Технічні науки / Автоматизовані системи управління на виробництві

УДК 681.5.037.2:621.64.029

д.т.н.Семенцов Г.Н. Гіренко С.Г.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

КРИТЕРІЙ НЕСТАЦІОНАРНОСТІ РУХУ ГАЗУ В ГАЗОТРАНСПОРТНІЙ СИСТЕМІ

Відомо [1], що розробка критеріїв нестаціонарності руху газу в газотранспортній системі є актуальною науково-практичною задачею, зокрема для визначення моменту входу робочої точки відцентрового нагнітача газоперекачувального агрегата (ГПА) в зону помпажу, що грунтується на виявленні коливань в проточній частині нагнітача. Такі коливання характерні для передпомпажних та помпажних явищ.

Синтез ефективних автоматизованих систем антипомпажного регулювання і захисту компресора докачуючої компресорної станції підземного сховища газу є важливою задачею у зв’язку з модернізацією та технічним переоснащенням газотранспортної системи з використанням найбільш сучасних та ефективних технологій, а також впровадженням в галузі цифрових обчислювальних комплексів, передбачених «Енергетичною стратегією України до 2030 року та подальшого розвитку». Проте, аналіз літературних джерел [1,2,3,4] показує недостатній об’єм проведених досліджень в контексті автоматизованого та антипомпажного регулювання і захисту компресорів докачуючої компресорної станції підземних сховищ газу, а також в напрямку розробки критеріїв нестаціонарності.

Помпаж системи «нагнітач ГПА- трубопровід» це автоколивальний процес обміну енергії між частинами системи «нагнітач ГПА- трубопровід». Втрата стійкості роботи цєї системи виникає при неузгодженості витратно-напірних характеристик нагнітача та трубопровода.

Першопричиною помпажу є зривні явища, що розвиваються в прилеглому шарі потоку газу на лопатках робочого колеса по мірі зниження витрати нагнітача до порогового, тобто помпажного рівня.

Знаходження робочої точки віддаленості від помпажу в зоні помпажу протягом інтервалу часу більшого за 2,5с вважається неусувним помпажем, внаслідок якого виконується режим аварійної зупинки.

Передпомпаж – це зона нестабільної роботи, яка відповідає знаходженню віддаленості робочої точки відцентрового нагнітача від лінії помпажу в межах від 1% до 5%.

Неусувний помпаж – це неможливість відновлення необхідної витрати через нагнітач за рахунок керування рециркуляцією протягом інтервалу, що не первищує 2,5с.

Для ідентифікації всіх цих ситуацій потрібні ефективні критерії, що грунтуються на вимірюваннях параметрів і показників процесу. Більшість авторів при розрахунках значень границі помпажу враховують багато параметрів, які впливають на її розміри.

Метою даної роботи є розроблення методу захисту компресора від помпажу і системи автоматизованого та антипомпажного регулювання і захисту компресора докачуючої компресорної станції підземного сховища газу на базі ефективного критерію нестаціонарності.

Запропоновано урахувати комплекс параметрів: тиски та температури на вході і виході компресора, частоту обертів його ротору, густину газу або швидкість звуку в ньому, об’ємну або масову витрату газу на вході і на виході компресора (пат.України №52128 кл.F04D27/02, 2002р.). По цьому комплексу параметрів визначають координати робочої точки компресора в системі координат «політропний потік – об’ємна витрата», або «ступінь стиснення газу – масова витрата».

За їх допомогою здійснюється антипомпажний захист, а саме:

• ідентифікація помпажу з формуванням сигналу «помпаж»;

• переривання виниклого «помпажу» шляхом форсованого відкриття швидкодіючого антипомпажного клапана з подальшим переходом до режиму антипомпажного регулювання;

• формування сигналу «аварійна зупинка» при ідентифікації неусувного помпажу.

Крім цього, здійснюється антипомпажне регулювання, тобто випереджувальне керування антипомпажним клапаном та частотою обертання силової турбіни, що запобігає виникненню помпажу і обмежує в усталеному режимі мінімальне значення віддаленості робочої точки відцентрового нагнітача від межі помпажу на заданому рівні ≥5%.

Методика антипомпажного захисту і регулювання опробована на ГПА Ц-16 ДКС «Більче-Волиця» Стрийського ВУПЗГ УМГ «Львівтрансгаз».

Практичне значення роботи полягає в розробленні:

• алгоритмів і програм автоматичного управління компресором на базі розробленого методу, що використовує певний тезаурус показників його роботи;

• підсистеми антипомпажного регулювання системи автоматичного керування газоперекачувальним агрегатом Ц-16 з вбудованим механізмом аналітичного обчислювання показника нестаціонарності роботи компресора.

Література.

1. Щербаков С.Г. Проблемы трубопроводного транспорта нефти и газа. М.: Наука, 1982. – 206 с.

2. Автоматическое управление газотурбинными установками / Б.И.Аранович, Ю.Т.Лячек, В.А.Олейников, А.А.Файнштейн. – Л.: Недра, 1974. – 216с.

3. Гостев В.И., Лесовой И.П., Чепурин А.Е. Система управления частотой вращения ротора газотурбинного двигателя с нечетким регулятором // Автоматизація виробничих процесів – 2000. – №2(11). – С. 105-109.

4. Продовиков С., Макаров А., Бунин В., Черников А. Опыт автоматизации сложных промышленных объектов на примере газокомпрессорных станций // Системная интеграция. Нефтегазовая промышленность. 1999. – №2. – С.16-25.