Система автоматического управления газоперекачивающим агрегатом

Газоперекачивающий агрегат (ГПА) предназначен для компримирования природного газа.

ГПА, в общем случае, состоит из следующих технологических узлов, управление которыми осуществляется САУ:

• газотурбинный двигатель стационарного, авиационного и судового типов;
• центробежный газовый компрессор;
• система подачи топлива в газотурбинный двигатель, с запорной и регулирующей арматурой;
• система смазки ГПА;
• система уплотнения центробежного газового компрессора;
• дополнительно в состав ГПА могут входить следующие объекты управления:
• модульные аппараты воздушного охлаждения (АВО) газа;
• утилизатор тепла;
• блок подготовки топливного газа;
• система магнитного подвеса подшипников;
• системы автономного обогрева ГПА.

При автоматизации ГПА в части автоматического регулирования решены следующие специализированные задачи:

• стабилизация на заданном уровне основного технологического параметра ГПА, в качестве которого могут быть выбраны один из следующих параметров: давление газа за или перед газовым компрессором, расход газа через компрессор;
• обеспечение стабильной работы газового компрессора на режиме, близком к срыву газового потока и возникновения помпажа, который может привести к повреждению компрессора и другого оборудования ГПА. Работа в зоне, примыкающей к границе помпажа позволяет обеспечить максимальную эффективность ГПА (минимизацию расхода топливного газа для газотурбинного двигателя при максимальном расходе перекачиваемого газа);
• обеспечение стабильной работы группы газовых компрессоров, подключенных параллельно, последовательно, параллельно-последовательно. Объединение компрессоров в группы позволяет увеличить производительность или степень сжатия, при этом нестабильная работа любого из компрессоров может привести к нарушению работы и остановке всей группы;
• полная автоматизация газотурбинного двигателя без дополнительных локальных систем управления и автономных систем безопасности. Газотурбинный двигатель — сложный технологический узел, для управления которым применяется большое количество взаимосвязанных контуров регулирования и ограничений, при этом САУ обеспечивает надежную и длительную работу на необходимом режиме двигателя и ГПА в целом;
• обеспечение стабильности давления газа на входе газовых компрессоров (при реализации вышеуказанных задач) на всех режимах работы ГПА (включая режимы аварийного останова). Данная задача решается на компрессорных площадках, природный газ для которых подготавливается по технологии низкотемпературной сепарации с применением турбодетандерных агрегатов (ТДА), эксплуатируемых в относительно узком рабочем диапазоне. Резкое изменение давление газа на выходе ТДА (входе ГПА) приводит к аварийной остановке ТДА.

Для решения специализированных задач в «Система Комплекс» разработаны изобретения в области регулирования, защищенные патентами.

«Ноу-хау» заключается в том, что для большей эффективности функционирования контуров ограничения параметров в них применены так называемые «автоматические задатчики». Контур ограничения параметров регулирования вступает в работу не при достижении регулируемым параметром значения своего технологического ограничения, а при приближении параметра к значению ограничения с определенной скоростью. Это позволяет при мощных возмущающих воздействиях упреждающим вступлением в действие контура ограничения существенно уменьшить величину динамических забросов параметров в зону опасных значений, что особенно важно при реализации контуров топливного и противопомпажного регулирования.

Применение названных алгоритмических автоматических задатчиков в САУ ГПА позволяет без каких-либо опасений устанавливать ограничения важнейших параметров в непосредственной близости от их предельных значений. Так, например, при реализации функции стабилизации основных параметров ГПА (давление, расход или степень сжатия на выходе ГПА), их значения устанавливаются близкими к предельным, что позволяет увеличить производительность ГПА. Кроме этого, регулирование температуры продуктов сгорания двигателей на значениях близких к предельным дает возможность увеличить мощность двигателей без изменений их ресурсных показателей.

Существенной отличительной особенностью противопомпажного регулятора является наличие в нем алгоритма, изменяющего значение коэффициента усиления пропорциональной части регулятора в зависимости от знака управляющего воздействия (несимметричность регулятора). Указанная несимметричность позволяет при высокой скорости приближения рабочей точки компрессора (нагнетателя) к границе помпажа достичь большей эффективности и энергичности открытия противопомпажного клапана (ППК), чем в симметричных регуляторах, и тем самым защитить компрессор от помпажа. Для достижения высокой производительности компрессора технологический режим ведется так, чтобы рабочая точка компрессора находилась на минимальном расстоянии от линии помпажа.

Кроме описанных алгоритмов, ориентированных на улучшение динамических характеристик контура противопомпажного регулирования, алгоритмическое обеспечение САУ ГПА включает уникальный алгоритм «сигнализатор помпажа». В указанном сигнализаторе помпажа, в отличие от сигнализаторов помпажа сравниваемых систем, имеются два независимых канала, в каждом из которых осуществляется контроль знака и величины одного из параметров, определяемых в зависимости от особенностей эксплуатации того или иного компрессора — частоты вращения ротора компрессора, перепада давления на конфузоре, давления нагнетания, мощности на валу компрессора. При превышении текущего значения производной заданной величины срабатывает первый канал. При срабатывании через заданное время и второго канала на выходе сигнализатора помпажа формируется дискретный сигнал помпажа, обеспечивающий экстренное открытие противопомпажного клапана. Наличие такого сигнализатора помпажа позволяет обеспечить высокоэффективную защиту без ложного диагностирования, так как при анализе ситуации учитываются не только газодинамические характеристики того или иного компрессора, но и особенности его эксплуатации.

Типовой состав САУ ГПА включает:

Для САУ ГПА применяются следующие программно-технические средства: