Спосіб визначення витрати компримованого газу в умовах компресорної станції
Номер патенту: 76071
Опубліковано: 15.06.2006
Автори: Кучерук Микола Васильович, Беккер Михайло Вікторович, Колодяжний Валерій Васильович, Ізмалков Борис Іванович, Ільченко Борис Самуілович, Прищепо Олександр Олексійович, Шурунова Наталія Шиоївна, Налісний Микола Борисович
Формула / Реферат
Спосіб визначення витрати компримованого газу в умовах компресорної станції, що включає вимірювання датчиками агрегатної автоматики тиску й температури газу на вході й виході нагнітача, а також вимірювання числа обертів вала нагнітача й густини газу, який відрізняється тим, що попередньо проводять натурні випробування й теоретичні дослідження характеристик відцентрового нагнітача для різних видів і величин дефектів проточної частини, за отриманими даними визначають множини розрахункових характеристик політропного коефіцієнта корисної дії й зведеного ступеня стиску
як функції
;
,
де Qпр - зведена об'ємна продуктивність;
- величина й вид узагальненого нормованого дефекту Dj, за який приймають зважену суму конкретних видів дефектів проточної частини відцентрового нагнітача, що однозначно визначає відхилення цих характеристик від відповідних паспортних для різних видів і величин дефектів проточної частини нагнітача, потім за допомогою датчиків агрегатної автоматики й електронних обчислювальних пристроїв виконують серію періодичних вимірювань зазначених параметрів для кожного поточного
-го вектора вимірювань Xi, який включає значення температури газу на вході й виході нагнітача Твх і, Твих і, тиску газу на вході й виході нагнітача Pвх і, Рвих і, частоти обертання вала нагнітача ni й густини газу
:
далі розраховують коефіцієнти стисливості, коефіцієнти ізобаричної стисливості, поправки до теплоємності на основі модифікованого рівняння стану Бенедикта-Вебба-Рабіна, далі з урахуванням розрахованих значень коефіцієнтів стисливості й поправок до теплоємності обчислюють значення зведеного ступеня стиску й політропного коефіцієнта корисної дії
відповідно до політропного методу Шульца для поточного вектора вимірювань Хi за формулами:
де для компримованого газу
- політропний напір,
- об'ємний і температурний показники політропи,
- коефіцієнт стисливості,
- коефіцієнт ізобаричної стисливості,
- теплоємність газу,
- ступінь стиску, а
- газова постійна природного газу,
- газова постійна повітря,
індекси - відповідно позначають зведене, номінальне й середнє значення параметра, значення на вході й виході нагнітача, далі визначають множину значень зведеної об'ємної продуктивності
й множину значень узагальненого нормованого дефекту
, виходячи з рішення системи рівнянь для всіх видів узагальнених дефектів
,
і вибирають найбільш імовірний узагальнений нормований дефект Dc, що однозначно характеризує положення фактичних характеристик відцентрового нагнітача щодо відповідних паспортних за обчисленою множиною значень на основі критерію мінімуму величини середньоквадратичного відхилення узагальненого нормованого дефекту від його прогнозованого значення
:
для
далі обчислюють фільтроване значення зведеної об'ємної продуктивності , що відповідає обчисленому значенню найбільш імовірного виду узагальненого нормованого дефекту Dc:
де а0 й а1 - коефіцієнти фільтра, а потім обчислюють витрату компримованого газу нагнітача за формулою:
де Тst=293,15 K, Рst=1,053 кгс/см2 - температура й тиск газу, при яких визначають комерційну продуктивність нагнітача.
Текст
Спосіб визначення витрати компримованого газу в умовах компресорної станції, що включає вимірювання датчиками агрегатної автоматики тиску й температури газу на вході й виході нагнітача, а також вимірювання числа обертів вала нагнітача й густини газу, який відрізняється тим, що попередньо проводять натурні випробування й теоретичні дослідження характеристик відцентрового нагнітача для різних видів і величин дефектів проточної частини, за отриманими даними визначають множини розрахункових характеристик поліp тропного коефіцієнта корисної дії пол й зведеного ступеня стиску p як функції np 2 3 76071 4 m V , mT - об'ємний і температурний показники політропи, Z - коефіцієнт стисливості, V - коефіцієнт ізобаричної стисливості, Cp - теплоємність газу, сленою множиною значень Di, j , j 1, ND на основі критерію мінімуму величини середньоквадратичного відхилення узагальненого нормованого дефекту від його прогнозованого значення Dr : i, j - ступінь стиску, а R - газова постійна природного газу, Rпов - газова постійна повітря, індекси пр, н, сер, вх, вих - відповідно позначають зведене, номінальне й середнє значення параметра, значення на вході й виході нагнітача, далі визначають множину значень зведеної об'ємної про NI дуктивності значень Qnp i, j , i 1 NI , j 1 ND й множину , , узагальненого нормованого дефекту Di, j , i 1, NI , j 1, ND , виходячи з рішення системи рівнянь для всіх видів узагальнених дефектів D j, j 1, ND p (D , Q np i, j np i, j ) , p (D , Q ( Xi ) ) пол пол i, j np i, j і вибирають найбільш імовірний узагальнений нормований дефект Dc, що однозначно характеризує положення фактичних характеристик відцентрового нагнітача щодо відповідних паспортних за обчиnp ( Xi ) Винахід відноситься до вимірювань у газотранспортній галузі та призначений для визначення фактичної витрати транспортованого газу, компримованого нагнітачем газоперекачувального агрегату на компресорних станціях магістральних газопроводів. Одним з найбільш ефективних напрямків підвищення енергозбереження в газотранспортній системі є оптимізація режимів її роботи. Так, внесок в економію природного газу й електроенергії при транспортуванні газу в 2003 році в Росії за рахунок оптимізації режимів роботи устаткування відповідно склав 29,8% й 31% [1]. Для визначення оптимальних режимів роботи устаткування необхідна інформація про затрачувану витрату паливного газу й витрату компримованого (транспортованого) газу за кожним окремим газоперекачувальним агрегатом (ГПА) і в цілому за компресорним цехом (КЦ). Вимірювання витрати паливного газу та споживаної електроенергії не викликає особливих складностей, і вони або вже реалізовані в багатьох КЦ, або їхня реалізація вже запланована. У той же час, вимірювання витрати компримованого газу з необхідною точністю порядку 2% - 4% викликає деякі складності, і такі вимірювання в умовах КС не виконуються. Відомі способи розрахунку витрати компримованого відцентровим нагнітачем (ВЦН) газу, засновані на використанні інформації датчика перепаду тиску на вхідному звужувальному пристрої (конфузорі) ВЦН або на розрахунку витрати за вимірюваними параметрами ВЦН на основі його паспортних характеристик, не забезпечують необхідну точ NI (Di, c ( Xi ) Dr )2 (Di, j ( Xi ) Dr )2 i, c i, j i 1 i 1 для j 1 , c 1 c 1 ,ND, , , , далі обчислюють фільтроване значення зведеної об'ємної продуктивності Qф , що відповідає обnp i численому значенню найбільш імовірного виду узагальненого нормованого дефекту Dc: a1 Qф a0 Qф Qnp i, c , м3 / хв , np i np (i 1) де а0 й а1 - коефіцієнти фільтра, а потім обчислюють витрату компримованого газу нагнітача за формулою: T Pвхi ni Qком 0,00144 st Qф , млнм 3 / доба , i np i nн Pst Tвх i де Тst=293,15 K, Рst=1,053 кгс/см2 - температура й тиск газу, при яких визначають комерційну продуктивність нагнітача. ність. Відомий метод визначення витрати газу, згідно з яким витрату газу визначають за допомогою змінного перепаду тиску. Принцип методу полягає в тому, що у вимірювальному трубопроводі, по якому протікає газ, установлюють звужувальний пристрій, що створює місцеве звуження потоку. Внаслідок переходу частини потенційної енергії потоку в кінетичну середня швидкість потоку у звуженому перетині підвищується, у результаті чого статичний тиск у цьому перетині стає менше статичного тиску перед звужувальним пристроєм. Різниця цих тисків тим більше, чим більше витрата газу, що протікає, і, отже, вона може слугувати мірою витрати. Із закону збереження енергії для стаціонарного потоку випливає p1 u2 / 2 p2 u2 / 2 D D Використання в рішенні цього рівняння умови нерозривності потоку нестисливого середовища uD D2 / 4 ud d2 / 4 qm приводить до теоретичного рівняння витрати нестисливого середовища 1 qm E( d2 / 4)( 2 p) 2 де uD - швидкість плину потоку у вимірювальному трубопроводі; ud - швидкість плину потоку в отворі звужувального пристрою; р1 - тиск на вході в звужувальний пристрій; р2 - тиск на виході із звужувального пристрою; 5 - густина нестисливого газу; Е - коефіцієнт швидкості входу, D - діаметр трубопроводу, 1 1 E 1/ 1 (uD / ud )2 2 1/ 1 (d / D)4 2 ; 76071 6 на точності вимірювання, по-друге, використовують саме паспортну характеристику, а не фактичну, вважаючи при цьому, що дана характеристика стабільна, хоча практика показує, що стабільність даної характеристики низька. Крім того, даний спосіб не універсальний і застосовується тільки для відцентрових нагнітачів певного типу. Також p (p1 p 2 ) - перепад тиску на звужувальданий спосіб не передбачає визначення витрати ному пристрої [2]. газу за серією періодичних вимірювань - витрату Даний метод визначення витрати газу, як і вимірюють за одиничним вимірюванням. спосіб визначення витрати компримованого газу в Найближчим за технічною суттю аналогом, умовах компресорної станції, що заявляється, який вибрано як прототип, є спосіб визначення включає вимірювання тиску газу на вході й виході витрати газу, що транспортується, відповідно до пристрою вимірювання. Однак цей метод недостаякого один з газопроводів відокремлюють від іншої тньо точний, тому що він грунтується на викориссистеми газопроводів і наступне компримування танні звужувального пристрою, з яким точність газу цим трубопроводом здійснюють за допомогою вимірювання у великому ступені залежить від осоодного, під'єднаного за допомогою перемичок і бливих умов експлуатації (необхідність мати прякранів, ВЦН. Заміряють тиск і температуру газу на молінійну ділянку трубопроводу певної довжини до вході й виході нагнітача, а також число обертів і після звужувального пристрою). вала нагнітача. Витрату газу визначають при спіВідомий також метод визначення витрати газу льному використанні паспортної залежності "звев умовах компресорної станції як безпосередньо дена відносна внутрішня потужність-зведена об'єза ізодромами, так і непрямо за характеристикою Ni "зведена відносна внутрішня потужність-зведена f (Qпр ) й залежності, що мна витрата" об'ємна витрата". Він базується на вимірюванні H пр параметрів газу на вході й виході нагнітача, частозв'язує параметри газу. що транспортується ти обертання ротора й використання в розрахунку A 2 газодинамічної характеристики "зведена відносна Ni k Z RT1 P n 1 1 ном Qпр , внутрішня потужність-зведена об'ємна витрата", P2 n H пр k 1 6120 що, на думку авторів методу, зменшує похибку визначення витрати у порівнянні з ізодромами з T 7% до 3%. Цей метод заснований на властивості lg 1 T2 відносної стабільності характеристики нагнітача в де A ; координатах "зведена відносна внутрішня потужP lg 1 ність-зведена об'ємна витрата". Аналіз газодинаP2 мічних характеристик нагнітачів різних типів, що Ni перебувають у різному технічному стані, показує, - зведена відносна внутрішня потужщо на відміну від газодинамічних характеристик H пр (ізодром), що істотно змінюються з погіршенням кВт технічного стану, характеристики нагнітача в коорність нагнітача, ; динатах "зведена відносна внутрішня потужністькг / м3 зведена об'ємна витрата" змінюються в значно H - густина газу на вході в нагнітач при умоменшому ступені. Якісне пояснення цього факту вах усмоктування, кг/м3; зводиться до наступного: при погіршенні технічноQпр - об'ємна витрата, зведена до умов зведего стану нагнітача відбувається зниження ступеня них характеристик нагнітача, м3/хв; стиску при заданому числі обертів і політропічного k - показник адіабати газу; коефіцієнта корисної дії. Зниження ступеня стиску Z - коефіцієнт стисливості газу, що транспорпризводить до зменшення споживаної потужності. тується, при умовах усмоктування: а зниження політропічного коефіцієнта корисної дії кгм споживану потужність збільшує. Зустрічний вплив R - газова постійна, ; цих двох факторів й обумовлює відносну стабількг К ність характеристики нагнітача в координатах Р1 і Р2 - відповідно тиск газу на вході й виході "зведена відносна внутрішня потужність-зведена нагнітача, кгс/см2; об'ємна витрата" [3]. T1 і T2 - відповідно температура газу на вході й Даний метод визначення витрати газу в умовиході нагнітача, K; вах компресорної станції як безпосередньо за ізоnном - номінальне число обертів нагнітача, дромами, так і непрямо за характеристикою "звеоб/хв; дена відносна внутрішня потужність-зведена n - фактичне число обертів нагнітача, об/хв [4]. об'ємна витрата", як і спосіб визначення витрати Даний спосіб визначення витрати газу, що компримованого газу в умовах компресорної стантранспортується, за прототипом, як і спосіб визнації, що заявляється, включає вимірювання парачення витрати компримованого газу в умовах комметрів газу на вході, й виході нагнітача, а також пресорної станції, що заявляється, включає вимічастоти обертання ротора. Однак цей метод недорювання тиску й температури газу на вході й статньо точний із таких причин: по-перше, для виході нагнітача, а також вимірювання числа оберрозрахунку витрати газу використовують тільки тів вала нагнітача. Однак цей метод недостатньо одну характеристику, що негативно позначається точний із таких причин: по-перше, для вимірюван 7 76071 8 ня витрати газу використовують тільки одну характання вала нагнітача ni, й густини газу i : теристику (зведена відносна внутрішня потужXi Tвх і, Tвих і, Pвх і, Pвих і, ni, i ність), що негативно позначається на точності вимірювання, по-друге, використовують саме далі розраховують коефіцієнти стисливості, паспортну характеристику, а не фактичну, вважакоефіцієнти ізобаричної стисливості, поправки до ючи при цьому, що дана характеристика стабільтеплоємності на основі модифікованого рівняння на, хоча практика показує, що стабільність даної стану Бенедикта-Вебба-Рабіна, далі з урахуванхарактеристики низька. Також у способі за протоням розрахованих значень коефіцієнтів стисливостипом для вимірювання витрати газу роблять доті й поправок до теплоємності обчислюють знадаткове перемикання цехової арматури, що не чення зведеного ступеня стиску np ( Xi ) й забезпечує безперервного вимірювання витрати в політропного коефіцієнта корисної дії штатній схемі. Крім того даний спосіб застосовупол ( Xi ) ють тільки для випадку, коли по одному газопровідповідно до політропного методу Шульца для воду перекачують обсяг газу, що може компримупоточного вектора вимірювань Xi за формулами: ватися одним відцентровим нагнітачем, і не 1 застосовують у випадку, якщо на один газопровід m V H Qnp i, j mv n Qnp i, j Hn np 1 паралельно .або послідовно працюють кілька відnp Xi Znp Rnp Tвх np центрових нагні-тачів. 1 В основу винаходу поставлена задача в споZ сер i R 1 собі визначення витрати компримованого газу в Xi пол m T Xi умовах компресорної станції шляхом виключення CP сер i Z сер i R Vсер i mT1 X використання як вимірювального засобу звужува2 льного пристрою, а також виключення необхідності nH Hn np Hn Xi , Дж / кг додаткового перемикання цехової арматури, викоni ристання для обчислень характеристик нагнітача в m x кількості більше однієї, причому характеристик Z вх i R Tвх i Pвих i V i фактичних, введення серії періодичних вимірюHn ( X i ) 1 , Дж / кг m V ( Xi ) Pвх i вань і підвищення ступеня універсальності забезпечити підвищення точності й експлуатаційних можливостей. Zвих i Tвих i Pвих i m V ( Xi ) lg / lg Задача, яка поставлена, вирішується за рахуZвх i Tвх i Pвх i нок того, що у способі визначення витрати компримованого газу в умовах компресорної станції, Tвих i Pвих i m T ( Xi ) lg / що містить вимірювання датчиками агрегатної авTвх i Pвх i томатики тиску й температури газу на вході й виході нагнітача, а також вимірювання числа обертів 1204 Rпов , R , кгс м / кг К вала нагнітача й густини газу, згідно з винаходом i , попередньо проводять натурні випробування й де для компримованого газу теоретичні дослідження характеристик відцентроHn - політропний напір, mv, mT - об'ємний і темвого нагнітача для різних видів і величин дефектів пературний показники політропи; проточної частини, за отриманими даними визнаZ - коефіцієнт стисливості, V - коефіцієнт ізочають множини розрахункових характеристик полібаричної стисливості; p тропного коефіцієнта корисної дії пол й зведеноСр- теплоємність газу, - ступінь стиску, а R - газова постійна природного газу; p як функції го ступеня стиску np Rпов - газова постійна повітря, індекси пр, н, сер, вх, вих - відповідно позначають p (D , Q ) , j 1 ND ; , пол j np зведене, номінальне й середнє значення параметра, значення на вході й виході нагнітача, p (D , Q ) , j 1 ND ; далі визначають множину значень зведеної об'єм, np j np ної продуктивності Qnp i, j , i 1 NI , j 1 ND й мно, , де Qnp - зведена об'ємна продуктивність; жину значень узагальненого нормованого дефекту Dj, j 1, ND - величина й вид узагальненого нормованого дефекту Dj, за який приймають зважену суму конкретних видів дефектів проточної частини відцентрового нагнітача, що однозначно визначає відхилення цих характеристик від відповідних паспортних для різних видів і величин дефектів проточної частини нагнітача, потім за допомогою датчиків агрегатної автоматики й електронних обчислювальних пристроїв роблять серію періодичних вимірювань зазначених параметрів для кожного поточного i-го вектора вимірювань Xi, який включає значення температури газу на вході й виході нагнітача Твх і, Твих і, тиску газу на вході й виході нагнітача Pвх і, Рвих і, частоти обер Di, j , i 1, NI , j 1, ND , виходячи з рішення системи рівнянь для всіх видів узагальнених дефектів D j, j 1, ND p (D , Q np i, j np i, j ) p (D , Q пол ( Xi ) пол i, j np i, j ) і вибирають найбільш імовірний узагальнений нормований дефект Dс, що однозначно характеризує положення фактичних характеристик відцентрового нагнітача щодо відповідних паспортних, за обnp ( Xi ) 9 численою множиною значень Di, j , j 1, ND на основі критерію мінімуму величини середньоквадратичного відхилення узагальненого нормованого дефекту від його прогнозованого значення Dr : i, j NI NI (Di, c ( Xi ) Dr )2 (Di, j ( Xi ) Dr )2 i, c i, j i 1 i 1 для j 1 c 1.1 1...ND , далі обчислюють фільт,... роване значення зведеної об'ємної продуктивності Qф , що відповідає обчисленому значенню найnp i більш імовірного виду узагальненого нормованого дефекту Dc: a1 Qф a0 Qф Qnpi, c , м3 / хв np i np (i 1) де а0 й а1 - коефіцієнти фільтра. а потім обчислюють витрату компримованого газу нагнітача за формулою: Qком і 0,00144 Tst Pвх і ф ni Q , млнм 3 / доба Pst Tвх і np i nH де Тst = 293.15K, Рst =1.053кгс/см2 - температура й тиск газу, при яких визначають комерційну продуктивність нагнітача. Технічний результат, якого можна досягти при використанні винаходу, виражений у тому, що забезпечується підвищення точності й експлуатаційних можливостей способу. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічним результатом просліджується в тому, що нові ознаки, згідно з якими попередньо проводять натурні випробування й теоретичні дослідження характеристик відцентрового нагнітача для різних видів і величин дефектів проточної частини, за отриманими даними визначають множини розрахункових характеристик поліp тропного коефіцієнта корисної дії пол й зведеного ступеня стиску p як функції np p (D , Q ) , j 1 ND , пол j np p (D , Q ) , j 1 ND , np j np де Qnp - зведена об'ємна продуктивність; Di, j , j 1, ND - величина й вид узагальненого нормованого дефекту Dj, за який приймають зважену суму конкретних видів дефектів проточної частини відцентрового нагнітача, що однозначно визначає відхилення цих характеристик від відповідних паспортних для різних видів і величин дефектів проточної частини нагнітача, потім за допомогою датчиків агрегатної автоматики й електронних обчислювальних пристроїв роблять серію періодичних вимірювань зазначених параметрів для кожного поточного і-го вектора вимірювань Xi який включає значення температури газу на вході й виході нагнітача Твх і, Твих і, тиску газу на вході й виході нагнітача Рвх і, Рвих і, частоти обертання вала нагнітача ni й густини газу i : 76071 10 Xi Tвх і, Tвих і, Pвх і, Pвих і, ni, i , далі розраховують коефіцієнти стисливості, коефіцієнти ізобаричної стисливості, поправки до теплоємності на основі модифікованого рівняння стану Бенедикта-Вебба-Рабіна, далі з урахуванням розрахованих значень коефіцієнтів стисливості й поправок до теплоємності обчислюють значення зведеного ступеня стиску np Xi й політропного коефіцієнта корисної дії пол Xi відповідно до політропного методу Шульца для поточного вектора вимірювань Xi за формулами: 1 mv n Qnp i, j Hn np mV H Qnp i, j 1 np Xi Znp Rnp Tвх np пол Xi Hn np CP сер i Z вх Z сер i R nH ni Hn Xi Hn ( X i ) i lg m T ( Xi ) lg Pвих i Zвх i Tвх i 1204 Rпов , / mV xi 1 , Дж / кг Pвх i Zвих i Tвих i Tвх i X 1 m T Xi , Дж / кг R Tвх i Tвих i Vсер i mT1 2 m V ( Xi ) m V ( Xi ) R 1 Z сер i R / lg Pвих i Pвх i Pвих i Pвх i , кгс м / кг К i , де для компримованого газу Нn - політропний напір, mv, mр– об'ємний і температурний показники політропи; Z - коефіцієнт стисливості, V - коефіцієнт ізобаричної стисливості; Ср- теплоємність газу, - ступінь стиску, а R - газова постійна природного газу; Rпов - газова постійна повітря, індекси пр, н, сер, вх, вих - відповідно позначають зведене, номінальне й середнє значення параметра, значення на вході й виході нагнітача, далі визначають множину значень зведеної об'ємної продуктивності Qnp i, j , i 1 NI , j 1 ND та , , множину значень узагальненого нормованого дефекту Di, j , i 1, NI , j 1, ND , виходячи з рішення системи рівнянь для всіх видів узагальнених дефектів D j, j 1, ND p (D , Q np i, j np i, j ) p (D , Q пол ( Xi ) пол i, j np i, j ) і вибирають найбільш імовірний узагальнений нормований дефект Dc, що однозначно характеризує положення фактичних характеристик відцентрового нагнітача щодо відповідних паспортних, за обnp ( Xi ) численою множиною значень Di, j , j 1, ND на ос 11 76071 12 нові критерію мінімуму величини середньоквадраяк функції зведеної об'ємної продуктивності та тичного відхилення узагальненого нормованого величини і виду узагальненого нормованого дефекту. Згідно з формулою винаходу ''попередньо r : дефекту від його прогнозованого значення D проводять натурні випробування й теоретичні доi, j слідження характеристик відцентрового нагнітача NI NI для різних видів і величин дефектів проточної час(Di, c ( Xi ) Dr )2 (Di, j ( Xi ) Dr )2 i, c i, j тини, за отриманими даними визначають множини i 1 i 1 розрахункових характеристик політропного коефідля j 1 c 1.1 1...ND , ,... p цієнта корисної дії пол й зведеного ступеня стидалі обчислюють фільтроване значення зведеної об'ємної продуктивності Qф , що відповідає обску p як функції np i np численому значенню найбільш імовірного виду узагальненого нормованого дефекту Dc: a1 Qф a0 Qф Qnpi, c , м3 / хв , np i np (i 1) де a0 й а1 - коефіцієнти фільтра, а потім обчислюють витрату компримованого газу нагнітача за формулою: T Pвх і ф ni Qком і 0,00144 st Q , млнм 3 / доба Pst Tвх і np i nH де Tst=293.15К, Рst =1.053кгс/см2 - температура й тиск газу, при яких визначають комерційну продуктивність нагнітача, які уведені в спосіб визначення витрати компримованого газу в умовах компресорної станції, при взаємодії з відомими ознаками, а саме вимірюванням датчиками агрегатної автоматики тиску й температури газу на вході й виході нагнітача, а також вимірюванням числа обертів вала нагнітача й густини газу забезпечують прояв нових технічних властивостей, таких як не використання як вимірювальної о засобу звужувального пристрою, а також виключення необхідності додаткового перемикання цехової арматури, використання для обчислень характеристик нагнітача в кількості більше однієї, причому характеристик фактичних, наявність серії періодичних вимірювань і підвищення ступеня універсальності. Це дозволяє отримати очікуваний технічний результат, а саме: підвищення точності й експлуатаційних можливостей способу. При цьому підвищення точності розрахунку витрати компримованого газу відцентрового нагнітача газоперекачувального агрегату у запропонованому способі забезпечується за рахунок наступних ознак винаходу. 1. Змінюється склад використовуваних параметрів відцентрового нагнітача за якими розраховуються витрати компримованого газу. Згідно з формулою винаходу кожний поточний i-й вектор вимірювання Xi включає "значення температури газу на вході й виході нагнітача Tвх і,. Твих і, тиску газу на вході й виході нагнітача Рвх і, Рвих і частоти обертання вала нагнітача ni й щільності газу рi: Xi Tвх і, Tвих і, Pвх і, Pвих і, ni, i ”. Інформація на виході звужуючого пристрою відцентрового нагнітача не використовується. Тому не потрібно виконання низки умов експлуатації, в тому числі необхідних прямолінійних ділянок газопроводів до і після звужуючого пристрою. 2. Використання множин розрахункових характеристик двох видів: політропного коефіцієнта коp рисної дії пол та зведеного ступеня стиску p np p (D , Q ) , j 1 ND , пол j np p (D , Q ) , j 1 ND , np j np де Qпр - об'ємна зведена продуктивність; D j, j 1, ND - величина й вид узагальненого нормованого дефекту Dj". Це сприяє тому, що не потрібно формувати припущення про використання паспортних газодинамічних характеристик нагнітача та їх стабільності в процесі експлуатації при розрахунку витрат, а замість припущень використовуються розрахункові характеристики, які отримані прч проведенні натурних випробовувань і теоретичних досліджень. 3. Одночасне використання двох видів розрахункових характеристик: політропного коефіцієнта p корисної дії пол та зведеного ступеня стиску p для знаходження за поточним вектором. виnp мірювань зведеної об'ємної продуктивності та узагальненого нормованого дефекту, який однозначно характеризує положення фактичних характеристик нагнітача відносно паспортних. Згідно з формулою винаходу "визначають сукупність значень зведеної об'ємної продуктивності Qnp i, j , i 1 NI , j 1 ND й сукупність значень уза, , гальненого нормованого дефекту Di, j , i 1, NI , j 1, ND , виходячи з рішення системи рівнянь для всіх видів узагальнених дефектів D j, j 1, ND " на основі розрахункових характерристик p np ( Xi ) np (Di, j, Qnp i, j ) “ ”. p (D , Q пол ( Xi ) i, j np i, j ) пол Знаходження витрати компримованого газу тільки за однією довільною газодинамічною характеристикою виключає можливість оцінювання положення тієї чи іншої форми фактичних характеристик нагнітача, а отже, не дозволяє урахувати розвиток дефекту проточної частини нагнітача за час його експлуатації. 4. Знаходження найбільш імовірного виду узагальненого нормованого дефекту проточної частини за серією періодичних вимірювань параметрів нагнітача і наступного розрахунку витрат компримованого газу для цього виду дефекту. Згідно з формулою винаходу "вибирають найбільш імовірний узагальнений нормований дефект Dc, 13 76071 14 що однозначно характеризує положення фактичнайбільш імовірного виду узагальненого нормованих характеристик відцентрового нагнітача щодо ного дефекту Dc 5, блок фільтрації й обчислення відповідних паспортних, за обчисленою сукупністю витрат компримованого газу 6, блок розрахунку коефіцієнтів стисливості і поправок до теплоємнозначень Di, j , j 1, ND на основі критерію мінімуму сті 7. блок візуалізації й архівування 8. величини середньоквадратичного відхилення узаМодуль визначення розрахункових характеригальненого нормованого дефекту від його прогностик ВЦН 1 призначений для визначення розрахункових зведеної характеристики ступеня стиску та зованого значення Dr : i, j політропного ККД функції від зведеної об'ємної продуктивності та величин і видів узагальнених NI NI нормованих дефектів. (Di, c ( Xi ) Dr )2 (Di, j ( Xi ) Dr )2 i, c i, j Датчики агрегатної автоматики ВЦН 2 забезi 1 i 1 печують періодичні вимірювання значення темпедля j 1 c 1.1 1...ND . У випадку одиничного ,... ратури газу на вході й виході нагнітача Твх і, Твих і, вимірювання параметрів нагнітача, як передбачатиску газу на вході й виході нагнітача Рвх і, Pвих і, ється у прототипі, знайти найбільш імовірний вид частоти обертання вала нагнітача ni, й густини дефекту і потім розрахувати витрати компримовагазу i . ного газу неможливо. До того ж розрахунок витрат Блок оброблення вхідної інформації та форза одиничним виміром параметрів нагнітача також мування вектора вимірювань Xi 3 призначений для не дозволяє виконати фільтрацію значень витрати зчитування, аналізу достовірності, відновлення і тим самим підвищити точність розрахунку. У занедостовірної, фільтрації інформації датчиків агрепропонованому способі використовується фільтгатної автоматики та для формування вектора рація. Згідно з формулою винаходу "обчислюють фільтроване значення зведеної об'ємної продуквимірювань Xi Xi Tвх і, Tвих і, Pвх і, Pвих і, ni, i . ф , що відповідає обчисленому знативності Q Блок визначення поточних значень Q пр i,j, Di,j 4 np i призначений для розрахунку зведеного ступеня ченню найбільш імовірного виду узагальненого стиску np Xi й політропного коефіцієнта кориснормованого дефекту Dc: a1 Qф np i a0 Qф np (i 1) Qnpi, c , м3 / хв , де a0 й a1 - коефіцієнти фільтра". Дана фільтрація зменшує частину інструментальної похибки розрахунку витрат, яка зумовлюється випадковими складовими похибок каналів вимірювання параметрів нагнітача. Підвищення експлуатаційних можливостей забезпечується за рахунок наступної ознаки винаходу. Використання у розрахунку витрати компримованого газу відцентрового нагнітача вимірюваних параметрів типового складу, які вимірюються періодично. Згідно з формулою винаходу "за допомогою датчиків агрегатної автоматики й електронних обчислювальних пристроїв роблять серію періодичних вимірювань зазначених параметрів для кожного поточного i-го вектора вимірювань Хi". Додаткова інформація про вимірювання параметрів інших відцентрових нагнітачів або інформація датчиків цехової автоматики при цьому не використовується. Тому запропонований спосіб забезпечує неперервний розрахунок витрати компримованого газу відцентрового нагнітача без перемикання цехової арматури для довільної схеми підключення нагнітачів компресорного цеху (паралельна, послідовна, паралельна-послідовна). На кресленнях наведені: Фіг.1 - система, яка реалізує запропонований спосіб (приклад); Фіг.2 - схема послідовності дій запропонованого способу. Система, що реалізує пропонований спосіб, містить модуль визначення розрахункових характеристик ВЦН ,1, датчики агрегатної автоматики ВЦН 2, блок оброблення вхідної інформації та формування вектора вимірювань Xi 3, блок визначення поточних значень Q пр i,j, Di,j 4, блок визначення ної дії пол Xi за поточним вектором вимірювання Xі, знаходження поточних значень Q пр i,j, Di,j на основі розрахункових характеристик за знайденими значеннями np Xi і пол Xi шляхом розв'язання системи рівнянь і формування множини значень зведеної об'ємної продуктивності Qnp i, j , i 1 NI , j 1 ND та множини значень уза, , гальненого нормованого дефекту Di, j , i 1, NI , j 1, ND . Блок визначення найбільш імовірного виду узагальненого нормованого дефекту Dc 5 призначений для вибору найбільш імовірного узагальненого нормованого дефекту Dc, за обчисленою множиною значень Di, j , j 1, ND на основі критерію мінімуму величини середньоквадратичного відхилення узагальненогонормованого дефекту від його прогнозованого значення Dr . i, j Блок фільтрації й обчислення витрат компримованого газу 6 призначений для розрахунку фільтрованого значення зведеної об'ємної продуктивності Qф , що відповідає обчисленому значенню np i найбільш імовірного виду узагальненого нормованого дефекту Dс та обчислювання витрат компримованого газу в умовах, при яких визначають комерційну продуктивність нагнітача. Блок розрахунку коефіцієнтів стисливості і поправок до теплоємності 7 призначений для розрахунку коефіцієнтів стисливості, коефіцієнтів ізобаричної стисливості, поправок до теплоємності на основі модифікованого рівняння стану БенедиктаВебба-Рабіна. Блок візуалізації й архівування 8 призначений 15 76071 16 для візуалізації та архівування поточної вхідної 2 nH інформації і результатів розрахунку витрат компHn np Hn Xi , Дж / кг ni римованого газу. У відповідності до схеми послідовності дій m x Z вх i R Tвх i Pвих i V i (Фіг.2) запропонований спосіб працює наступним Hn ( X i ) 1 , Дж / кг чином. m V ( Xi ) Pвх i Дії по знаходженню витрат компримованого газу в умовах компресорної станції розділяються Zвих i Tвих i Pвих i на дії. які виконуються одноразово та періодичні mV ( Xi ) lg / lg Zвх i Tвх i Pвх i дії. Одноразово, на основі натурних випробувань Tвих i Pвих i та теоретичних досліджень характеристик відценmT ( Xi ) lg / трового нагнітача для різних видів і величин дефеTвх i Pвх i ктів проточної частини, за отриманими даними в 1204 Rпов , блоці 1, визначають множини розрахункових хараR , кгс м / кг К ктеристик політропного коефіцієнта корисної дії i p p Далі для кожного виду узагальненого нормопол й зведеного ступеня стиску np як функції ваного дефекту Dj виконуються наступні дії. p (D , Q ) , j 1 ND ; Розраховується значення об'ємної зведеної , пол j np S продуктивності Qnp для обчислення об'ємного p (D , Q ) , j 1 ND , , np j np номінального показника політропи mV (Qnp ) як H де Qnр - зведена об'ємна продуктивність; середнє значення мінімального Qnp min тa максимального значень Qnp max зведеної об'ємної продуктиDi, j , j 1, ND - величина й вид узагальненого вності. Шляхом лінійної інтерполяції розраховуєтьнормованого дефекту Dj, за який приймають звася об'ємний номінальний показник політропи жену суму конкретних видів дефектів проточної S mVH (Qnp ) для Qnp Qnp . частини відцентрового нагнітача, що однозначно визначає відхилення цих характеристик від відпоУ блоці визначення поточних значень Qnpi, j Di,j відних паспортних для різних видів і величин де4 розраховують значення зведеного ступеня стисфектів проточної частини нагнітача (зазор в ущіку np Xi та політропного коефіцієнта корисної дії льненні покриваючого диску, підріз лопаток робочого колеса і лопаткового дифузора та ін.). пол Xi відповідно до політропного методу ШуТакож знаходять об'ємний номінальний показльца для поточного вектора вимірювань Хi за фоник політропи функції від об'ємної зведеної продурмулами: ктивності mV (Qnp ) . H 1 Періодично виконують наступні дії. mv n Qnp i, j Hn np mV H Qnp i, j ; 1 За допомогою блоку оброблення вхідної інфоnp Xi Znp Rnp Tвх np рмації та формування вектора вимірювань Xi, 3 періодично зчитується інформація, аналізується її 1 Zсер i R достовірність, відновлюється недостовірна та фі1 пол Xi 1X льтрується з наступних датчиків агрегатної автоmT Xi CP сер i Zсер i R Vсер i m T матики: температури газу на вході й виході нагнітача Твх і, Твих і, тиску газу на вході й виході Далі знаходять Di,j, Qnp i, j, з рішення наступної нагнітача Рвх і, Рвых і- частоти обертання вала нагнісистеми рівнянь: тача ni й густини газу i . Формується вектор виміp рювань Хi Xi Tвх і, Tвих і, Pвх і, Pвих і, ni, i . np ( Xi ) np (Di, j, Qnp i, j ) . p (D , Q Далі у блоці розрахунку коефіцієнтів стисливо( Xi ) ) пол пол i, j np i, j сті і поправок до теплоємності 7 розраховують За умови коли абсолютна величина різниці між коефіцієнти стисливості на вході та виході нагнітача Zвх і, Zвих і, середній коефіцієнт стисливості Zсер і S Qnp та Qnp i, j більше заданої константи Qc значенсередній коефіцієнт ізобаричної стисливості Vсер, S середнє значення теплоємності газу Cp на осню Qnp надається значення Qnp i, j та повторюютьсер і нові модифікованого рівняння стану Бенедиктася дії, починаючи з розрахунку об'ємного номінаВебба-Рабіна. З урахуванням розрахованих знального показника політропи. В іншому випадку чень коефіцієнтів стисливості та теплоємності обвизначають множину значень зведеної об'ємної числюють політропний напір Hn np та об'ємний і продуктивності Qnp i, j , i 1 NI , j 1 ND й множину , , температурний показники політропи m V ( Xi ) , значень узагальненого нормованого дефекту mT ( Xi ) Di, j , i 1, NI , j 1, ND . Вище вказані дії повторюють для всіх видів 17 76071 18 тивність нагнітача. узагальненого нормованого дефекту D j, j 1, ND Поточна вхідна інформація і результати розрахунку витрат компримованого газу візуалізуютьта для кожного вимірювання з серії i 1, NI . ся та архівуються за допомогою блока 8. Далі у блоці визначення найбільш імовірного Проведені випробовування оновленої бази виду узагальненого нормованого дефекту Dc 5 даних атласу фактичних характеристик відцентровибирають найбільш імовірний узагальнений норвих нагнітачів на компресорних станціях управлінмований дефект Dc, що однозначно характеризує ня магістральних газопроводів "Черкаситрансгаз" з положення фактичних характеристик відцентрово23 по 26 листопада 2004 року, створеної на основі го нагнітача щодо відповідних паспортних, за обданого способу показали, що середнє відхилення численою множиною значень Di, j , j 1, ND за обчисленої витрати компримованого газу від виміряної для різних КС склало від 1.2% до 4.1%. останні NI вимірювань на основі критерію мінімуму Як показав досвід експлуатації відцентрових величини середньоквадратичного відхилення узанагнітачів, у випадку розрахунку витрат компримогальненого нормованого дефекту від його прогнованого газу за тиском газу на вході та виході звузованого значення Dr : жуючого пристрою, похибка розрахунку витрат i, j перевищувала 10%. NI NI Джерела інформації: r )2 r )2 (Di, c ( Xi ) D (Di, j ( Xi ) D i, c i, j 1. Реализация работ по энергосбережению в i 1 i 1 ОАО "Газпром" И.Ш. Сайфуллин, Е.В. Дедиков, для j 1 c 1.1 1...ND . ,... В.Г. Шептуцолов (ОАО "Газпром"), Г.А. Хворов, Далі у блоці фільтрації й обчислення витрат Д.А. Крылов (ВНИИГАЗ) Газовая промышленность компримованого газу 6 обчислюють фільтроване №4, 2005г. стр.84-86 ф , 2. ГОСТ 8.563.1-97 Измерение расхода и козначення зведеної об'ємної продуктивності Q np i личества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 що відповідає обчисленому значенню найбільш и трубы Вентури, установленные в заполненных імовірного виду узагальненого нормованого дефетрубопроводах круглого сечения. Технические кту Dc: условия. Межгосударственный совет по стандарa1 Qф a0 Qф Qnpi, c , м3 / хв , тизации, метрологии и сертификации, Минск np i np (i 1) 3. Десятая юбилейная международная деловая встреча "Диагностика-2000". Кипр, апрель a1 Qф a0 Qф Qnpi, c , м3 / хв , np i np (i 1) 2000г. Том 1. Пленарные доклады. Надежность де a0 й a1 - коефіцієнти фільтра, а потім обчислюработы КС, ГРС, оборудования промыслов. Диагють витрату компримованого газу нагнітача за ностика энергомеханического оборудования. Мосформулою: ква, 2000. 4. Авторське свідоцтво СРСР № 1215008, кл. Tst Pвх і ф ni 3 / доба Qком і 0,00144 Q , млнм G01F1/34, 1986, БИ № 8 (прототип). Pst Tвх і np i nH де Tst=293.15К, Pst=1.053кгс/см2 - температура й тиск газу, при яких визначають комерційну продук 19 76071 20 21 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 76071 Підписне 22 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for determining flow rate of compressed air in operation of a compressor unit
Автори англійськоюBekker Mykhailo Viktorovych, Izmalkov Borys Ivanovych, Ilchenko Borys Samuilovych, Kolodiazhnyi Valerii Vasyliovych, Kucheruk Mykola Vasyliovych, Nalisnyi Mykola Borysovych, Pryschepo Oleksandr Oleksiiovych, Shurunova Natalia Shyoivna
Назва патенту російськоюСпособ определения расхода сжатого газа при работе компрессорной станции
Автори російськоюБеккер Михаил Викторович, Измалков Борис Иванович, Ильченко Борис Самуилович, Колодяжный Валерий Васильевич, Кучерук Николай Васильевич, Налисный Николай Борисович, Прищепо Александр Алексеевич, Шурунова Наталья Шиоивна
МПК / Мітки
МПК: G01F 1/34
Мітки: спосіб, умовах, визначення, витрати, станції, компримованого, газу, компресорної
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/11-76071-sposib-viznachennya-vitrati-komprimovanogo-gazu-v-umovakh-kompresorno-stanci.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб визначення витрати компримованого газу в умовах компресорної станції</a>
Попередній патент: Спосіб розміщення і кріплення штабеля вантажу на транспортному засобі
Наступний патент: Електрохімічна комірка для визначення вмісту діоксиду вуглецю в повітрі
Випадковий патент: Спосіб управління процесом виробництва конвертерної сталі