ГПа, так и работой всего технологического оборудования, входящего в состав КЦ. Для многоцеховой КС более высоким уровнем управления выбирался ДП КС, в котором производился процесс регулирования технологического процесса не только КС, но и всего прилегающего участка системы МГ, включая системы телеизмерения и телеуправления объектами линейной части газопроводов.

На совершенно новый качественный уровень поднялись средства автоматизации и управления в связи с бурным прогрессом микропроцессорной техники, ее миниатюризации, ростом производительности и удешевления. Применение компьютеров позволило решить множество технических проблем управления и регулирования технологических процессов не только основных, но и множество вспомогательных объектов, практически охватив весь технологический комплекс ГТС, включая и значительно удаленные объекты. На базе микропроцессоров созданы программно-технические средства, которые позволяют заместить собой сложнейшие регуляторы, включая такие, как пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы (ПИД - регуляторы).

Очень важным фактором для эксплуатации сложнейших систем и агрегатов является возможность сохранения в памяти компьютеров практически всех параметров работы объектов, возможность извлечения в режиме реального времени для выяснения причин и анализа аварийных остановок ГПА, различных неисправностей оборудования и нештатных ситуаций на объектах ГТС, анализа действий оперативного персонала и.т.д.

3.Термины, определения и используемые сокращения

Напор – это количество энергии, затрачиваемое приводом компрессора и отнесенное к 1кг перекачиваемого газа или жидкости.

Политропический напор – это энергия, которую может приобрести газ при условии, что процесс сжатия происходит по некоторому политропическому процессу.

Полный внутренний напор - энергия, которую затрачивает компрессор на компримирование газа (без учета механических потерь).

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78