Гіренко С.Г.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

ВИМОГИ ДО АНТИПОМПАЖНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ВІДЦЕНТРОВИХ НАГНІТАЧІВ ГАЗОПЕРЕКАЧУВАЛЬНИХ АГРЕГАТІВ КОМПРЕСОРНОГО ЦЕХУ ПІДЗЕМНОГО СХОВИЩА ГАЗУ

Розробка ефективних підсистем антипомпажного регулювання відцентрових нагнітачів (ВЦН) газоперекачувальних агрегатів (ГПА) компресорного цеху (КЦ) підземного сховища газу “Більче-Волиця” є актуальною науково-практичною задачею у зв’язку з необхідністю забезпечення безаварійної роботи газокомпресорних агрегатів [1]. Проте, аналіз літературних джерел [1,2 та ін.] показує недостатній об’єм проведених досліджень в напрямку автоматизації процесу антипомпажного регулювання та захисту ВЦ, ГПА, а також формулювання вимог до антипомпажного регулювання.

Тому, метою даної роботи є формулювання конкретних вимог до підсистеми антипомпажного регулювання, що функціонує в складі системи автоматичного регулювання газоперекачувальним агрегатом Ц-16 ДКС «Більче-Волиця» УМГ «Львівтрансгаз».

Підсистема антипомпажного регулювання системи автоматичного керування газоперекачувальним агрегатом Ц-16 (САК ГПА Ц-16) ДКС «Більче-Волиця» УМГ «Львівтрансгаз», яка виготовлена ТОВ “Укргазтех” згідно з технічним завданням [3], функціонує у взаємодії з центральною частиною САК ГПА, системою керування подачею палива, швидкодіючим антипомпажним клапаном (АПК) типу “Моквелд”, який встановлений на вихідному колекторі обв’язки нагнітача та призначений для антипомпажного регулювання та захисту цього нагнітача при наближенні до помпажних явищ.

Створення цієї підсистеми антипомпажного регулювання, суперкомпонентом якої є антипомпажний регулятор (АПР), здійснено згідно наступних вимог:

· АПР повинен з періодичністю не більше 50 mс визначати поточне числове значення віддаленості L робочої точки нагнітача від межі помпажу і формувати сигнали керування;

· при роботі нагнітача в основній мережі (“траса”) поточне значення віддаленості L (або її уточнення) повинно визначатися з урахуванням також факторів, які важко контролювати (турбулізації вхідного потоку ВЦН, пульсації тиску на стороні всмоктування або нагнітання, зміни гідравлічного опору еквівалентної мережі, спрацьованості проточної частини ВЦН, нестабільності витратно-напорної характеристики конфузора, зміни параметрів газу – молекулярного складу, вологості та ін.);

· АПР повинен забезпечувати наступні режими обмежувального регулювання:

– виведення робочої точки із небезпеченої зони (L<L_уст.) при компенсації швидкозмінних і значних збурень, де L_уст. – уставка запасу регулювання;

– слідкування робочою точкою за лінією регулювання (L=L_уст.), яка зсувається адекватно зміщенню межі помпажу при зміні частоти обертання (завантаження в трасу, виведення з траси);

– стабілізації робочої точки на віддаленості уставки (L=L_уст.) при компенсації сталих збурень;

– повного закриття антипомпажного клапану (АПК) при L<L_уст;

· алгоритм регулювання повинен використовувати ефективні методи випереджувального впливу при динамічних збуреннях;

· час, необхідний для ідентифікаціїї помпажу (з формуванням відповідного сигналу), не повинен перевищувати 150 mс;

· в режимі захисту АПР повинен забезпечувати переривання помпажу протягом інтервалу, який не перевищує 2 с (ГПА з малоінерційними газотурбінними установками (ГТУ) авіаційного або судового типу), або до початку другого циклу коливань;

· АПР повинен ідентифікувати ситуацію “неусувний помпаж” (неможливість відновлення необхідної витрати через нагнітач за рахунок керування рециркуляцією) протягом інтервалу, що не перевищує 2,5с (або після виникнення встановленого числа циклів помпажу для ГПА з малоінерційними ГТУ);

· АПР повинен забезпечувати селективне керування антипомпажним клапаном, тобто здійснювати передачу керування тому вхідному сигналу, який відповідає більшому відкриттю АПК. Шифр абонента, керуючого АПК, повинен визначатися та передаватися в САК ГПА.

Керування антипомпажним клапаном може виконуватися:

– сигналами регуляторів, що входять до складу АПР;

– сигналами АПР кожного з агрегатів групи (у випадку послідовного з’єднання неповнонапорних ВЦН);

– сигналом від оператора САК ГПА;

– сигналом від САК КЦ;

· уставка запасу регулювання L_уст. повинна вводитися в АПР оперативним персоналом КЦ зі стойки керування САК ГПА і постійно відображатися на екрані монітора САК ГПА. Експлуатаційна документація на АПР повинна містити відомості про методику вводу уставки L_уст. (захист від несанкціонованої зміни через пароль, вибір величини, діапазон припустимих значень, перевірка вірності уставки, періодичність перевірки та ін.).

Крім цього, підсистема повинна бути забезпечена давачами та антипомпажним клапаном, які забезпечують наступні вимоги:

· основна приведена похибка давачів, яка використовується для розрахунку віддаленості, повинна бути не більше 0,1%, час повного переміщення АПК при стрибкоподібній зміні сигналу керування від 0 до 100% не більше 2с;

· для контролю працездатності АПК він повинен комплектуватися позіціонером, що формує сигнал зворотнього зв’яку про положення робочого органа клапана;

· повинен бути забезпечений вибухозахист.

До складу АПР повинно входити програмне забезпечення, яке дозволяє автоматично реєструвати параметри процесу регулювання, надати доступ до поточних значень параметрів або ретроданих з пульта керування САК ГПА.

Архівування даних повинно здійснюватися автоматично при виникненні критичних режимів або за командою оператора САК ГПА.

Крім цього, АПР повинен мати систему самоконтролю, яка забезпечує перевірку функціонування технічних засобів та програмного забезпечення АПР, коректність вхідних сигналів та працездатність АПК. Результат самодіагностування повинен передаватися в САК ГПА. Експлуатаційна документація на АПР повинна мати вказівки про дії експлуатаційного персоналу при виявленні відмов в вузлах АПР, АПК або давачах антипомпажної системи.

У випадку зникнення вхідних сигналів, які використовуються для визначення віддаленості, АПР повинен сформувати відповідний сигнал в САК ГПА. При цьому, якщо в момент зникнення рециркуляція через АПК була відсутня, то сигнал керування АПР не повинен змінюватися.

При наявності рециркуляції в момент зникнення АПР повинен відкрити АПК на мінімально-необхідну величину, що виключає можливість помпажу.

Враховуючи підвищені вимоги до достовірності сигналу “помпаж”, вимірювальні сигнали АПР, які використовуються для ідентифікації помпажу, повинні дублюватися.

Система повинна запобігати розвитку помпажних коливань при регламентованих або аварійних порушеннях режиму роботи компресорних цехів одним із наступних способів в залежності від величини та швидкості виникаючих збурень, а також значення уставки віддаленості від межі помпажу:

· шляхом запобігання попадання агрегатів у помпаж;

· шляхом виводу агрегатів з помпажу протягом інтервалу, що не перевищує 2 с (ГПА з малоінерційними ГТУ судового або авіаційного типу), або до початку другого циклу коливань;

• шляхом формування сигналу в САК ГПА “Вимога аварійної зупинки (АЗ)” при ідентифікації неусувного помпажу.

Нижче наводиться перелік можливих порушень режиму роботи КЦ та реакцій системи на них:

· порушення, які компенсуються системою шляхом запобігання помпажу;

· порушення, які компенсуються системою шляхом виводу агрегатів з помпажу;

· порушення, які компенсуються системою шляхом видавання в САК ГПА сигналу “Вимога АЗ” після ідентифікації неусувного помпажу.

Якщо при порушеннях режиму роботи КЦ, технологічне обладнання не дозволяє забезпечити необхідні для безпомпажної роботи агрегату умови, а випереджувальне регулювання не забезпечує вивід агрегату в стаціонарний режим перекачування газу - система видає в САК ГПА сигнал “Вимога АЗ” після ідентифікації неусувного помпажу.

Отже, сформульовано вимоги до антипомпажного регулювання відцентрових нагнітачів ГПА, реалізація яких в САК ГПА сприятиме безаварійній роботі ВН ГПА компресорного цеху підземного сховища газу.

Література:

1. Казакевич В.В. Автоклебания (помпаж) в компрессорах. М.: Машиностроение, 1974. – 264с.

2. Тельнов К.А., Файнштейн А.А., Шабанов С.З. и др. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. М.: Недра, 1983.- 265с.

3. Технологічні вимоги до систем антипомпажного регулювання відцентрових нагнітачів газоперекачувальних агрегатів. Затв.наказом ДК “Укртрансгаз” 30.12.99., №399.- 9 с.