Пристрій для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху

Пристрій для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху, що містить датчики тиску і температури, що установлені на вхідному C2 ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ 3 визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху, що заявляється, містить вимірювачі диференціального тиску, а також вимірювачі тиску і температури речовини біля пристрою звуження. Однак відсутність блоку керування, датчика вихідного тиску КЦ і регулятора вихідного тиску КЦ, а також низька точність визначення продуктивності кожного агрегату, обумовлена неможливістю забезпечити перед стандартним пристроєм звуження прямолінійність ділянки трубопроводу заданої довжини, знижують ефективність диспетчерського керування режимом газотранспортної системи. Відомий пристрій для визначення продуктивності газоперекачувальних агрегатів [2], що містить вхідний патрубок, який з'єднується з вхідним отвором ГПА за допомогою перехідного пристрою (конфузора). Даний пристрій для визначення продуктивності газоперекачувальних агрегатів, як і пристрій для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху, що заявляється, містить конфузор, вимірювачі диференціального тиску, а також вимірювачі тиску і температури речовини біля конфузору. Однак відсутність блоку керування, датчика вихідного тиску КЦ і регулятора вихідного тиску КЦ, а також низька точність визначення продуктивності кожного агрегату, яка обумовлена неможливістю забезпечити перед стандартним пристроєм звуження прямолінійності ділянки трубопроводу заданої довжини, знижують ефективність диспетчерського керування режимом газотранспортної системи. Найбільш близьким за технічною сутністю до пристрою, що заявляється, є пристрій для визначення продуктивності паралельно включених перекачувальних агрегатів [3], що містить датчики тиску і температури, що установлені на вхідному трубопроводі, датчики диференціального тиску, що установлені на конфузорах, зразковий вимірювач витрати, що установлений на напірному трубопроводі, а також лінії зв'язку і блок керування, причому вхідні патрубки газоперекачувальних агрегатів підключені через конфузори до вхідного трубопроводу, вихідні патрубки газоперекачувальних агрегатів підключені через колектор до напірного трубопроводу, а виходи датчиків тиску, диференціального тиску, температури і зразкового вимірювача витрати підключені до входів блоку керування. Даний пристрій визначення продуктивності паралельно включених перекачувальних агрегатів, як і пристрій для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху, що заявляється, містить датчики тиску і температури, що установлені на вхідному трубопроводі, датчики диференціального тиску, що установлені на конфузорах, зразковий вимірювач витрати, що установлений на напірному трубопроводі, а також лінії зв'язку і блок керування, причому, вхідні 68068 4 патрубки газоперекачувальних агрегатів підключені через конфузори до вхідного трубопроводу, вихідні патрубки газоперекачувальних агрегатів підключені через колектор до напірного трубопроводу, а виходи датчиків тиску, диференціального тиску, температури і зразкового вимірювача витрати підключені до входів блоку керування. Однак через відсутність датчика вихідного тиску КЦ і регулятора вихідного тиску КЦ, а також через те, що під час тестування (тарування) конфузорів виникає дестабілізація параметрів режиму (витрата, тиск) напірного і вхідного трубопроводів, викликана дискретним (поштовховим) підключенням агрегатів до вхідного трубопроводу та відключенням від нього, знижується ефективність диспетчерського керування режимом газотранспортної системи. Крім того, після закінчення перехідного процесу, викликаного підключенням та відключенням агрегатів, значення параметрів режиму напірного і вхідного трубопроводів будуть істотно відрізнятися від вихідних, що додатково знижує ефективність диспетчерського керування режимом газотранспортної системи. Ця відмінність обумовлена значним розкидом параметрів технічного стану газоперекачувальних агрегатів [4, с.158]. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача підвищення ефективності диспетчерського керування режимом газотранспортної системи шляхом удосконалення пристрою для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху за рахунок додаткового введення в нього датчика вихідного тиску компресорного цеху і регулятора вихідного тиску компресорного цеху. Задача, яка поставлена, вирішується тим, що у відомий пристрій для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху, що містить датчики тиску і температури, що установлені на вхідному трубопроводі, датчики диференціального тиску, що установлені на конфузорах. зразковий вимірювач витрати, що установлений на напірному трубопроводі, а також лінії зв'язку і блок керування, причому, вхідні патрубки газоперекачувальних агрегатів підключені через конфузори до вхідного трубопроводу, вихідні патрубки газоперекачувальних агрегатів підключені через колектор до напірного трубопроводу, а виходи датчиків тиску, диференціального тиску, температури і зразкового вимірювача витрати підключені до входів блоку керування, відповідно до винаходу, додатково введений датчик вихідного тиску компресорного цеху, що установлений на напірному трубопроводі, і регулятор вихідного тиску компресорного цеху, причому вихід датчика тиску з'єднаний із входом регулятора, а зв'язок між регулятором, блоком керування і системами автоматичного керування газоперекачувальними агрегатами здійснюється через цифрову шину. 5 Технічний результат, якого можна досягти при використанні винаходу. виражений у забезпеченні можливості тарування конфузорів агрегатів без порушення параметрів режиму (витрата, тиск) напірного і вхідного трубопроводів, що приводить до підвищення ефективності диспетчерського керування режимом газотранспортної системи. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічним результатом просліджується у тому, що нові ознаки - наявність датчика вихідного тиску компресорного цеху, що установлений на напірному трубопроводі, і регулятора вихідного тиску компресорного цеху, із з'єднанням виходу датчика тиску з входом регулятора, і зв'язком між регулятором, блоком керування і системами автоматичного керування газоперекачувальними агрегатами через цифрову шину, при взаємодії з відомими ознаками, а саме, наявністю датчиків тиску і температури, що установлені на вхідному трубопроводі, датчиків диференціального тиску, що установлені на конфузорах, зразкового вимірювача витрати, що установлений на напірному трубопроводі, а також ліній зв'язку і блоку керування, із з'єднаннями, що забезпечують підключення вхідних патрубків газоперекачувальних агрегатів через конфузори до вхідного трубопроводу, вихідних патрубків газоперекачувальних агрегатів через колектор до напірного трубопроводу, а виходів датчиків тиску, диференціального тиску, температури і зразкового вимірювача витрати до входів блоку керування забезпечують можливість тарування конфузорів агрегатів без порушення параметрів режиму (витрата, тиск) напірного і вхідного трубопроводів, що приводить до підвищення ефективності диспетчерського керування режимом газотранспортної системи. На кресленні наведена структурна схема пристрою для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху, (див.фіг.). Пристрій містить вхідний трубопровід 1, вхідні патрубки 2, конфузори 3, газоперекачувальні агрегати 4, вихідні патрубки 5, колектор 6, напірний трубопровід 7, датчик тиску 8, датчик диференціального тиску 9, датчик температури 10, системи автоматичного керування газоперекачувальними агрегатами (САК ГПА) 11, зразковий вимірювач витрати 12, блок керування 13, датчик вихідного тиску компресорного цеху 14, регулятор вихідного тиску компресорного цеху 15 і цифрову інформаційну шину 16. При цьому входи блоку керування 13 підключені до виходу датчика тиску 8, виходів датчиків диференціального тиску 9, виходу датчика температури 10 і до виходу зразкового вимірювача витрати 12; вихід датчика вихідного тиску компресорного цеху 14 підключений до вимірювального входу регулятора вихідного тиску компресорного цеху 15, а системи автоматичного керування газоперекачувальними агрегатами 11, блок керування 13 і регулятор вихідного тиску компресорного цеху 15 з'єднані через цифрову інформаційну шину 16. 68068 6 Пристрій для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху працює таким чином. Спочатку виконується тарування конфузорів 3. Для пояснення даної дії розглянемо процес тарування конфузорів агрегатів на прикладі КЦ, що містить, припустимо, 6 агрегатів, причому ГПА 4-1, ГПА 4-2 і ГПА 4-3 підключені до вихідного колектора 6 (працюють у режимі «траса»), а агрегати 4-4, 4-5 і 4-6 відключені від колектора 6 (працюють у режимі «кільце»). Тарування виконується при стабільному (стаціонарному) режимі системи «компресорний цех магістральний газопровід». Контроль стаціонарності здійснюється блоком керування 13 шляхом оцінки незмінності результатів поточних вимірювань вимірювача витрати 12 і датчика вхідного тиску 8. Процес тарування не змінює режим компресорного цеху, але порушення стабільного стану системи «компресорний цех магістральний газопровід» може бути викликано зміною параметрів магістрального газопроводу за рахунок зміни витратно-напірної характеристики вхідного трубопроводу 1 або напірного трубопроводу 7. Незмінність вихідного тиску КЦ під час тарування забезпечується роботою регулятора вихідного тиску 15, що виконує порівняння результатів вимірювання тиску, отриманих датчиком 14, із заданим значенням по вихідному тиску і змінює частоти обертання агрегатів як функції різниці цих величин [5]. Сигнали керування частот обертання, сформовані регулятором 15. передаються через шину 16 у системи автоматичного керування 11, якщо системи керування 11 знаходяться під керуванням регулятора 15. Якщо ж системи автоматичного керування 11 знаходяться під керуванням блоку керування 13, то сигнали керування частот обертання агрегатів виробляє блок керування 13, що передає їх у системи керування 11 через шину 16. На першому етапі виконують відносне тарування конфузорів агрегатів відносно одного, обраного як тимчасовий «еталон». Нехай таким «еталоном» буде агрегат 4-1. Ціль відносного тарування забезпечення ідентичності характеристик точності конфузорів всіх агрегатів відносно характеристик «еталона». Викладемо послідовність дій на першому етапі тарування по пунктах. 1 Відносне тарування. 1.1 Розділимо припустимий діапазон зміни витрати через кожен конфузор q min до q max на леяке число піддіапазонів. Установимо системи керування 11 ГПА 4-1, ГПА4-2 і ГПА4-3 під керування регулятора 15. Потім змінимо за допомогою регулятора 15 витрату через конфузор 3 ГПА 4-1 таким чином, що б він відповідав першому піддіапазону при збереженні тиску і витрати на напірному 7 і вхідному трубопроводах. Значення витрати через ГПА визначають за формулою [3]: 7 qi, j = C DPi, j P TZr н 68068 (1) де C - коефіцієнт конфузора, обумовлений його конструктивними даними (дані підприємства виготовлювача); Z - коефіцієнт стисливості газу: r н - щільність газу у нормальних умовах; P, T - тиск і температура газу на вхідному трубопроводі 1: DPi, j - диференціальний тиск на конфузорі; i, j - номер агрегату і номер піддіапазону. Зареєструємо у блоці керування 13 значення n витрати q11 і частот обертання ГПА 4-2 2,1 і ГПА n 4-3 3,1 . 1.2 За допомогою регулятора 15 переведемо ГПА4-1 у режим «кільце» (відключимо від колектора 6). а ГПА4-4 переведемо в режим «траса» (підключимо до колектора 6). Після закінчення процедури заміни ГПА4-1 на ГПА4-4, переведемо інші агрегати, що працюють у режимі «траса» (у даному випадку це ГПА4-2 і ГПА4-3), під керування від блоку керування 13, при цьому ГПА4-4 залишається під керуванням регулятора 15. Потім за допомогою блоку керування 13 досить повільно змінимо частоти n n обертання ГПА4-2 і ГПА4-3 до значень 2,1 і 3,1 , зареєстрованих у п.1.1. Оскільки під керуванням регулятора 15 тепер знаходиться тільки ГПА4-4, то зміна його частоти обертання за сигналами керування від регулятора 15 після закінчення перехідного процесу забезпечить через конфузор ГПА4-4 значення витрати, яке дорівнює витраті q11 «еталонного» ГПА4-1, отриманій у п.1.1. Це випливає з відновлення колишніх значень частот обертань ГПА4-2 і ГПА4-3 і незмінності значень вхідного тиску КЦ, вихідного тиску КЦ і витрати через напірний трубопровід 7. Обчислимо за формулою (1) витрату через ГПА4-4 для першого піддіапазону: q4,1 = C DP4,1P TZr н Здійснимо тарування результату вимірювання ГПА4-4 за даними ГПА4-1 з умови ~ =q k =q q 4,1 4,1 4,1 1,1 k де 4,1 - тарувальний коефіцієнт ГПА 4-4 для першого піддіапазону. k 4,1 = ~ q 4,1 DP4,1 DP1,1 - значення витрати ГПА4-4 після тарування для першого піддіапазону. 1.3 Переведемо ГПА4-5 у режим «траса», а ГПА4-4 - у режим «кільце» і, виконавши дії аналогічні п.1.2, одержимо ~ q 5,1 = q 5,1k 5,1 = q1,1 8 k де 5,1 - тарувальний коефіцієнт ГПА 4-5 для першого піддіапазону, k 5,1 = DP5,1 DP1,1 ~ q 5,1 - значення витрати ГПА4-5 після тарування для першого піддіапазону. 1.4 Переведемо аналогічно п.1.3 ГПА4-6 у режим «траса», а ГПА4-5 - у режим «кільце», одержимо: ~ q 6,2 = q 6,1k 6,1 = q 1,1 k де 6,1 - тарувальний коефіцієнт ГПА4-6 для першого піддіапазону, k 6,1 = DP6,1 DP1,1 ~ q 6,1 - значення витрати ГПА4-6 після тарування для першого піддіапазону. 1.5 Для виконання відносного тарування ГПА42 і ГПА4-3 повторимо операції п.1.1-1.2, попередньо відключивши їх від колектора 6 і підключивши до колектора 6 ГПА4-1 і ГПА4-4. У результаті одержимо: ~ q 2,1 = q 2,1k 2,1 = q1,1 k де 2,1 - тарувальний коефіцієнт ГПА4-2 для першого піддіапазону, k 2,1 = DP2,1 DP1,1 ~ q 2,1 - значення витрати ГПА тарування для першого піддіапазону, ~ =q k =q q 3,1 3,1 3,1 1,1 4-2 після k де 3,1 - тарувальний коефіцієнт ГПА4-3 для першого піддіапазону. k 3,1 = ~ q 3,1 DP3,1 DP1,1 - значення витрати ГПА4-3 після тарування для першого піддіапазону. 1.6 Використовуючи методику тарування, викладену в п.1.1-1.5, і послідовно переводячи витрату через конфузор «еталонного» ГПА4-1 у черговий піддиапазон, одержимо для кожного ГПА з номером і набір тарувальних коефіцієнтів k i,1, k i,2 ,........ k i,b , де b - максимальний номер піддіапозону зміни витрати. Витрата і-го агрегату після відносного тарування для точки l-го піддіапазону, у якій виконувалося тарування, дорівнює: ~ =q k q i,,l i,l i,l Замінивши дискретний набір тарувальних коефіцієнтів кожного і-го агрегату неперервною апроксимуючою функцією Fi(qi)=f(ki(qi)), (2) 9 68068 одержимо для будь-яких точок припустимого діапазону зміни витрати і-го агрегату від qmin до qmax витрату i-го агрегату після тарування відносно «еталона» ГПА4-1, а саме ~ = q F (q ) (3) qi i i i На другому етапі проводиться остаточне тарування конфузорів із застосуванням зразкового вимірювача витрати 12. 2 Тарування з застосуванням зразкового вимірювача витрати 12. 2.1 Використовуючи регулятор 15, забезпечимо, при збереженні незмінного вихідного ~ тиску КЦ, рівний розподіл витрат q між агрегатами цеху. Після закінчення перехідного одержимо наступне рівняння: Qå процесу ~ = q1m1 , ~1 де q - результат вимірювання витрати через кожен агрегат у першій точці тарування; n максимально-припустима кількість агрегатів, що працюють у режимі «траса», при якій ~ витрата q не виходить за нижню границю n припустимого діапазону зміни витрати qmin через агрегат; m1 - коефіцієнт тарування для отриманої ~1 витрати q ; Qå - показання зразкового вимірювача витрати 12. 2.2 Повторивши операції п.2.1, попередньо зменшивши число агрегатів на 1. одержимо: Qå n-1 = ~2m 2 q де m2 - коефіцієнт тарування для значення ~2 витрати q . Послідовно виконуючи операції п.2.1 і зменшуючи на 1 число агрегатів, для якого ~2 виконується умова q < qmax , одержимо набір коефіцієнтів тарування m1, m2, ...... mz. 2.3 Замінивши дискретний набір коефіцієнтів неперервною апроксимуючою функцією q M(~) m(m(~ )) і використовуючи вирази (1), (2) і = q (3), остаточно одержимо: q Q i = q i F( q i )M( ~) , де Q i - результат вимірювання витрати і-го агрегату після тарування; q i - результат вимірювання витрати і-го агрегату перед таруванням; Fi(qi) - апроксимуюча функція коефіцієнтів відносного тарування i-го агрегату за тимчасовим «еталоном»; M ~ - апроксимуюча функція коефіцієнтів q () тарування за зразковим вимірювачем витрати 12. 10 () ~ після Параметри функції Fi(qi) і M q закінчення тарування зберігаються в блоці керування 13, і використовуються під час вимірювання продуктивності агрегатів. Таким чином, запропонований пристрій для визначення продуктивності паралельно включених газоперекачувальних агрегатів компресорного цеху дозволяє під час тарування конфузорів не порушувати режим роботи компресорного цеху, що приводить до підвищення ефективності диспетчерського керування режимом газотранспортної системи. Джерела інформації: 1. РД 50-213-80. Правила измерения расхода газа и жидкостей стандартными сужающими устройствами. М.: Изд. Стандартов, 1980. 2. Деточенко А.В., Михеев А.Л., Волков М.М. Спутник газовика. - М.: Недра, 1978. с.236-239. 3. Авторское свидетельство СССР №1758291 Α1, М.Кл. F04D15/00, 1989, БИ №32 4. Волков М.М., Михеев А.Л., Конев Κ.Α. Справочник работника газовой промышленности. М.: Недра, 1989. 5. Гордієнко І.А., Дудко П.Г., Старовойтов В.Г., Сорокін 0.0., Хохряков М.В., Дістрянов С.В. Оптимізація режиму роботи компресорного цеху за допомогою програмно-технічних засобів// Нафтова і газова промисловість. 2002. №6. - С.56