1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Назначение и описание ГПА
Назначением дожимных компрессорных станций является поддержание заданного в трубах магистрали давления газа при перекачке от узла к потребителю, которое сопровождается снижением пластового давления газа.
Рассматриваемый газоперекачивающий агрегат ГПА-16ПХГ «Урал» ангарного исполнения применятся для сжатия природного газа на дожимной компрессорной станции участка комплексной подготовки газа и газового конденсата.
Газоперекачивающий агрегат предназначен для повышения давления и перемещения газа по магистрали. ГПА «Урал» используется для реконструкции действующих и оснащения вновь строящихся цехов компрессорных станций магистральных газопроводов, подземных хранилищ газа дожимных компрессорных станций.
Основными типами ГПА в настоящее время на КС являются агрегаты с приводом от газовых турбин, от синхронных электродвигателей и поршневые ГПА.
Наибольшее?? распространение?? получили?? КС с газотурбинным?? приводом??, т.е. такие на которых?? для привода?? перекачивающих?? газ центробежных?? нагнетателей?? используются?? газовые?? турбины??, доля которых?? составляет?? около 85 % от общего количества?? эксплуатируемых?? КС [2].
ГПА изготавливается из блоков максимальной заводской готовности, монтаж же производится на месте эксплуатации. Основные составные части ГПА — это газотурбинная установка, центробежный компрессор и системы обеспечения (рис. 1). С помощью ГТУ обеспечивается привод высокооборотного центробежного нагнетателя. На крыше ангара располагается ВОУ циклонного типа для подачи воздуха. Рядом с ангаром установлена выхлопная труба ГТУ и четыре блок-бокса:
? блок управления с САУ и НКУ низковольтное комплектное устройство ГПА;
? два блока маслообеспечения ГТУ и компрессора;
? блок пожаротушения с автоматической установкой углекислого пожаротушения.
Рисунок 1 – Структурная схема ГПА
Блок управления предназначен для размещения технических средств САУ ГПА, НКУ ГПА и т. д., а также для обеспечения условий их функционирования, технического обслуживания и ремонта.
Система маслообеспечения ГТУ является составной частью маслосистемы ГТУ и предназначена для фильтрования и поддержания температуры масла на входе в систему смазки ГТУ в требуемом рабочем диапазоне. Система маслообеспечения компрессора предназначена для снабжения блока компрессора и мультипликатора маслом низкого давления. Также обеспечивает очистку масла, подогрев перед запуском агрегата и охлаждение, слив масла от подшипников компрессора в маслобак, откачку масла из маслобака и промывку при неработающем компрессоре.
ГПА оборудован системой пожаротушения, которая обнаруживает очаги и включает сигнализацию.
Центробежный компрессор с газотурбинной установкой являются главными элементами ГПА.
Компрессор центробежный ЦБН представляет собой блок компрессорный, в состав которого входят, расположенные параллельно цилиндр низкого) и цилиндр высокого давления ЦВД, мультипликатор, муфта (трансмиссия) между мультипликатором и ЦНД, муфта (трансмиссия) между мультипликатором и ЦВД [3].
1.2 Работа газоперекачивающего агрегата
Рассмотрим работу ГПА:
Запуск агрегата производит электростартер, который раскручивает осевой компрессор двигателя. При вращении ОК двигателя происходит забор атмосферного воздуха и его очистка в воздухоочистительном устройстве, затем воздух поступает в двигатель, сжимается в компрессорах низкого и высокого давления. После сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где делится на два потока: первичный и вторичный.
Первичный поток перемешивается с топливным газом, после достижения параметров пуска ГТУ и в камере сгорания происходит воспламенение газовоздушной смеси от запального устройства.
Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление при выходе из камеры сгорания и обладающие большой потенциальной энергией, поступают на лопатки турбины газогенератора и затем на лопатки силовой турбины ГТУ, где потенциальная энергия преобразуется в механическую работу на валу СТ, передаваемую через трансмиссию на вал компрессора.
Воздух вторичного потока, охлаждая стенки камеры сгорания, постоянно подмешиваются к продуктам сгорания, для получения необходимой температуры газа перед турбиной.
Природный газ из технологического трубопровода КС поступает в компрессор ГПА. Рабочий процесс сжатия транспортируемого газа протекает в проточной части компрессора, где осуществляется передача механической энергии привода газу, при этом происходит увеличение давления газа. После этого газ вновь поступает в технологическую газовую обвязку компрессорной станции.
Отработавшие газы от СТ ГТУ через систему выхлопа ГПА выбрасываются в атмосферу.
1.3 Система автоматического управления
Автоматическое управление, регулирование и контроль ГПА при пуске, работе и останове производит САУ ГПА. Таким образом, в процессе работы ГПА не требуется постоянное пребывание людей в его помещениях и ограничивается лишь осмотром работающего ГПА. Задание режимов работы и контроль состояния ГПА осуществляет оператор с пульта контроля и управления, расположенного в операторном помещении КС. Технические средства САУ размещены в блоке управления.
САУ на базе программно-технических средств предназначена для автоматического управления и защиты на всех режимах работы, всережимного регулирования, контроля технологических параметров и состояния исполнительных механизмов газоперекачивающего агрегата ГПА-16ПХГ «Урал» [4].
Структурная схема САУ ГПА представлена на рисунке 2. Схема автоматизации представлена на рисунке 3.
Рисунок 2 – Структурная схема САУ ГПА
Система предусматривает выполнение необходимых функций контроля, регулирования и управления в автономном режиме и во взаимодействии с цеховой информационно-управляющей системой.
Система выполнена на базе программируемых логических контроллеров и включает необходимый набор устройств, обеспечивающих преобразование и формирование входных и выходных сигналов [5].
Рисунок 3 – Схема автоматизации
Конструктивное исполнение системы обеспечивает возможность размещения блоку управления в блок-боксе, а также и по спецзаказу в операторной КЦ.
В комплект системы входит блок управления, блок управления НКУ, пожарный контроллер.
Блок управления состоит из: программируемого логического контроллера, схемы резервированного питания, блок экстренного останова, блок защиты агрегата, схемы цифровой связи.
Блок управления НКУ состоит из: модулей ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов, схемы резервированного питания, схемы цифровой связи.
Все функции сбора и обработки информации, управления, регулирования, контроля и защиты ГПА выполняются программируемым логическим контроллером, взаимодействующим с удаленными объектами по коммуникационным шинам Ethernet и RS-422.
Необходимая входная информация поступает в контроллер от первичных датчиков, нормирующих преобразователей и сигнализаторов положения исполнительных механизмов агрегата через встроенные в контроллер модули ввода. Команды управления в соответствии с запрограммированными алгоритмами формируются контроллером при помощи модулей вывода.
Система выполняет следующие основные функции:
? управляющие;
? информационные;
? вспомогательные;
? регулирования.
Управляющие функции, реализуемые САУ ГПА такие как холодная прокрутка, проверка кранов, автоматический пуск, выход на заданный режим, нормальный и аварийный останов, дистанционное управление отдельными режимами и исполнительными механизмами ГПА, управление регулятора подачи топлива, автоматическая антипомпажная защита.
Информационные функции:
? сбор и обработка входных аналоговых сигналов по физическим
каналам связи;
? сбор и обработка входных дискретных сигналов по физическим
каналам связи;
? обмен информацией с локальными системами автоматизации
(системы пожаротушения, системы обнаружения загазованности и др.);
? обмен информацией с САУ вышестоящего уровня;
? непрерывное отображение оперативной информации о текущих
значениях измеряемых;
? автоматическое непрерывное представление информации о
предупредительных и аварийных ситуациях, связанных с выходом технологических параметров за установленные пределы или срабатыванием защит;
? формирование архивов аварийных событий с указанием времени их
возникновения.
Регулирующие функции:
? регулирование (стабилизация) частоты вращения силовой турбины;
? отработка задания по частоте вращения, вводимого оператором или
по командам системы управления верхнего уровня;
? антипомпажное регулирование компрессора на всех режимах работы
агрегата путем управления клапаном рециркуляции компримируемого газа (антипомпажным клапаном);
? сохранение работоспособности системы при отказах датчиков
(замена сигнала заранее заданной постоянной или вычисляемой величиной) - "стратегия выживания".
Вспомогательные функции:
? автоматический контроль целостности физических каналов связи с
датчиками и цепей управления механизмами, функционирующими в режиме аварийного останова;
? диагностика программно-технических средств САУ;
? контроль функционирования блоков питания;
? защита средств управления и информации от несанкционированного
доступа;
? сохранность информации и прикладных программ
функционирования при полном отключении внешних источников питания (допускается автоматический перезапуск программно-технических средств).?
Система обеспечивает:
? автоматический контроль, технологических параметров и состояния
технологического оборудования;
? управление технологическим оборудованием ГПА и автоматическое
поддержания заданных выходных параметров компримируемого газа;
? повышение уровня автоматизации технологического оборудования,
технологических процессов управления, предотвращение и локализацию аварийных ситуаций;
? повышение эффективности и безопасности эксплуатации
технологического оборудования;
? автоматизированный контроль и управление ГПА в автоматическом
режиме.
1.4 Антипомпажное регулирование
Для измерения давления, перепада давлений и температуры в трубопроводах подвода и отвода транспортируемого газа на ГПА установлена система контроля газовой магистрали. Параметры, измеренные датчиками системы, используются САУ ГПА для противопомпажного регулирования.
Любой центробежный компрессор характеризуется минимальным расходом, дальнейшее уменьшение которого приводит к помпажу – разрушительному для агрегата явлению. Для предотвращения помпажа САУ ГПА предотвращает дальнейшее уменьшение этого минимального расхода путем сброса части рабочей среды в атмосферу или на вход компрессора.
Помпаж – это нестационарный, автоколебательный режим работы компрессора. Помпаж сопровождается быстрым ростом температуры газа, появлением сильных толчков и вибраций, что может привести к разрушению компрессора [6].
