Спосіб побудови області допустимих режимів газоперекачувального агрегату

Спосіб побудови області допустимих режимів газоперекачувального агрегату, що включає поточні виміри за допомогою датчиків контрольованих параметрів газоперекачувального агрегату й автоматичну обробку результатів вимірів, при якій обчислюють неузгодженості контрольованих параметрів від їх гранично допустимих значень, і формують сигнал досягнення межі допустимого режиму по зміні кожного зі знаків неузгодженостей, який відрізняється тим, що результуючу віддаленість робочої точки газоперекачувального агрегату від меж допустимих режимів за всіма контрольованими параметрами визначають кількісно у вигляді максимально допустимих приростів поточної потужності у бік збільшення і у бік зменшення, при цьому періодично обчислюють коефіцієнти чутли вості контрольованих параметрів до зміни потужності газоперекачувального агрегату, за допомогою коефіцієнтів чутливості перераховують поточні значення неузгодженостей контрольованих параметрів в еквівалентні прирости потужності, з яких виділяють мінімально еквівалентний приріст потужності у бік збільшення, яке дорівнює максимально допустимому приросту поточної потужності, і мінімально еквівалентний приріст потужності у бік зменшення, яке дорівнює максимально допустимому зменшенню поточної потужності, а графічний образ області допустимих режимів відображають засобами візуального відображення на площині з координатами ступінь стиску газу , витрата газу Передбачуваний винахід відноситься до автоматизації газової промисловості і, зокрема, до систем автоматичного керування газоперекачувальними агрегатами. Сучасна система автоматичного керування газоперекачувальним агрегатом (САК ГПА) містить ряд функціональних блоків, наприклад, блок керування подачею палива, блок антипомпажного регулювання і т.д. До їхнього числа відноситься і блок, що здійснює моніторинг ГПА, який полягає в зборі поточних значень параметрів стану агрегату, оцінці допустимих значень параметрів (контроль недосягнення параметрами граничних значень) і відображення для оператора-людини результату процесу керування ГПА у вигляді положення робочої точки ГПА відносно границь області допустимих режимів (ОДР). ОДР ГПА будується на площині з координатами ступінь стиску ε, об'ємна витрата нагнітача Q і являє собою замкнуту частину площини, кожній точці якої відповідають припустимі значення тих параметрів ГПА, що однозначно визначаються (19) UA (11) N - максимально допустимий приріст поточної потужності газоперекачувального агрегату у бік зменшення. (13) N - максимально допустимий приріст поточної потужності газоперекачувального агрегату у бік збільшення; 57577 N  N  N  N  N , де N - поточна потужність газоперекачувального агрегату; C2 Q, виділяючи частини зазначеної площини, координати точок якої спільно задовольняють витратно-напірним характеристикам нагнітача газоперекачувального агрегату й умові 3 57577 4 величинами ε і Q. Слід зазначити, що кожній компоправочні коефіцієнти Ці емпіричні залежності і бінації значень ε, Q відповідає єдине значення поправочні коефіцієнти являються результатом потужності ГПА. Це випливає з формули обчисусереднення даних, отриманих раніше для ряду лення потужності ([1], С. 138). ГПА (однотипних з розглянутими) і тому відбиваПриклад побудови ОДР – [2], С.114. ють поточний технічний стан розглянутого ГПА Відзначимо наступні обставини. лише приблизно з незадовільною точністю. Крім ГПА являє собою силову установку, що викотого, паспортні і фактичні характеристики нагнітанує роботу зі стиску газу і його переміщенню в обчів істотно відрізняються через знос. У результаті ласть підвищеного тиску. Основним параметром розглянутий спосіб визначення запасу регулюванГПА, який відбиває його здатність виконувати роня ГПА за потужністю убік збільшення не має неботу, є потужність, що розвивається, і допустимий обхідної точності, не забезпечує однозначну віддіапазон її зміни (запас регулювання за потужнісповідність між приналежністю робочої точки ГПА тю). до ОДР (тобто наявністю запасу регулювання за Інформація про поточні запаси регулювання потужністю) і відсутністю обмежень за параметраГПА за потужністю необхідна для перерозподілу ми, які контролюються. З цих причин такий спосіб навантаження між ГПА, які входять до складу комвизначення віддаленості робочої точки ГПА від пресорного цеху, перерозподілу навантаження між границі ОДР шляхом визначення запасу регулюцехами компресорної станції (КС) і для оперативвання ГПА за потужністю убік збільшення варто ного планування режиму КС, які входять у магіствизнати недостатньо надійним. ральний газопровід. Крім того, розглянутий спосіб не дозволяє виЗ урахуванням цього, функціональний блок значити поточні запаси регулювання за потужністю "ОДР", призначений для оперативного керування убік зменшення, не враховує результати контролю ГПА, повинний забезпечувати в автоматичному всіх параметрів стану ГПА, кількісно зв'язаних з режимі роботи: рівнем його потужності (з урахуванням поточного – кількісне визначення віддаленості робочої технічного стану ГПА і впливу зовнішніх умов), а точки ГПА від границь ОДР, виражених в одиницях також не дозволяє побудувати графічний образ потужності (запас регулювання убік збільшення і ОДР на режимній площині ε, Q. У результаті розгзменшення); лянутий спосіб варто визнати недостатньо точним – побудову ОДР на площині ε, Q з використандля оперативного керування режимом ГПА. ням засобів відображення оператора, який керує Отже, даний спосіб визначення віддаленості ГПА; робочої точки ГПА від границі ОДР шляхом визна– однозначну відповідність між приналежністю чення запасу регулювання ГПА убік збільшення, як робочої точки ГПА до ОДР і відсутністю обмежені спосіб побудови області допустимих режимів ганя за параметрами, які контролюються; зоперекачувального агрегату, що заявляється, – контроль усіх параметрів стану ГПА, кількісвключає поточні виміри за допомогою датчиків но зв'язаних з рівнем його потужності, з урахуванпараметрів газоперекачувального агрегату, які ням технічного стану вузлів ГПА (ступінь зносу) і контролюються, й автоматичну обробку результавпливу зовнішніх умов (температури і тиски атмотів вимірювань з обчисленням величини поточної сферного повітря). потужності ГПА, однак є недостатньо надійним і Відомий спосіб визначення віддаленості робонедостатньо точним для оперативного керування чої точки ГПА від границі ОДР шляхом визначення режимом ГПА. запасу регулювання ГПА убік збільшення, що поВідомий також спосіб побудови області допуслягає в обчисленні максимальної робочої потужтимих режимів відцентрових нагнітачів ГПА [2], ності (інша назва - наявної потужності) на муфті який призначений для оперативного контролю і (промвалу) ГПА, яку агрегат може розвити в конккерування режимом ГПА і використовує імовірнісретних умовах роботи на компресорній станції ([1], ний (стохастичний) підхід до формування границь С. 135, формула 5.17). Різниця між наявною потуОДР і визначенню місця розташування в ній робожністю і поточною потужністю ([1], С. 138, формучої точки. ла для Ne) являє собою запас регулювання за поДаний відомий спосіб побудови ОДР використужністю убік збільшення. Даний запас можна товує: розглядати як віддаленість робочої точки ГПА від – математичну модель фізичних процесів у тієї границі ОДР, яка відповідає максимально моробочій порожнині нагнітача, що описує зв'язок між жливим значенням потужності ГПА. параметрами (коефіцієнтом стискальності газу, У загальному вигляді спосіб включає поточні коефіцієнтом політропічного стиску, коефіцієнтом виміри за допомогою датчиків параметрів газопетеплоємності газу, показником адіабати, псевдокрекачувального агрегату, які контролюються, й ритичним тиском і температурою газової суміші і автоматичну обробку результатів вимірів, при якій т.д.) у деякому узагальненому, ідеалізованому обчислюють величини поточної потужності ГПА. відцентровому нагнітачі; Далі у відомому способі обчислюється коефіцієнт – паспортні характеристики нагнітача, що відтехнічного стану газотурбінної установки KN ([1], різняються від фактичних (результат зносу й індиС. 135), необхідний для визначення наявної потувідуальних особливостей проточної частини кожжності. ного конкретного нагнітача); Для обчислення коефіцієнта KN ([1], С. 162– граничні значення витрати (Qmin, Qmax) і ная166) використовують емпіричні залежності між вної потужності (Npacп) які розглядаються як конспараметрами агрегату (різні для різних типів ГПА), танти, поза зв'язком з індивідуальними особливоспаспортні характеристики нагнітачів І емпіричні тями кожного ГПА і параметрами режиму його 5 57577 6 газотурбінного двигуна. і електромеханічний перетворювач ЕМП ([1], С. 61, Оскільки математичний опис фізичного проце62). су завжди використовує ряд ідеалізацій, повну Робота МІРТ і ЕМП полягає у формуванні сигвідповідність між параметрами реального процесу налу неузгодженості поточної температури з її і параметрами, знайденими з моделі, одержати не максимально припустимим рівнем і перетворенні можна. Крім того, заміна фактичних характеристик сигналу неузгодженості у вихідний сигнал керунагнітача паспортними і фіксація граничних знавання, що надходить на ЕМП. У залежності від чень витрати і наявної потужності, приведе до ісступеня відкриття виконавчого органа ЕМП змінютотної розбіжності границь ОДР, побудованої за ється кількість повітря в лінії проточного повітря, допомогою розглянутого способу і границь фактищо визначає положення регулювального клапана чної (дійсної) ОДР, що відбиває результат порівв лінії паливного газу. няння всіх параметрів ГПА з їх граничноАналогічно обмежувач прийомистості, що конможливими значеннями. тролює співвідношення між положенням регулюТакож розглянутий спосіб не забезпечує одновального клапана і вихідним тиском осьового комзначної відповідності між приналежністю робочої пресора, обмежує величину максимального точки ГПА до ОДР і відсутністю обмежень за павідкриття регулюючого клапана. раметрами, які контролюються, не дозволяє виСигналізатор помпажа СП-100 по сигналу пезначити поточні запаси регулювання за потужністю реходу тиску на конфузорі відцентрового нагнітача убік збільшення й убік зменшення і не враховує і різниці вихідного і вхідного тисків нагнітача відтрезультати контролю всіх параметрів стану ГПА, ворює лінію режимів, близьку до помпажної межі і кількісно зв'язаних з рівнем його потужності. при зниженні віддаленості робочої точки нагнітача З урахуванням цього розглянутий спосіб побудо цієї межі формує сигнал відкриття крана Кр6. дови ОДР не може використовуватися для операУстановка А705-15, крім функцій керування режитивного керування режимом ГПА як недостатньо мом ГПА, здійснює за допомогою датчиків допуснадійний. ковий контроль параметрів шляхом порівняння Отже, даний спосіб побудови області допусвихідних сигналів датчиків з уставками граничних тимих режимів відцентрових нагнітачів ГПА, як і значень. Зміна знака сигналу неузгодженості, що спосіб побудови області допустимих режимів газовиникає при зменшенні сигналу нижче мінімально перекачувального агрегату, що заявляється, місприпустимого рівня (для параметрів, контрольоватить у собі поточні виміри за допомогою датчиків них по нижній межі), чи при збільшенні сигналу параметрів газоперекачувального агрегату, які вище припустимого рівня (для параметрів, контроконтролюються, й автоматичну обробку результальованих по верхній межі) використовується або тів вимірів, за якими будується математична модля формування сигналу попереджувальної сигдель фізичних процесів у робочій порожнині нагніналізації оператору, або для формування автоматача, однак є недостатньо надійним і недостатньо тичної аварійної зупинки ГПА. точним для оперативного керування режимом Таким чином, спосіб-прототип здійснює контГПА. роль усіх параметрів стану ГПА, кількісно зв'язаНайближчим за технічною суттю аналогом, них з рівнем його потужності, з урахуванням техніобраним як прототип, є спосіб побудови області чного стану вузлів ГПА (ступінь зносу) і впливу допустимих режимів ГПА [3], що включає поточні зовнішніх умов (температури і тиску атмосферного виміри за допомогою датчиків параметрів газопеповітря), а також забезпечує однозначну відповідрекачувального агрегату, які контролюються, й ність між приналежністю робочої точки ГПА до автоматичну обробку результатів вимірів, при якій ОДР і відсутністю обмежень за параметрами, які обчислюють неузгодженості параметрів, які контконтролюються. ролюються, з їхніми гранично-допустимими знаПри цьому спосіб-прототип не дозволяє кількіченнями і формують сигнал досягнення межі досно визначити віддаленість робочої точки ГПА від пустимого режиму за зміною кожного зі знаків границь ОДР, виражену в одиницях потужності, а сигналів неузгодженостей. також не виконує побудову ОДР на площині ε, Q з Спосіб реалізується системою автоматичного використанням засобів відображення оператора, керування газоперекачувального агрегату, що місщо керує ГПА. тить наступні основні функціональні блоки: Отже, даний спосіб побудови області допус1 – систему автоматичного регулювання податимих режимів ГПА, як і спосіб побудови області чі паливного газу ([1], С. 11-17, С. 41, С. 61, 62); допустимих режимів газоперекачувального агрега2 – сигналізатор помпажа ([1], С. 90, 95); ту, що заявляється, включає поточні виміри за 3 – установку централізованого контролю і кедопомогою датчиків параметрів газоперекачуварування А705-15 ([1], С. 143). льного агрегату, які контролюються, й автоматичну Система автоматичного регулювання подачі обробку результатів вимірів, при якій обчислюють паливного газу містить: неузгодженості параметрів, які контролюються, з їх – основний регулятор, що підтримує задану гранично-допустимими значеннями і формують частоту обертання вала нагнітача; сигнал досягнення межі припустимого режиму по – два обмежуючих (граничних) регулятори, що зміні кожного зі знаків неузгодженостей, однак є контролюють і обмежують відповідно температуру недостатньо надійним і недостатньо точним для продуктів, згоряння перед турбіною високого тиску оперативного керування режимом ГПА. і, співвідношення повітря-паливний газ. В основу винаходу поставлена задача в споКонтроль і обмеження температури здійснюсобі побудови області допустимих режимів газопеють МІРТ (малоінерційний регулятор температури) рекачувального агрегату шляхом уведення додат 7 57577 8 ково кількісного визначення результуючої віддалемеж допустимих режимів за всіма параметрами, ності робочої точки газоперекачувального агрегату які контролюються, у виді максимально допустивід меж допустимих режимів за всіма параметрамих приростів поточної потужності убік збільшення ми, які контролюються, у виді максимально допусй убік зменшення і відображення графічного обратимих приростів поточної потужності убік збільза області допустимих режимів засобами візуальшення й убік зменшення і відображення ного відображення на площині з координатами графічного образа області допустимих режимів ступінь стиску газу ε, витрата газу Q – введені в засобами візуального відображення на площині з спосіб побудови області допустимих режимів ГПА, координатами ступінь стиску газу ε, витрата газу при взаємодії з відомими ознаками, а саме поточQ, забезпечити підвищення надійності і підвищенними вимірами за допомогою датчиків параметрів ня точності керування режимом ГПА. газоперекачувального агрегату, які контролюютьЗадача, що поставлена, вирішується за рахуся, й автоматичною обробкою результатів вимірів, нок того, що у відомому способі побудови області при якій обчислюють неузгодженості параметрів, допустимих режимів ГПА, що включає поточні виякі контролюються, з їх гранично допустимими міри за допомогою датчиків параметрів газоперезначеннями і формуванням сигналу досягнення качувального агрегату, які контролюються, й автомежі допустимого режиму по зміні кожного зі знаків матичну обробку результатів вимірів, при якій неузгодженостей, забезпечують прояв нових техобчислюють неузгодженості параметрів, які контнічних характеристик - можливість кількісної оцінки ролюються, з їх гранично допустимими значеннязапасів регулювання за потужністю газоперекачуми і формують сигнал досягнення межі допустимовального агрегату і можливість візуального спого режиму по зміні кожного зі знаків стереження за положенням робочої точки ГПА неузгодженостеи, ВІДПОВІДНО ДО ВИНАХОДУ, відносно границі ОДР, що приводить до підвищендодатково результуючу віддаленість робочої точки ня надійності і підвищення точності керування гагазоперекачувального агрегату від меж допустизоперекачувальним агрегатом. мих режимів за всіма параметрами, які контролюДаний взаємозв'язок пояснюється таким чиються, визначають кількісно у виді максимально ном. допустимих приростів поточної потужності убік У системах керування трубопровідним трансзбільшення й убік зменшення, при цьому періодипортом газу характеристики надійності і точності чно обчислюють коефіцієнти чутливості параметкерування ГПА оцінюються так. рів, які контролюються, до зміни потужності газоНадійність визначають за ступенем безперерперекачувального агрегату, за допомогою вності (безперебійності) процесу перекачування коефіцієнтів чутливості перераховують поточні газу, який може бути порушений, наприклад, при значення неузгодженостей параметрів, які контровичерпанні запасів регулювання за потужністю люються, в еквівалентні прирости потужності, з газоперекачувальних агрегатів компресорного яких виділяють мінімальне еквівалентний приріст цеху (КЦ). Наявність кількісної оцінки запасів регупотужності убік збільшення, яке дорівнює максилювання (віддаленості робочої точки від границь мально допустимому приросту поточної потужносОДР) дозволяє вчасно запустити резервний агреті, і мінімальне еквівалентний приріст потужності гат, виключивши тим самим різке порушення реубік зменшення, яке дорівнює максимально допусжиму транспортування газу. тимомузменшенню поточної потужності, а графічТочність визначають за ступенем відхилень ний образ області допустимих режимів відобравихідних тисків компресорних цехів від значень, жають засобами візуального відображення на заданих диспетчерською службою магістрального площині з координатами ступінь стиску газу ε, вигазопроводу. При відсутності кількісної оцінки затрата газу Q, виділяючи частини зазначеної плопасів регулювання за потужністю керування вихідщини, координати точок якої спільно задовольняною потужністю кожного ГПА можливо тільки з ють витратно-напорним характеристикам застосуванням найпростішого "релейного" закону нагнітача і стюперекачувального агрегату й умові керування, що використовує один біт інформації + N-ΔN