СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ПОДАЧИ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА В МАГИСТРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОПРОВОД Российский патент 2020 года по МПК F04D15/00 F04D13/14 

Изобретение относится к области добычи и подготовки газового конденсата к дальнему транспорту, в частности, к автоматическому управлению насосными агрегатами для прокачки жидкости, обеспечивающими подачу газового конденсата в магистральный конденсатопровод (МКП).

Известен способ управления параллельно работающими двумя насосными агрегатами [патент SU №1557354], каждый из которых связан с напорным всасывающим трубопроводом посредством прямых трубопроводов, соединенных с байпасами, и приводится в движение асинхронными двигателями. С целью улучшения энергетических показателей путем уменьшения потребления реактивной энергии асинхронными двигателями, контролируют момент нагрузки каждого из указанных двигателей. В случае недогрузки одного из них открывают задвижку байпаса полностью загруженного двигателя, при этом контролируют ток не догруженного двигателя, и при достижении током номинального значения прекращают открытие задвижки байпаса полностью нагруженного двигателя.

Недостатками данного способа является:

- большие потери энергии, расходуемой на циркуляцию жидкости в системе из-за использования байпасных линий для распределения нагрузки между насосными агрегатами;

- снижение надежности подачи жидкости в МКП из-за использования только двух насосных агрегатов, т.к. при отказе одного насосного агрегата вся нагрузка ложится на второй насосный агрегат, в результате чего система может выйти на режим работы за границу своих возможностей;

- неравномерная загрузка насосных агрегатов, может привести к выходу из строя более загруженного насосного агрегата ранее срока, регламентируемого его технической документацией.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в МКП (патент РФ №2647288). Способ предусматривает управление производительностью параллельно работающих насосных агрегатов, каждый из которых связан патрубками с всасывающим трубопроводом, а их напорные трубопроводы входят в коллектор МКП. Общий коллектор, к которому подключены насосные агрегаты, оснащают датчиком расхода газового конденсата, а электродвигатель (ЭД) каждого насосного агрегата подключают к индивидуальному преобразователю частоты и оснащают датчиком тока в силовой линии электропитания. Управление производительностью параллельно работающих насосных агрегатов осуществляют путем изменения частоты питающего трехфазного напряжения, поступающего на ЭД каждого насосного агрегата от его частотного преобразователя, при этом задание на изменение частоты преобразователя выдает индивидуальный пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор. На вход задания SP каждого ПИД-регулятора оператор установки комплексной подготовки газа (УКПГ) задает плановое значение расхода конденсата в МКП, а на вход обратной связи PV всех ПИД-регуляторов подают сигнал с датчика расхода газового конденсата, установленного на коллекторе МКП. Величина коэффициента пропорциональности К_{п_эд} для каждого ПИД-регулятора задается значением тока в управляемом им двигателе по функциональной зависимости:

К_{п_эд}=ƒ(А_эд).

Система построена так, что при запуске, для повышения надежности ее функционирования, в работу одновременно запускается два насосных агрегата. Если усредненные значения тока одного из ЭД этих двух насосных агрегатов достигнут своего максимального значения, то автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) вводит в эксплуатацию третий насосный агрегат. А если усредненные значения тока одного из ЭД этих трех насосных агрегатов достигли максимального значения, то АСУ ТП вводит в эксплуатацию следующий насосный агрегат и т.д. И наоборот, если усредненные значения тока одного из ЭД насосных агрегатов упали ниже своего номинального значения, то АСУ ТП выводит из эксплуатации в резерв этот насосный агрегат, и т.д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока в системе не будут функционировать одновременно два насосных агрегата. А общее количество насосных агрегатов определяется производительностью УКПГ и требованиям к резервированию мощностей для безаварийной работы.

Существенным недостатком данного способа является то, что при изменении гидравлического сопротивления во время подачи газового конденсата из буферной емкости в МКП, а также при вводе в эксплуатацию или перед выводом из эксплуатации очередного насосного агрегата последний насосный агрегат всегда работает в облегченном режиме, что приводит к неравномерной их загрузке. Это может привести к преждевременному выходу из строя наиболее загруженного насосного агрегата.

Для предотвращения попадания загрязняющих веществ в МПК, на входе каждого насосного агрегата, как правило, устанавливают фильтры тонкой очистки. Очевидно, что в процессе работы загрязнение этих фильтров происходит не равномерно. Как следствие этого на входе насосных агрегатов возникают разные гидравлические сопротивления, и в результате нагрузка на насосные агрегаты изменяется и становится не равномерной. Кроме этого, при вводе в эксплуатацию или перед выводом из эксплуатации очередного насосного агрегата, последний насосный агрегат всегда берет на себя ту нагрузку, которую не смогли обеспечить предыдущие насосные агрегаты и, как правило, эта нагрузка, значительно меньше, чем у предыдущих насосных агрегатов.

Целью настоящего изобретение является поддержание заданного расхода прокачки газового конденсата в МКП с высокой надежностью и минимальными энергозатратами путем автоматического равномерного распределения нагрузки между параллельно соединенными насосными агрегатами (количество насосных агрегатов определяется производительностью УКПГ по уровню добычи конденсата и требованиями к резервированию мощностей для безаварийной работы).

Техническими результатом, достигаемым от реализации изобретения, является автоматическое равномерное распределение нагрузки между параллельно работающими насосными агрегатами при подаче газового конденсата в МПК.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в МКП предусматривает АСУ ТП, управляющую работой параллельно работающих насосных агрегатов. Каждый из насосных агрегатов связан патрубками с всасывающим трубопроводом, а их напорные трубопроводы входят в МКП, который оснащен датчиком расхода газового конденсата, установленным за коллектором. ЭД каждого насосного агрегата подключен к индивидуальному преобразователю частоты и оснащен датчиком тока в линии его электропитания, обеспечивающим контроль электрического тока в нем для управления производительностью насосного агрегата путем изменения частоты питающего трехфазного напряжения, поступающего на ЭД от его частотного преобразователя. Задание на изменение частоты вращения ЭД выдает индивидуальный ПИД-регулятор.

АСУ ТП, получив задание по производительности установки комплексной подготовки газа - УКПГ, разделяет все готовые к работе насосные агрегаты численностью n на три группы. В первую группу входит один насосный агрегат - основной. Во вторую группу входит k насосных агрегатов, которые вместе с основным насосным агрегатом обеспечат выполнение плана по подаче газового конденсата в МКП. Эту группу АСУ ТП определяет как работающие. Третью группу численностью (n-k-1) агрегат АСУ ТП относит к группе резервные, и будет их использовать в случае необходимости.

Это разделение на группы АСУ ТП производит с помощью двух блоков коммутации, подключенных к ПИД-регулятору каждого насосного агрегата. Первый блок коммутации коммутирует один из двух типов сигнала задания, и подает требуемый сигнал задания на вход задания SP его ПИД-регулятора в зависимости от группы, в которую включен насосный агрегат. Второй блок коммутации коммутирует один из двух типов сигнала обратной связи, и подает выбранный сигнал на вход обратной связи PV его ПИД-регулятора в зависимости от группы, в которую включен насосный агрегат.

По команде на запуск системы АСУ ТП включает основной насосный агрегат, установив на вход задания SP его ПИД-регулятора с помощью его первого блока коммутации сигнал плана по прокачке газового конденсата в МПК, который устанавливает диспетчер газодобывающего предприятия. Одновременно, используя второй блок коммутации, АСУ ТП подает на вход обратной связи PV ПИД-регулятора основного насосного агрегата сигнал датчика расхода газового конденсата в МКП. После выхода основного насосного агрегата на рабочий режим АСУ ТП последовательно запускает в работу насосные агрегаты из группы работающий. Для этого она, используя первый блок коммутации, подает на вход задания SP их ПИД-регуляторов сигнал, равный значению среднего тока I_ср в линиях электропитания основного насосного агрегата и включенных параллельно с ним насосных агрегатов из группы работающий вместе с вновь подключаемым к ним насосным агрегатом. При этом значение среднего тока I_ср АСУ ТП вычисляет по формуле:

где I_осн. - значение тока в линии электропитания ЭД основного насосного агрегата; I_{раб._k} - значение тока в линии электропитания ЭД i-го включенного и включаемого насосного агрегата из группы работающий.

А на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП, используя их вторые блоки коммутации, подает сигнал с датчиков тока, установленных в линии питания управляемых ими ЭД насосных агрегатов. При этом АСУ ТП осуществляет контроль всех измеряемых параметров и пересчет значений вычисляемых параметров с заданной периодичностью, гарантирующей непрерывность управления технологическим процессом.

В случае увеличения планового задания по добыче конденсата или при достижении значения тока в линии электропитания хотя бы одного из работающих насосных агрегатов своего максимально допустимого значения, определяемого его паспортом, АСУ ТП переводит последовательно необходимое количество насосных агрегатов из группы резервный в группу работающий. Для этого АСУ ТП, используя первый блок коммутации запускаемого насосного агрегата, устанавливает на вход задания SP его ПИД-регулятора сигнал, равный среднему току I_ср, вычисляемому по формуле (1) с учетом текущего значения тока в линии питания ЭД каждого вновь запускаемого насосного агрегата.

В случае снижения планового задания по добыче конденсата или при достижении значения тока в цепи электропитания хотя бы одного из работающих насосных агрегатов своего минимально допустимого значения, определяемого его паспортом, АСУ ТП переводит последовательно необходимое количество насосных агрегатов из группы работающий в группу резервный. Для этого АСУ ТП, используя первый блок коммутации останавливаемого насосного агрегата, устанавливает на вход задания SP его ПИД-регулятора сигнал, равный нулевому значению, и производит пересчет значения среднего тока I_ср, вычисляемого по формуле (1) с учетом вновь отключенного насосного агрегата.

При этом в системе всегда работает минимум два насосного агрегата, один в режиме основной, а второй в режиме работающий. В случае отказа насосного агрегата, работающего в режиме основной, АСУ ТП из группы работающий сразу же переводит один насосный агрегат в режим основной, используя блоки коммутации его ПИД-регулятора. И, соответственно, один насосный агрегат из группы резервный АСУ ТП переводит в группу работающий. Так же, при отказе насосного агрегата из группы работающий, АСУ ТП сразу переводит один насосный агрегат из группы резервный в группу работающий.

В случае, когда задействованы в работе все насосные агрегаты и хотя бы у одного из них в линии питания значение тока достигло своего максимально допустимого значения, АСУ ТП формирует сообщение оператору о необходимости принятия соответствующих управляющих решений для предупреждения нештатных ситуаций в работе системы.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показана структурная схема автоматического управления параллельно работающими насосными агрегатами, подающими газовый конденсат в МКП. На схеме использованы следующие обозначения:

1 - буферная емкость;

2_i - входной фильтр тонкой очистки i-го насосного агрегата (i - номер насосного агрегата, i=1, 2, …, n, где n - число насосных агрегатов на установке);

3_i - i-й насосный агрегат;

4_i - линия электропитания электродвигателя (ЭД) i-го насосного агрегата 3_i;

5 - датчик расхода газового конденсата в МКП;

6 - МКП;

7_i - датчик тока i-го насосного агрегата;

8_i - частотный преобразователь (ЧП) i-го насосного агрегата;

9 - линия электропитания частотных преобразователей;

10 - сигнал уставки - расход газового конденсата в МКП;

11_i - сигнал задания i-му насосному агрегату в группах «резервный» и «работающий»;

12_i - сигнал переключения режима работы блоков коммутации 13_i и 14_i;

13_i - блок коммутации сигнала задания ПИД-регулятору 15_i (первый блок коммутации);

14_i - блок коммутации сигнала обратной связи ПИД-регулятора 15_i (второй блок коммутации);

15_i - ПИД-регулятор i-го насосного агрегата.

Блоки 13_i, 14_i, и ПИД-регулятор 15_i реализованы на базе АСУ ТП.

Автоматическое управление подачей газового конденсата в МКП 6 осуществляется на основе показаний:

- датчика расхода 5, установленного на выходе УКПГ (т.е. в начале МПК, за точками подключения к нему выходов насосных агрегатов);

- датчиков тока 7₁, …, 7_n, установленных на линиях электропитания 4₁, …, 4_n ЭД насосных агрегатов 3₁, …, 3_n.

Нагрузка на каждый насосный агрегат характеризуется значением тока в линии электропитания его ЭД.

Все измерения перечисленных параметров АСУ ТП производит с заданной периодичностью, достаточной для обеспечения непрерывности ведения технологических процессов в автоматическом режиме. Параллельно АСУ ТП с такой же периодичностью уточняет и формирует значения выходных параметров, используемых системой для управления технологическими процессами.

Автоматическое поддержание заданной производительности УКПГ осуществляется группой параллельно включенных насосных агрегатов с равномерным распределением нагрузки между ЭД этих насосных агрегатов. Изменение нагрузки допускается в пределах ограничений их паспортных данных и определяется по значению тока в линии питания ЭД.

Способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в МКП реализуют следующим образом.

При запуске АСУ ТП назначает следующие режимы работы насосных агрегатов:

- «основной»;

- «работающий»;

- «резервный».

Для работы в режиме «основной» назначают один насосный агрегат. На вход задания SP его ПИД-регулятора подают сигнал плана по прокачке газового конденсата в МПК, который устанавливает диспетчер газодобывающего предприятия.

Для работы в режиме «работающий» назначают k насосных агрегатов, обеспечивающих выполнение совместно с насосным агрегатом, функционирующим в режиме «основной», плана по прокачке газового конденсата в МПК, но не менее одного. На вход задания SP этих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал, равный среднему току в линии электропитания насосных агрегатов, функционирующих в режиме «основной» и «работающий», который с заданной периодичностью, определяет по формуле:

где I_осн. - значение тока в линии электропитания ЭД насосного агрегата, работающего в режиме «основной»; I_{раб._k} - значение тока в линии электропитания ЭД i-го насосного агрегата из группы «работающий».

Остальные насосные агрегаты находятся в группе «резервный». На входе задания SP этих ПИД-регуляторов АСУ ТП устанавливает сигнал, равный нулю.

Для перевода насосного агрегата из группы «резервный» в режим «работающий», АСУ ТП подает на вход задания SP его ПИД-регулятора сигнал среднего тока I_ср, значение которого определяется по формуле (1). После выхода агрегата на рабочий режим АСУ ТП пересчитывает значение среднего тока I_ср с учетом вновь подключенного агрегата.

Для перевода насосного агрегата из группы «работающий» в режим «резервный», АСУ ТП подает на вход задания SP этого ПИД-регулятора сигнал «ноль».

Система построена так, что в ней всегда должно работать минимум два насосного агрегата - один в режиме «основной», второй - в режиме «работающий». В случае отказа насосного агрегата, работающего в режиме «основной», АСУ ТП из группы «работающий» один насосный агрегат сразу же переводит в режим «основной». Соответственно один насосный агрегат из группы «резервный» переводится в группу «работающий». При отказе насосного агрегата из группы «работающий» АСУ ТП сразу переводит один насосный агрегат из группы «резервный» в группу «работающий».

Реализации такого алгоритма функционирования системы при отказах насосных агрегатов гарантирует непрерывность прокачки газового конденсата в МКП, что значительно повышает надежность системы.

Суммарное количество насосных агрегатов на УКПГ во всех группах определяется требованиями к ее производительности и надежности подачи газового конденсата в МПК.

Число насосных агрегатов в группах «работающий» и «резервный» определяет АСУ ТП при запуске системы и реализует их распределение по группам с помощью блоков коммутации 13_i и 14_i.

Для включения выбранного насосного агрегата 3₁ в режим «основной» АСУ ТП устанавливает сигнал 12 высокого уровня, т.е. «единицу» на входе In3 его блока 13₁, и на входе In1 его блока 14₁. Остальные насосные агрегаты АСУ ТП держит в группах «работающий» и «резервный», установив сигнал 12 низкого уровня, т.е. «ноль» на входе In3 их блоков 13, и на входе In1 их блоков 14.

Блок коммутации 13, функционирует, используя следующий алгоритм. Когда АСУ ТП на его входе In3 устанавливает сигнал 12, высокого уровня, т.е. «единицу», то он коммутирует сигнал 10 уставки планового задания расхода газового конденсата в МКП, поступающий на его вход In1, на свой выход Q, и далее этот сигнал поступает на вход задания SP его ПИД-регулятора 15_i.

Когда АСУ ТП на входе In3 блока коммутации 13_i устанавливает сигнал 12_i низкого уровня, т.е. «ноль», то он коммутирует - сигнал задания i-му насосному агрегату из группы «резервный» или «работающий», поступающий на его вход In2, на свой выход Q и далее он поступает на вход задания SP ПИД-регулятора 15_i.

Блок коммутации 14_i функционирует, используя следующий алгоритм. Когда на его входе In1 установлен сигнал 12_i высокого уровня, т.е. «единица», то он коммутирует сигнал значения фактического расхода газового конденсата в МКП, поступающий на его вход In3 от датчика 5, на свой выход Q с которого он поступает на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 15_i.

Когда на входе In1 блока коммутации 14_i установлен сигнал 12_i низкого уровня, т.е. «ноль», то он коммутирует сигнал значения тока от датчика 7_i, поступающий на его вход In2 на свой выход Q, с которого он поступает на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 15_i.

Принцип коммутации блоков 13_i и 14_i позволяет АСУ ТП при запуске системы выбрать из имеющихся насосных агрегатов любой для работы в режиме «основной» и в группах «работающий» и «резервный», и оперативно переводить любой агрегат из группы «работающий» в режим «основной», а также из группы «работающий» в группу «резервный» и наоборот.

Благодаря этому значительно повышается надежность подачи газового конденсата в МПК и обеспечивается строгое соблюдение планового задания по его поставке потребителям, даже в случае возникновения отказов во время прокачки газового конденсата в МПК.

Для простоты изложения сути заявки рассмотрим ситуацию, когда при запуске системы для функционирования в режиме «основной» АСУ ТП выбрала насосный агрегат 3₁ (см. фиг.). Для повышения надежности подачи газового конденсата в МПК в качестве второго насосного агрегата АСУ ТП из группы «резервный» выбрала насосный агрегат 3₂ (см. фиг.) и эти два агрегата вместе обеспечивают план по прокачке газового конденсата в МПК.

При запуске системы в работу АСУ ТП устанавливает сигнал 12₁ высокого уровня - «единица» на входе In3 блока 13₁ и на входе In1 блока 14₁ насосного агрегата, назначенного работать в режиме «основной». Соответственно сигнал 10 задания уставки расхода конденсата в МКП Q_{уст_мпк} - плановый уровень подачи газового конденсата в МПК с входа In1 блока 13₁ будет коммутирован на его выход Q, и далее он поступает на вход задания SP ПИД-регулятора 15₁. Одновременно сигнал с датчика расхода 5, установленного на входе в МПК, т.е. сигнал фактического значения расхода конденсата Q_{мпк_ф}, будет поступать на вход In3 блока 14₁, который будет коммутирован на его выход Q и далее он поступит на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 15₁. В результате на выходе CV ПИД-регулятора 15₁ будет формироваться управляющий сигнал, который поступит на вход ЧП 8₁, управляющего частотой вращения ЭД насосного агрегата 3₁, выбранного для работы в режиме «основной».

В это же время насосные агрегаты 3₂, …, 3_n выключены, т.е. находятся в группе «резервный». Это обеспечивается тем, что при запуске системы на входы In2 и In3 их блоков 13₂, …, 13_n, АСУ ТП установит сигналы 11₂, …, 11_n и 12₂, …, 12_n соответствующие низкому уровню, т.е. «ноль». Благодаря этому блоки 13₂, …, 13_n будут коммутировать значение «ноль» сигналов 11₂, …, 11_n на свой выход Q и далее эти сигналы поступят на вход задания SP ПИД-регуляторов 15₂, …, 15_n. В результате эти ПИД-регуляторы на своих выходах CV будут формировать нулевой сигнал, исключающий включение в работу ЧП 8₂, …, 8_n насосных агрегатов 3₂, …, 3_n.

После запуска насосного агрегата 3₁ в режиме «основной» АСУ ТП фиксирует с помощью датчика 7₁ значение тока в линии электропитания 4₁ его ЭД. Для запуска второго насосного агрегата 3₂ АСУ ТП рассчитывает I_ср для этих двух агрегатов по формуле (1), поскольку в начальный момент насосный агрегат 3₂ стоит, то I_ср=I_осн./2 и подает его как сигнал команды 11₂ на включение второго насосного агрегата в режим «работающий» и сигнал задания по развиваемой мощности. Этот сигнал АСУ ТП подает на вход In2 блока 13₂ коммутации сигнала задания ПИД-регулятору 15₂. Так как на входе In3 блока 13₂ АСУ ТП установила сигнал 12₂ - «ноль», то блок 13₂ коммутирует значение сигнала 11₂ со своего входа In2 на свой выход Q, и далее этот сигнал поступает на вход SP задания ПИД-регулятора 15₂. Сигнал 12₂ - «ноль», одновременно поступает и на вход In1 блока 14₂, благодаря чему этот блок коммутирует сигнал фактического значения тока в линии 4₂ электропитания ЭД насосного агрегата 3₂, поступающего от датчика тока 7₂ на вход PV обратной связи ПИД-регулятора 15₂. В результате на выходе CV ПИД регулятора 15₂ формируется управляющий сигнал, который поступает на вход ЧП 8₂, управляющего частотой вращения ЭД насосного агрегата 3₂. В результате этого насосный агрегат 3₂ включается в работу и начинает подавать конденсат в МКП 6, т.е. вызывает рост расхода конденсата в МКП. Повышение расхода конденсата в МКП регистрирует датчик 5, сигнал с которого тут же поступает на вход In3 блока 14₁, коммутируется на его выход Q и далее поступает на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 15₁, вызывая соответствующее снижение его производительности, а значит и потребляемой ток ЭД насосного агрегата 3₁.

АСУ ТП с заданной периодичностью определяет значение тока I_ср по формуле (1) в линиях электропитания ЭД насосных агрегатов 3₁ и 3₂ и сигнал его значения 11₂ устанавливает на входе In2 блока 13₂, коммутирующего его на свой выход Q, и он поступает на вход задания SP ПИД-регулятора 15₂. Благодаря такой взаимосвязи в работе насосных агрегатов 3₁ и 3₂ обеспечивается равномерное распределение заданной планом нагрузки между ними.

Если в последующем значение тока одного из ЭД насосных агрегатов 3₁ и 3₂ достигнет своего максимального значения I_макс, определяемого их паспортом, то АСУ ТП сразу задействует следующий насосный агрегат из находящихся в группе «резервный», используя выше описанным алгоритм и т.д.

В случае снижения задания по подаче газового конденсата в МПК, значение тока I_ср, определяемого по формуле (1) будет, соответственно, снижаться. И если АСУ ТП выявит, что с заданием по подаче газового конденсата в МПК может справиться меньшее число насосных агрегатов, то она переводит один насосный агрегат из группы «работающий» в группу «резервный», например, под номером j (индекс j обозначает номер выбранного насосного агрегата из группы «работающий»). Его отключение происходит путем установки сигнала 11_j «ноль», на входе In2 блока 13_j выбранного АСУ ТП j-го насосного агрегата. Поскольку на входы In3 блоков 13 всех насосных агрегатов, находящихся в группах «работающий» и «резервный» при запуске системы был установлен сигнал 12 «ноль», то блок 13_j сигнал «ноль» с входа 11_j будет коммутировать на свой выход Q и далее на вход задания SP ПИД-регулятора 15_j. В результате ПИД-регулятор 15_j переведет насосный агрегат 3_j из группы «работающий» в группу «резервный».

Если все насосные агрегаты задействованы, и значение тока в их лини электропитания приблизится к максимально допустимому, то АСУ ТП формирует сообщение оператору о достижении насосными агрегатами максимально возможной производительности и необходимости принятия соответствующих управляющих решений.

Коэффициенты ПИД-регуляторам задаются в момент их настройки обслуживающим персоналом на работу в конкретных условиях согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, классический ПИД-регулятор [Интернет ресурс http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning].

Способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в МКП, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном газоконденсатном месторождении на УКПГ 1В, УКПГ 2В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях РФ.

Применение данного способа позволяет автоматически равномерно распределять нагрузку между параллельно работающими насосными агрегатами и исключить их перегрузку при подаче газового конденсата в МПК, что повышает надежность подачи газового конденсата в МПК и увеличивает срок службы насосных агрегатов.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газового конденсата к дальнему транспорту. Способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в магистральный конденсатопровод (МКП) включает автоматизированную систему управления технологическими процессами (АСУ ТП), управляющую работой параллельно работающих насосных агрегатов. Каждый из агрегатов связан с всасывающим трубопроводом, а их напорные трубопроводы входят в коллектор МКП. МКП за коллектором оснащен датчиком расхода конденсата. Электродвигатель (ЭД) каждого агрегата подключен к индивидуальному преобразователю частоты и оснащен датчиком тока в линии его электропитания. Задание на изменение частоты вращения ЭД выдает индивидуальный пропорционально-интегрально-дифференцирующий ПИД-регулятор. АСУ ТП, получив задание по производительности установки комплексной подготовки газа, разделяет все готовые к работе насосные агрегаты на три группы. В первую группу входит один насосный агрегат - основной. Во вторую группу входят агрегаты, которые вместе с основным агрегатом обеспечат выполнение плана по подаче конденсата в МКП. Эту группу АСУ ТП определяет как работающие. Третью группу АСУ ТП относит к группе резервные и будет их использовать в случае необходимости. Разделение на группы АСУ ТП производит с помощью двух блоков коммутации, подключенных к ПИД-регулятору каждого агрегата. Первый блок коммутации коммутирует один из двух типов сигнала задания и подает требуемый сигнал задания на вход задания SP его ПИД-регулятора в зависимости от группы, в которую включен агрегат. Второй блок коммутации коммутирует один из двух типов сигнала обратной связи и подает выбранный сигнал на вход обратной связи PV его ПИД-регулятора в зависимости от группы, в которую включен агрегат. По команде на запуск системы АСУ ТП включает основной агрегат, подав с помощью первого блока коммутации на вход задания SP его ПИД-регулятора сигнал плана по прокачке конденсата в МКП, который устанавливает диспетчер газодобывающего предприятия. Одновременно, используя второй блок коммутации, АСУ ТП подает на вход обратной связи PV ПИД-регулятора основного агрегата сигнал датчика расхода газового конденсата в МКП. После выхода основного насосного агрегата на рабочий режим АСУ ТП последовательно запускает в работу насосные агрегаты из группы работающих. Для этого она, используя первый блок коммутации, подает на вход задания SP их ПИД-регуляторов сигнал, равный значению среднего тока в линиях электропитания основного агрегата и включенных параллельно с ним насосных агрегатов из группы работающих вместе с вновь подключаемым к ним агрегатом. При этом значение среднего тока АСУ ТП вычисляет по формуле, учитывающей значение тока в линии электропитания ЭД основного агрегата, значение тока в линии электропитания ЭД i-го включенного и включаемого агрегата из группы работающих. А на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП, используя их вторые блоки коммутации, подает сигнал с датчиков тока, установленных в линии питания управляемых ими ЭД агрегатов. При этом АСУ ТП осуществляет контроль всех измеряемых параметров и пересчет значений вычисляемых параметров с заданной периодичностью, гарантирующей непрерывность управления технологическим процессом. Изобретение направлено на поддержание заданного расхода перекачиваемого газового конденсата в МКП с высокой надежностью и минимальными энергозатратами путем автоматического равномерного распределения нагрузки между агрегатами. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в магистральный конденсатопровод - МКП, включающий автоматизированную систему управления технологическими процессами - АСУ ТП, управляющую работой параллельно работающих насосных агрегатов, каждый из которых связан патрубками с всасывающим трубопроводом, а их напорные трубопроводы входят в коллектор МКП, который оснащен датчиком расхода газового конденсата, а электродвигатель - ЭД каждого насосного агрегата подключен к индивидуальному преобразователю частоты и оснащен датчиком тока в линии его электропитания, обеспечивающим контроль электрического тока в нем для управления производительностью насосного агрегата путем изменения частоты питающего трехфазного напряжения, поступающего на ЭД от его частотного преобразователя, а задание на изменение частоты которого выдает индивидуальный пропорционально-интегрально-дифференцирующий ПИД-регулятор, отличающийся тем, что АСУ ТП, получив задание по производительности установки комплексной подготовки газа, разделяет все готовые к работе насосные агрегаты численностью n на три группы, один насосный агрегат - основной, k насосных агрегатов, которые вместе с основным насосным агрегатом обеспечат выполнение плана по подаче газового конденсата в МКП, определяет как группу работающие, и (n-k-1) агрегат оставляет в группе резервные, которые будет использовать в случае необходимости, и это разделение на группы АСУ ТП производит с помощью двух блоков коммутации, подключенных к ПИД-регулятору каждого насосного агрегата, первый блок коммутации коммутирует один из двух типов сигнала задания и подает требуемый сигнал задания на вход задания SP его ПИД-регулятора в зависимости от группы, в которую включен насосный агрегат, а второй блок коммутации коммутирует один из двух типов сигнала обратной связи и подает выбранный сигнал на вход обратной связи PV его ПИД-регулятора, в зависимости от группы, в которую включен его насосный агрегат, после чего АСУ ТП включает основной насосный агрегат, установив на вход задания SP его ПИД-регулятора с помощью его первого блока коммутации сигнал плана по прокачке газового конденсата в МКП, который устанавливает диспетчер газодобывающего предприятия, а на вход обратной связи PV его ПИД-регулятора АСУ ТП, используя второй блок коммутации, подает сигнал датчика расхода газового конденсата в МКП, и после выхода основного насосного агрегата на рабочий режим АСУ ТП последовательно осуществляет запуск в работу насосных агрегатов из группы работающий, подавая через их первые блоки коммутации на вход задания SP их ПИД-регуляторов сигнал, равный значению среднего тока I_ср в линиях электропитания основного насосного агрегата и включенных параллельно с ним насосных агрегатов из группы работающий вместе с вновь подключаемым к ним насосным агрегатом, при этом значение среднего тока I_ср АСУ ТП вычисляет по формуле

где I_осн. - значение тока в линии электропитания ЭД основного насосного агрегата; I_{раб._k} - значение тока в линии электропитания ЭД i-го включенного и включаемого насосного агрегата из группы работающий, а на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП, используя их второй блок коммутации, подает сигнал с датчиков тока, установленных в линии питания управляемых ими ЭД насосных агрегатов, при этом АСУ ТП осуществляет контроль всех измеряемых параметров и пересчет значений вычисляемых параметров с заданной периодичностью, гарантирующей непрерывность управления технологическим процессом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при увеличении планового задания по добыче конденсата или при достижении значения тока в линии электропитания хотя бы одного из работающих насосных агрегатов своего максимально допустимого значения, определяемого его паспортом, АСУ ТП переводит последовательно необходимое количество насосных агрегатов из группы резервный в группу работающий, установив через первый блок коммутатора запускаемого насосного агрегата на вход задания SP его ПИД-регулятора сигнал, равный среднему току I_ср, вычисляемому по формуле (1) с учетом текущего значения тока в линии питания ЭД вновь запускаемого насосного агрегата.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае снижения планового задания по добыче конденсата или при достижении значения тока в линии электропитания хотя бы одного из работающих насосных агрегатов своего минимально допустимого значения, определяемого его паспортом, АСУ ТП переводит последовательно необходимое количество насосных агрегатов из группы работающий в группу резервный, используя первый блок коммутации сигнала задания для установки на вход задания SP ПИД-регулятора останавливаемого насосного агрегата сигнал, равный нулевому значению, и производит пересчет значения среднего тока I_ср, вычисляемого по формуле (1), исключив учет в ней отключаемого насосного агрегата.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в системе всегда работает минимум два насосных агрегата, один в режиме основной, а второй в режиме работающий, и в случае отказа насосного агрегата, работающего в режиме основной, АСУ ТП из группы работающий сразу же переводит один насосный агрегат в режим основной, используя блоки коммутации его ПИД-регулятора, и, соответственно, один насосный агрегат из группы резервный переводится в группу работающий, а при отказе насосного агрегата из группы работающий сразу переводит один насосный агрегат из группы резервный в группу работающий.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП в случае, когда задействованы в работе все насосные агрегаты и хотя бы у одного из них в линии питания значение тока достигло своего максимально допустимого значения, формирует сообщение оператору о необходимости принятия соответствующих управляющих решений для предупреждения нештатных ситуаций в работе системы.