СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОГО ЦЕХА Российский патент 2003 года по МПК F04D27/00 

Изобретение относится к регулированию технологических процессов в газовой промышленности и может быть использовано для снижения расхода топливного газа, потребляемого компрессорными станциями магистральных газопроводов.

Известен способ регулирования компрессорной станции (а.с. СССР 1701989, кл. F 04 D 27/00, БИ 48, 1991), включающий объединенные входным и выходным коллекторами компрессоры, снабженные байпасными клапанами и приводами с датчиками и регуляторами частоты вращения, путем измерения давления газа на входе и выходе каждого из компрессоров, давления в выходном коллекторе и перепадов давления на входных измерительных диафрагмах компрессоров, формирования по измеренным величинам контрольных сигналов и сигналов коррекции задания регуляторов частоты вращения приводов, при формировании которых учитывают заданную величину давления газа в выходном коллекторе и разность заданного и измеренного давлений в выходном коллекторе, управления открытием байпасных клапанов каждого компрессора при превышении контрольными сигналами заданных величин.

Данный способ регулирования компрессорной станции, включающий объединенные входным и выходным коллекторами компрессоры, снабженные байпасными клапанами и приводами с датчиками и регуляторами частоты вращения так же, как и заявляемый способ регулирования компрессорного цеха, включает управление частотой вращения каждого газоперекачивающего агрегата. Однако отсутствие контроля значений параметра, характеризующего удаленность рабочей точки каждого компрессора от границы помпажа, и предотвращения достижения опасных значений этого параметра не позволяет своевременно обнаружить и предотвратить возникновение помпажа по другим параметрам, например по расходу газа через нагнетатель, а отсутствие перераспределения нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами при поддержании неизменным значения стабилизируемого параметра резко снижает эффективность данного способа, так как не позволяет минимизировать расход топливного газа.

Известен способ регулирования группы компрессоров (а.с. СССР 1567807, кл. F 04 D 27/00, БИ 20, 1990), подключенных к общему коллектору нагнетания и снабженных приводами с индивидуальными регуляторами скорости вращения ротора, путем измерения давления газа в коллекторе нагнетания, давления, температуры и перепада давления газа на входе в каждый компрессор, измерения и сравнения с общим заданным значением скорости вращения роторов компрессоров, подачи на индивидуальные регуляторы разности измеренного и общего заданного значений скорости вращения роторов компрессоров, определения по измеренным значениям давления, температуры и перепада давления газа на входе в каждый компрессор расхода газа для каждого компрессора и суммарного расхода газа и предельного значения степени сжатия по полученному суммарному расходу газа, определения по заданной и предельной степени сжатия и по измеренному давлению газа на входе в компрессор соответственно заданного и предельного значения давления газа в коллекторе нагнетания, определения минимального из заданного и предельного давления и сравнения с измеренным значением давления газа в коллекторе нагнетания и формирования в зависимости от полученной разности общего заданного значения скорости вращения роторов компрессоров.

Данный способ регулирования группы компрессоров, подключенных к общему коллектору нагнетания и снабженных приводами с индивидуальными регуляторами скорости вращения ротора так же, как и заявляемый способ регулирования компрессорного цеха, включает управление режимом группы компрессоров (например, компрессорного цеха) путем стабилизации одного из режимных параметров - выходного давления и управление скоростью вращения компрессоров. Однако отсутствие контроля значения параметра, характеризующего удаленность рабочей точки каждого компрессора от границы помпажа, и предотвращения достижения опасного значения этого параметра не исключает возможность попадания в помпаж компрессоров, а отсутствие перераспределения нагрузки между газоперекачивающими агрегатами резко снижает эффективность данного способа, так как не позволяет минимизировать расход топливного газа.

Наиболее близким по технической сущности является способ регулирования компрессорной станции (патент РФ 2084704, кл. F 04 D 27/00, 20.07.97), которая содержит несколько динамических компрессоров, работающих параллельно, последовательно или параллельно-последовательно, систему регулирования производительности станции, поддерживающую значение режимного параметра газа на заданном уровне и содержащую главный регулятор для регулирования режимного параметра газа, средства регулирования, по одному на каждый компрессор, управляющие исполнительными органами компрессоров, и средства антипомпажного регулирования, по одному на каждый компрессор, который включает формирование корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора для предотвращения отклонения режимного параметра газа от требуемого уровня, определение для каждой схемы включения компрессоров значения параметра, характеризующего удаленность рабочей точки каждого компрессора от границы помпажа, и предотвращение достижения опасного значения этого параметра, приводящего к помпажу компрессора, путем открытия исполнительного органа антипомпажного регулирования, управление исполнительным органом каждого компрессора с помощью сочетания изменений выходного сигнала главного регулятора с сигналом, вырабатываемым на основе параметров, характеризующих удаленность рабочих точек компрессоров от границ помпажа для обеспечения равноудаленности рабочих точек компрессоров от своих границ помпажа.

Данный способ регулирования компрессорной станции так же, как и заявляемый способ регулирования компрессорного цеха, включает управление режимом работы компрессорного цеха путем стабилизации значения одного из режимных параметров - выходного давления (Р_вых), расхода газа на выходе компрессорного цеха (Q_вых) или степени сжатия (ε), управление скоростью вращения и антипомпажное регулирование каждого газоперекачивающего агрегата, включающее контроль удаленности рабочей точки центробежного нагнетателя от границ рециркуляции и управление антипомпажным клапаном нагнетателя. Однако отсутствие перераспределения нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами при поддержании неизменным значения стабилизируемого параметра резко снижает эффективность данного способа, так как не позволяет минимизировать расход топливного газа.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования способа регулирования компрессорного цеха путем повышения его эффективности за счет перераспределения нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами, обеспечивающего минимизацию суммарного расхода топливного газа по компрессорному цеху при сохранении режима стабилизации выбранного режимного параметра (Р_вых, Q_вых или ε).

Поставленная задача решается тем, что в известном способе регулирования компрессорного цеха, включающем управление режимом работы компрессорного цеха путем стабилизации значения одного из режимных параметров Р_вых, Q_вых или ε, управление скоростью вращения и антипомпажное регулирование каждого газоперекачивающего агрегата, включающее контроль удаленности рабочей точки центробежного нагнетателя от границ рециркуляции и управление антипомпажным клапаном нагнетателя, согласно изобретению дополнительно при стабильном режиме работы компрессорного цеха производят циклически перераспределение нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами путем определения коэффициента чувствительности каждого газоперекачивающего агрегата, характеризующего приращение суммарного расхода топливного газа компрессорного цеха по отношению к приращению мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод при изменении мощности i-го газоперекачивающего агрегата, выбора коэффициентов чувствительности, имеющих минимальное и максимальное значение, вычисления их разности, сравнения полученной разности с заданным значением и, если полученная разность меньше заданного значения, то окончания процесса перераспределения нагрузки, а если больше, то определения для газоперекачивающего агрегата, имеющего максимальное значение коэффициента чувствительности, величины отрицательного запаса регулирования по мощности, а для газоперекачивающего агрегата, имеющего минимальное значение коэффициента чувствительности, определения величины положительного запаса регулирования по мощности, сравнения полученных величин запасов регулирования по мощности газоперекачивающих агрегатов, имеющих минимальное и максимальное значения коэффициента чувствительности, с величиной рабочего изменения мощности и, если хотя бы у одного из выбранных газоперекачивающих агрегатов величина запаса регулирования по мощности не превосходит величину рабочего изменения мощности, то исключения соответствующего газоперекачивающего агрегата из дальнейшего процесса перераспределения нагрузки, определения числа оставшихся в процессе перераспределения нагрузки газоперекачивающих агрегатов и, если число газоперекачивающих агрегатов меньше двух, то окончания процесса перераспределения нагрузки, а если два и более, то повторения для этих газоперекачивающих агрегатов процесса перераспределения нагрузки с момента выбора коэффициентов чувствительности, имеющих минимальное и максимальное значение, если же у каждого из обоих выбранных газоперекачивающих агрегатов запас регулирования по мощности превосходит величину рабочего изменения мощности, то увеличения у газоперекачивающего агрегата, имеющего минимальный коэффициент чувствительности, мощности на величину рабочего изменения мощности, а у газоперекачивающего агрегата, имеющего максимальный коэффициент чувствительности, уменьшения мощности на эту же величину и перехода к следующему циклу перераспределения нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами после окончания переходных процессов, вызванных изменением мощности газоперекачивающих агрегатов, а также тем, что определение коэффициента чувствительности каждого газоперекачивающего агрегата производят путем модуляции скорости вращения данного газоперекачивающего агрегата инфранизкой частотой F с амплитудой модуляции Δn, одновременного определения приращения суммарного расхода топливного газа по компрессорному цеху и приращения параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата, после окончания переходного процесса и деления приращения расхода топливного газа на приращение параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой в газопровод данным газоперекачивающим агрегатом, при этом величину инфранизкой частоты F выбирают в пределах от 0,005 до 0,02 Гц, величину амплитуды Δn в пределах от 0,005 до 0,01 n_ном, а модуляцию производят в течение 4-11 периодов инфранизкой частоты и тем, что в качестве параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата, используют приращение расхода транспортируемого газа на выходе ΔQ_вых или на входе ΔQ_вх компрессорного цеха, или приращение давления транспортируемого газа на выходе ΔР_вых или на входе ΔР_вх компрессорного цеха.

Введение перераспределения нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами при стабильном режиме работы компрессорного цеха, которое производят циклически, перераспределяя нагрузку между отдельными газоперекачивающими агрегатами путем определения коэффициента чувствительности каждого газоперекачивающего агрегата, характеризующего приращение суммарного расхода топливного газа компрессорного цеха, по отношению к приращению мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности i-го газоперекачивающего агрегата, выбора коэффициентов чувствительности, имеющих минимальное и максимальное значение, и увеличения мощности газоперекачивающего агрегата, имеющего минимальный коэффициент чувствительности, на величину рабочего изменения мощности и уменьшения на такую же величину мощности газоперекачивающего агрегата, имеющего максимальный коэффициент чувствительности, позволяет при сохранении стабильного режима работы компрессорного цеха уменьшить суммарный расход топливного газа.

На чертежах приведены:
фиг.1 - схема системы управления, реализующей предлагаемый способ;
фиг.2 - схема блока управления газоперекачивающим агрегатом;
фиг.3 - схема подключения измерителей параметров;
фиг.4 - схема алгоритма процесса перераспределения нагрузки между газоперекачивающими агрегатами;
фиг.5 - схема алгоритма определения коэффициента чувствительности газоперекачивающего агрегата.

В качестве примера реализации предлагаемого способа на фиг.1 приведена система управления.

Так как в качестве параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата можно использовать приращение расхода транспортируемого газа на выходе ΔQ_вых или на входе ΔQ_вх компрессорного цеха или приращение давления транспортируемого газа на выходе ΔР_вых или на входе ΔР_вх компрессорного цеха, то при описании предлагаемого способа в дальнейшем рассматривается в качестве примера параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата, расход транспортируемого газа на выходе компрессорного цеха.

Система управления (фиг.1) содержит разностное звено 1, регулятор 2, ко входу которого подключен выход разностного звена 1, блок 3 перераспределения нагрузки, блок 4 распределения нагрузки, вторые входы которого соединены с первыми выходами блока 3 перераспределения нагрузки, к четвертым входам которого подключены вторые выходы блока 4 распределения нагрузки, блоки управления газоперекачивающими агрегатами 5-1, 5-2,..., 5-n, (n - максимальный номер газоперекачивающего агрегата), первые выходы которых подключены к первым входам блока распределения нагрузки 4, каждый из первых выходов которого соединен со вторым входом соответствующего блока управления газоперекачивающим агрегатом 5-1, 5-2,..., 5-n, к третьему входу каждого из которых подключен соответствующий второй выход блока 3 перераспределения нагрузки, газоперекачивающие агрегаты 6-1, 6-2,..., 6-n, управляющие входы каждого из которых соединены со вторыми выходами соответствующего блока управления газоперекачивающим агрегатом 5-1, 5-2,..., 5-n, к четвертым входам каждого из которых подключены информационные выходы соответствующего газоперекачивающего агрегата 6-1, 6-2,..., 6-n, а к первым входам всех блоков управления газоперекачивающими агрегатами 5-1, 5-2,..., 5-n подключен выход регулятора 2, входную шину 7 измеренных значений стабилизируемого режимного параметра, которая соединена с первым входом разностного звена 1, входную шину 8 значения уставки стабилизируемого режимного параметра, которая соединена со вторым входом разностного звена 1, входную шину 9 измеренных значений параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата, которая соединена с первым входом блока 3 перераспределения нагрузки, входную шину 10 измеренных значений расхода топливного газа по компрессорному цеху, которая соединена со вторым входом блока 3 перераспределения нагрузки, входную шину 11 разрешения перераспределения нагрузки, которая подключена к третьему входу блока 3 перераспределения нагрузки.

Блоки управления газоперекачивающими агрегатами 5-1, 5-2,..., 5-n выполнены по одной схеме и каждый из них предназначен для автоматического управления одним газоперекачивающим агрегатом и один блок управления газоперекачивающим агрегатом, например 5-1, содержит (фиг.2) умножитель 12, входы которого соединены с первым и вторым входами блока управления газоперекачивающим агрегатом 5-1, разностное звено 13, ко второму входу которого подключен выход умножителя 12, регулятор газоперекачивающего агрегата 14, первый вход которого соединен с выходом разностного звена 13, систему автоматического управления газоперекачивающим агрегатом 15, к первому входу которой подключен выход регулятора газоперекачивающего агрегата 14, второй вход которого соединен с третьим входом блока управления газоперекачивающим агрегатом 5-1, четвертые входы которого подключены ко вторым входам системы автоматического управления газоперекачивающим агрегатом 15, первый выход которой соединен с первым входом разностного звена 13, вторые выходы системы автоматического управления газоперекачивающим агрегатом 15 подключены к первым выходам блока управления газоперекачивающим агрегатом 5-1, третьи выходы системы автоматического управления газоперекачивающим агрегатом 15 подключены ко вторым выходам блока управления газоперекачивающим агрегатом 5-1.

На фиг.3 в качестве примера приведена упрощенная схема включения газоперекачивающих агрегатов 6-1, 6-2,..., 6-n, на которой показаны измерители параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата, которые могут использоваться, и места их подключения.

Схема включения газоперекачивающих агрегатов (фиг.3) содержит газоперекачивающие агрегаты компрессорного цеха 6-1, 6-2,..., 6-n, входной газопровод 16 компрессорного цеха, входной коллектор компрессорного цеха 17, подключенный к входам транспортируемого газа газоперекачивающих агрегатов 6-1, 6-2,..., 6-n и соединенный с входным газопроводом 16, трубопровод топливного газа 18 компрессорного цеха, коллектор топливного газа 19, подключенный к входам топливного газа газоперекачивающих агрегатов 6-1, 6-2,..., 6-n и соединенный с трубопроводом топливного газа 18, выходной коллектор 20 компрессорного цеха, подключенный к выходам газоперекачивающих агрегатов 6-1, 6-2,..., 6-n, выходной газопровод 21, соединенный с выходным коллектором 20, измеритель 22 расхода топливного газа, установленный в трубопроводе топливного газа 18 перед коллектором топливного газа 19, измеритель 23 расхода газа на входе компрессорного цеха, устанавливаемый во входном газопроводе 16 перед входным коллектором 17, измеритель 24 расхода газа на выходе компрессорного цеха, устанавливаемый в выходном газопроводе 21 после выходного коллектора 20, датчик давления 25 на входе компрессорного цеха, подключаемый к входному коллектору 17, датчик давления 26 на выходе компрессорного цеха, подключаемый к выходному коллектору 20. При реализации способа используется только один из измерителей 23, 24 и датчиков 25, 26, при этом можно как устанавливать необходимый прибор, так и использовать уже имеющийся прибор (в том случае, если он имеется в компрессорном цехе). Информационные выходы измерителя расхода топливного газа 22 подключены к шине 10, а информационные выходы использованного прибора - одного из измерителей расхода 23, 24 или датчиков 25, 26 подключены к шине 9. Приведенная на фиг.3 параллельная схема включения газоперекачивающих агрегатов также является примером, так как предлагаемый способ регулирования компрессорного цеха может применяться при любой другой схеме включения газоперекачивающих агрегатов в компрессорном цехе - параллельной, последовательной или комбинированной.

Разностное звено 1 предназначено для определения рассогласования измеренного значения стабилизируемого режимного параметра (Р_вых, Q_вых или ε) и значения уставки этого параметра, выработки и выдачи на выход сигнала рассогласования.

Регулятор 2 формирует уставку по суммарной мощности всех агрегатов компрессорного цеха. обеспечивающей достижение стабилизируемым параметром установленного значения.

Блок перераспределения нагрузки 3 предназначен для осуществления процесса перераспределения нагрузки между газоперекачивающими агрегатами и реализует алгоритмы, приведенные на фиг.4 и 5.

Блок распределения нагрузки 4 предназначен для определения и хранения текущих значений коэффициентов распределения нагрузки α_i, а также для определения величин положительного и отрицательного запаса регулирования по мощности каждого газоперекачивающего агрегата как при поддержании стабильного значения заданного режимного параметра, так и при перераспределении нагрузки, определяемых по измеренным рабочим параметрам газоперекачивающего агрегата.

Газоперекачивающие агрегаты 6-1, 6-2,... 6-n, с одной стороны, являются технологическими объектами и, соответственно, имеют технологические входы - топливного газа и транспортируемого газа и технологический выход - выход транспортируемого газа, а с другой стороны, являются объектами регулирования и, соответственно, имеют управляющие входы и информационные выходы.

Умножитель 12 предназначен для определения уставки по мощности для конкретного газоперекачивающего агрегата путем умножения уставки по мощности компрессорного цеха на коэффициент распределения нагрузки данного газоперекачивающего агрегата.

Регулятор газоперекачивающего агрегата 14 формирует уставку по скорости вращения конкретного газоперекачивающего агрегата, обеспечивающую достижение этим агрегатом установленного значения мощности.

Система автоматического управления 15 является стандартной системой и включает в себя средства управления подачей топливного газа и средства управления антипомпажным клапаном.

На шины 7 и 8 подаются соответственно измеряемое значение стабилизируемого режимного параметра и его уставки - значение, которое необходимо поддерживать на выходе компрессорного цеха.

На шины 9 и 10 подаются измеряемые при модуляции скорости вращения газоперекачивающего агрегата в процессе перераспределения нагрузки мгновенные значения расходов транспортируемого и топливного газа для определения приращений транспортируемого и топливного газа способом, описанным в качестве примера ниже, или переменные составляющие соответственно параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата и расхода топливного газа при наличии соответствующих средств измерения.

На шину 11 оператором компрессорного цеха подается сигнал, разрешающий начало процесса перераспределения нагрузки газоперекачивающих агрегатов.

Способ регулирования компрессорного цеха реализуют следующим образом.

Предварительно рассмотрим параметры и величины, использованные при реализации предлагаемого способа.

Стабилизируемый режимный параметр - параметр, который необходимо поддерживать на заданном уровне в процессе работы компрессорного цеха. В качестве стабилизируемого режимного параметра используют или давление на выходе компрессорного цеха P_вых, или расход газа на выходе компрессорного цеха Q_вых, или степень сжатия газа ε.

Коэффициент чувствительности газоперекачивающего агрегата β_i характеризует приращение суммарного расхода топливного газа компрессорного цеха по отношению к приращению мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности i-го газоперекачивающего агрегата. В качестве параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой в газопровод, используются приращение расхода транспортируемого газа на выходе ΔQ_вых или на входе ΔQ_вх компрессорного цеха, или приращение давления транспортируемого газа на выходе ΔР_вых или на входе ΔР_вх компрессорного цеха.

Заданное значение Δβ разности максимального и минимального коэффициентов чувствительности определяется разрешающей способностью измерителя расхода топливного газа и измерителя параметра (выбранного из указанных выше параметров ΔQ_вых, ΔQ_вх, ΔP_вых или ΔP_вх), характеризующего мощность, отдаваемую в газопровод данным газоперекачивающим агрегатом, и определяет ширину зоны значений коэффициентов чувствительности, в которой коэффициенты чувствительности считаются равными.

Запас регулирования по мощности газоперекачивающего агрегата положительный ΔN_i ⁺ и отрицательный ΔN_i ^- - это максимально-допустимые приращения мощности газоперекачивающего агрегата (в сторону увеличения или уменьшения), которые переводят рабочую точку газоперекачивающего агрегата соответственно на левую или правую границу области допустимых режимов. Запас регулирования по мощности газоперекачивающего агрегата определяют путем измерения его рабочих параметров и сравнения их с соответствующими граничными значениями.

Рабочее изменение мощности ΔN - это неизменное по абсолютной величине для данного компрессорного цеха положительное или отрицательное приращение мощности газоперекачивающего агрегата, которое используется при перераспределении нагрузки между газоперекачивающими агрегатами. Величина ΔN выбирается опытным путем и составляет от 2 до 5% от номинальной мощности газоперекачивающего агрегата компрессорного цеха.

Используемая при модуляции скорости вращения газоперекачивающего агрегата инфранизкая частота F и ее амплитуда Δn выбираются по величине таким образом, чтобы при модуляции практически не нарушался режим работы компрессорного цеха, то есть чтобы изменения скорости вращения газоперекачивающего агрегата, вызванные модуляцией, были соизмеримы с изменениями его скорости вращения, вызванными действующими флуктуациями расхода газа через нагнетатель газоперекачивающего агрегата, и, кроме того, при выборе величины частоты F учитывают степень затухания колебаний газа в зависимости от расстояния между нагнетателями газоперекачивающих агрегатов и измерителем параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод, при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата и измерителем расхода топливного газа от входов газоперекачивающих агрегатов. По экспериментальным данным определено, что частота F должна находиться в пределах от 0,005 до 0,02 Гц, а амплитуда модуляции Δn в пределах от 0,005 до 0,01 n_ном.

Запуск компрессорного цеха, включение и выключение газоперекачивающих агрегатов и других объектов компрессорного цеха, вывод компрессорного цеха на режим поддержания заданного значения режимного параметра и другие операции управления выполняются известными способами и не рассматриваются в данном техническом решении.

Поддержание стабильного значения заданного режимного параметра осуществляют следующим образом.

После окончания указанных операций запуска значение стабилизируемого режимного параметра равно в пределах допуска заданному значению. При этом на первых выходах блока распределения нагрузки 4 находятся значения коэффициентов распределения нагрузки α_i, а на вторых - величины запасов регулирования по мощности газоперекачивающих агрегатов положительные ΔN_i ⁺ и отрицательные ΔN_i ^-, определяемые по его измеренным рабочим параметрам, на шине 8 находится значение уставки - значение режимного параметра, который необходимо поддерживать стабильным на выходе компрессорного цеха, на шину 7 поступает измеренное значение этого же параметра. При отклонении значения стабилизируемого режимного параметра от уставки разностное звено 1 выдает сигнал рассогласования, по которому регулятор 2 формирует уставку по мощности компрессорного цеха, необходимую для поддержания заданного значения стабилизируемого режимного параметра. В каждом из блоков управления газоперекачивающими агрегатами 5-1, 5-2,..., 5-n умножитель 12 умножает сформированную уставку по мощности на коэффициент распределения нагрузки α_i конкретного газоперекачивающего агрегата, формируя, таким образом, уставку по мощности данного газоперекачивающего агрегата, необходимую для вывода стабилизируемого режимного параметра компрессорного цеха на заданное значение, системой автоматического управления 15 газоперекачивающего агрегата.

Перераспределение нагрузки между газоперекачиваюшими агрегатами производится следующим образом.

При заданном значении стабилизируемого режимного параметра по команде оператора, поданной на шину 11, осуществляется перераспределение суммарной нагрузки компрессорного цеха между газоперекачивающими агрегатами 6-1, 6-2,. . . , 6-n таким образом, чтобы после окончания перераспределения были равны коэффициенты чувствительности или всех газоперекачивающих агрегатов, или только тех газоперекачивающих агрегатов, которые не вышли в процессе перераспределения нагрузки на границы области допустимых режимов (это произойдет, если у всех газоперекачивающих агрегатов, коэффициенты чувствительности которых отличаются между собой на величину, большую заданной Δβ, рабочие точки будут передвинуты к границам областей допустимых значений).

Блок 3 перераспределения нагрузки запоминает команду на начало перераспределения нагрузки и начинает циклически выполнять перераспределение нагрузки между газоперекачивающими агрегатами. В каждом цикле блок 3 перераспределения нагрузки производит определение коэффициентов чувствительности β_i газоперекачивающих агрегатов (6-1, 6-2,..., 6-n). После окончания определения набора коэффициентов чувствительности всех газоперекачивающих агрегатов блок 3 перераспределения нагрузки выбирает коэффициенты чувствительности, имеющие минимальное β_j и максимальное β_z значение, вычисляет их разность β_z-β_j, сравнивает ее с заданным значением Δβ, которое предварительно вводится в него. Если полученная разность меньше заданного значения Δβ, то перераспределение нагрузки оканчивается, так как коэффициенты чувствительности равны в пределах допускаемого разброса их значений. Если полученная разность не меньше заданного значения Δβ, то блок 3 перераспределения нагрузки выбирает из положительных и отрицательных значений запасов регулирования по мощности газоперекачивающих агрегатов, поступающих на его четвертые входы со вторых выходов блока распределения нагрузки 4, значения положительного запаса регулирования по мощности j-го газоперекачивающего агрегата ΔN_j ⁺ и отрицательного запаса регулирования по мощности z-го газоперекачивающего агрегата ΔN_z ^- и сравнивает значения этих запасов ΔN_j ⁺ и ΔN_z ^- с величиной рабочего изменения мощности ΔN.

Если хотя бы одна из величин запасов ΔN_j ⁺ и ΔN_z ^- не превосходит по модулю величину рабочего изменения мощности - ΔN, то соответствующий газоперекачивающий агрегат j-ый или z-ый исключают из дальнейшего процесса перераспределения нагрузки. Далее блок 3 перераспределения нагрузки определяет число оставшихся в процессе перераспределения нагрузки газоперекачивающих агрегатов m. Если число m меньше двух, то процесс перераспределения нагрузки оканчивают, а если m равно двум и более, то для этих газоперекачивающих агрегатов повторяется процесс перераспределения нагрузки с момента выбора коэффициентов чувствительности, имеющих минимальное и максимальное значение.

Если же обе величины запасов ΔN_j ⁺ и N_z ^- превосходят по модулю величину рабочего изменения мощности ΔN, то у j-го газоперекачивающего агрегата, имеющего минимальный коэффициент чувствительности, мощность увеличивают на величину рабочего изменения мощности ΔN, а у z-го газоперекачивающего агрегата, имеющего максимальный коэффициент чувствительности, мощность уменьшают на эту же величину ΔN, для этого блок 3 перераспределения нагрузки выдает в блок 4 распределения нагрузки величины приращения коэффициента распределения нагрузки Δα j-го и z-го газоперекачивающих агрегатов и переходят к следующему циклу перераспределения нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами после окончания переходных процессов, вызванных изменением мощности газоперекачивающих агрегатов. Процесс перераспределения нагрузки между газоперекачивающими агрегатами иллюстрируется алгоритмом, приведенным на фиг.4.

Определение значений коэффициентов чувствительности β_i газоперекачивающих агрегатов производится следующим образом.

При появлении команды на начало определения коэффициентов чувствительности блок 3 перераспределения нагрузки устанавливает номер i газоперекачивающего агрегата, коэффициент чувствительности которого нужно определять, и начинает модуляцию его скорости вращения инфранизкой частотой F с амплитудой модуляции Δn, а именно блок 3 выдает на регулятор 14 газоперекачивающего агрегата сигнал на увеличение скорости вращения газоперекачивающего агрегата 6-i на величину Δn. Регулятор 14 суммирует сигнал, выработанный по сигналу рассогласования от разностного звена 13, с сигналом, полученным от блока 3, и выдает в систему автоматического управления 15 суммарный сигнал - сигнал на увеличение скорости вращения газоперекачивающего агрегата 6-i до величины n+Δn. Через время, равное половине периода инфранизкой частоты, блок 3 выдает на регулятор газоперекачивающего агрегата 14 блока управления газоперекачивающим агрегатом 5-i сигнал на уменьшение скорости вращения газоперекачивающего агрегата 6-i на величину 2•Δn. Регулятор 14 суммирует сигнал, выработанный по сигналу рассогласования от разностного звена 13, с сигналом, полученным от блока 3, и выдает в систему автоматического управления 15 суммарный сигнал - сигнал на уменьшение скорости вращения газоперекачивающего агрегата 6-i до величины n-Δn. Через время, равное половине периода инфранизкой частоты, блок 3 повторяет аналогично увеличение и уменьшение скорости вращения газоперекачивающего агрегата 6-i на ±Δn относительно исходной скорости вращения. Длительность модуляции составляет от 4-х до 11-ти периодов инфранизкой частоты (число периодов задает оператор, исходя из желаемой точности определения приращений расхода газа).

После окончания переходного процесса, вызванного модуляцией, начиная со второго периода инфранизкой частоты (на основе экспериментальных данных установлено, что переходный процесс установления модуляции меньше минимального периода инфранизкой частоты F), определяют приращения расхода топливного и транспортируемого газа. Последнее осуществляют, например, следующим образом. В течение 3-10 периодов инфранизкой частоты блок 3 перераспределения нагрузки фиксирует результаты измерения расходов газа измерителями расхода 22 и 24 одновременно, величины которых блок 3 запоминает. Измерения расходов газа и их фиксацию производят после установления заданной скорости вращения (n+Δn или n-Δn) периодически с периодом, обеспечивающим получение 20-100 измерений расходов за полупериод инфранизкой частоты.

Результаты измерений запоминают раздельно по полупериодам инфранизкой частоты модулирования, отдельно измерения в положительные полупериоды q_ik ⁺ и Q_ik ⁺ и отдельно в отрицательные q_ik ^- и Q_ik ^- полупериоды инфранизкой частоты. После окончания установленного числа периодов инфранизкой частоты блок 3 прекращает фиксацию измерений расходов. Запомненные в блоке 3 перераспределения нагрузки результаты измерения расходов каждого вида газа в течение всего времени фиксации (в течение 3-10 периодов F) усредняются также раздельно по положительным и по отрицательным полупериодам инфранизкой частоты и в результате получаются средние положительные значения расхода топливного q_i ⁺ и транспортируемого газа Q_i ⁺ и средние отрицательные значения расхода топливного q_i ^- и транспортируемого газа Q_i ^-:


где k - номер текущего зафиксированного измерения;
K - номер последнего зафиксированного измерения.

После этого определяют приращения за время модуляции топливного газа Δq_i= q_i ⁺-q_i ^- и транспортируемого газа на выходе компрессорного цеха ΔQ_i= Q_i ⁺-Q_i ^-. Далее вычисляют коэффициент чувствительности i-го газоперекачивающего агрегата β_i = Δq_i/ΔQ_i. Описанный процесс повторяют для всех газоперекачивающих агрегатов, участвующих в перераспределении нагрузки. Процесс определения значений коэффициентов чувствительности β_i газоперекачивающих агрегатов иллюстрируется алгоритмом, приведенным на фиг.5.

Изобретение относится к регулированию технологических процессов и может быть использован в газовой промышленности на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Способ регулирования компрессорного цеха, включающий управление режимом работы компрессорного цеха путем стабилизации значения одного из режимных параметров - Р_вых, Q_вых или ε, управление скоростью вращения и антипомпажное регулирование каждого газоперекачивающего агрегата, включающее контроль удаленности рабочей точки центробежного нагнетателя от границ рециркуляции и управление антипомпажным клапаном нагнетателя, циклическое перераспределение нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами при сохранении стабильного режима работы компрессорного цеха путем увеличения мощности газоперекачивающего агрегата, имеющего минимальное значение коэффициента чувствительности, характеризующего приращение суммарного расхода топливного газа компрессорного цеха по отношению к приращению мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод при изменении мощности i-го газоперекачивающего агрегата, и уменьшения мощности газоперекачивающего агрегата, имеющего максимальное значение коэффициента чувствительности. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности работы компрессорного цеха путем минимизации суммарного расхода топливного газа по компрессорному цеху при сохранении режима стабилизации выбранного режимного параметра (Р_вых, Q_вых или ε). 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ регулирования компрессорного цеха, включающий управление режимом работы компрессорного цеха путем стабилизации значения одного из режимных параметров - Р_вых, Q_вых или ε, управление скоростью вращения и антипомпажное регулирование каждого газоперекачивающего агрегата, включающее контроль удаленности рабочей точки центробежного нагнетателя от границ рециркуляции и управление антипомпажным клапаном нагнетателя, отличающийся тем, что дополнительно при стабильном режиме работы компрессорного цеха производят циклически перераспределение нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами путем определения коэффициента чувствительности каждого газоперекачивающего агрегата, характеризующего приращение суммарного расхода топливного газа компрессорного цеха по отношению к приращению мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод при изменении мощности i-го газоперекачивающего агрегата, выбора коэффициентов чувствительности, имеющих минимальное и максимальное значение, вычисления их разности, сравнения полученной разности с заданным значением и, если полученная разность меньше заданного значения, то окончания процесса перераспределения нагрузки, а если больше, то определения для газоперекачивающего агрегата, имеющего максимальное значение коэффициента чувствительности, величины отрицательного запаса регулирования по мощности, а для газоперекачивающего агрегата, имеющего минимальное значение коэффициента чувствительности, определения величины положительного запаса регулирования по мощности, сравнения полученных величин запасов регулирования по мощности газоперекачивающих агрегатов, имеющих минимальное и максимальное значения коэффициента чувствительности, с величиной рабочего изменения мощности и, если хотя бы у одного из выбранных газоперекачивающих агрегатов величина запаса регулирования по мощности не превосходит величину рабочего изменения мощности, то исключения соответствующего газоперекачивающего агрегата из дальнейшего процесса перераспределения нагрузки, определения числа оставшихся в процессе перераспределения нагрузки газоперекачивающих агрегатов и, если число газоперекачивающих агрегатов меньше двух, то окончания процесса перераспределения нагрузки, а, если два и более, то повторения для этих газоперекачивающих агрегатов процесса перераспределения нагрузки с момента выбора коэффициентов чувствительности, имеющих минимальное и максимальное значение, если же у каждого из обоих выбранных газоперекачивающих агрегатов запас регулирования по мощности превосходит величину рабочего изменения мощности, то увеличения у газоперекачивающего агрегата, имеющего минимальный коэффициент чувствительности, мощности на величину рабочего изменения мощности, а у газоперекачивающего агрегата, имеющего максимальный коэффициент чувствительности, уменьшения мощности на эту же величину и перехода к следующему циклу перераспределения нагрузки между отдельными газоперекачивающими агрегатами после окончания переходных процессов, вызванных изменением мощности газоперекачивающих агрегатов. 2. Способ регулирования компрессорного цеха по п. 1, отличающийся тем, что определение коэффициента чувствительности каждого газоперекачивающего агрегата производят путем модуляции скорости вращения данного газоперекачивающего агрегата инфранизкой частотой - F с амплитудой модуляции Δn, одновременного определения приращения суммарного расхода топливного газа по компрессорному цеху и приращения параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата, после окончания переходного процесса и деления приращения расхода топливного газа на приращение параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой в газопровод данным газоперекачивающим агрегатом, при этом величину инфранизкой частоты - F выбирают в пределах от 0,005 до 0,02 Гц, величину амплитуды - Δn в пределах от 0,005 до 0,01 n_ном, а модуляцию производят в течение 4-11 периодов инфранизкой частоты. 3. Способ регулирования компрессорного цеха по п. 1, отличающийся тем, что в качестве параметра, характеризующего приращение мощности, отдаваемой компрессорным цехом в газопровод при изменении мощности данного газоперекачивающего агрегата, используют приращение расхода транспортируемого газа на выходе - ΔQ_вых или на входе - ΔQ_вх компрессорного цеха, или приращение давления транспортируемого газа на выходе - ΔР_вых или на входе - ΔР_вх компрессорного цеха.