СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2023 года по МПК F04D27/00 

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации технологических процессов охлаждения природного газа с применением аппаратов воздушного охлаждения (АВО) и может быть использовано на дожимных компрессорных станциях и установках комплексной подготовки природного газа в условиях Крайнего севера для поддержания технологического режима работы АВО природного газа и его восстановления в течение оптимального времени после исчезновения напряжения в централизованной и автономной системах электроснабжения.

Из уровня техники известна система управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащая блок задания температуры, регулятор, датчик температуры охлаждаемой среды, блок датчиков измерения внешних воздействий, теплообменники с вентиляторами, регулируемые электроприводы вентиляторов, а также сумматор, первый вход которого через датчик температуры охлаждаемой среды соединен с выходом теплообменников, а выход подключен через регулятор к входам электроприводов, выход блока задания температуры соединен со вторым входом сумматора, при этом в систему введены блок расчета коэффициентов регулятора и блок анализа состояния электроприводов, блок расчета коэффициентов регулятора выполнен в виде последовательно соединенных блока фаззификации, блока нечеткого вывода с базой правил и блока дефаззификации, входами блока расчета коэффициентов регулятора являются входы блока фаззификации, а выходами - выходы блока дефаззификации, регулятор выполнен с входами для установки коэффициентов, электроприводы оснащены информационными выходами, входы блока расчета коэффициентов регулятора подключены к выходам блока датчиков измерения внешних воздействий и выходу блока анализа состояния электроприводов, выходы блока расчета коэффициентов регулятора подключены к входам регулятора для установки коэффициентов, входы блока анализа состояния электроприводов соединены с информационными выходами электроприводов (патент на полезную модель RU 124935, МПК F04D 27/00, опубликован 20.02.2013 г.). Недостатком данной полезной модели является использование в АВО многополюсных асинхронных двигателей во взрывозащищенном исполнении, которые могут длительно и надежно работать при частотном регулировании только в диапазоне до половины номинальной скорости вращения.

Известна также система управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащая регулятор и датчик температуры охлаждаемой среды, вентиляторы с приводом, группу теплообменников, трубопроводы подвода к ним охлаждаемой среды и ее отвода в коллектор, из которого охлажденная среда поступает в отводящий трубопровод, при этом приводы имеют устройство изменения их частоты вращения, на вход которых поступает сигнал с выхода регулятора температуры, на первый вход регулятора поступает сигнал с датчика температуры, а на второй вход - сигнал о требуемой температуре охлаждаемой среды, причем в качестве привода вентиляторов используются асинхронные электродвигатели, частота вращения которых изменяется устройством в виде преобразователя частоты тока питающей электродвигатели сети (патент на изобретение RU 2330993, МПК F04D 27/00, опубликован 10.08.2008 г.). Недостатком данного изобретения является отсутствие возможности подключения включенных электродвигателей вентиляторов к сети переменного тока для функционирования в рабочем режиме после осуществления запуска.

Наиболее близким аналогом, выбранным заявителем в качестве прототипа по совокупности совпадающих признаков и по назначению, является система управления аппаратами воздушного охлаждения природного газа, содержащая частотно-регулируемый привод, блок обработки измерительной информации и автоматического управления, датчики температуры, электронный блок датчиков температуры, вычислительный блок, два исполнительных устройства, вентиляторы, при этом информация от датчиков температуры поступает через электронный блок в блок обработки измерительной информации и автоматического управления, блок обработки измерительной информации и автоматического управления на основании полученной информации определяет, какие вентиляторы необходимо использовать в работе, и посылает соответствующий управляющий электрический сигнал в вычислительный блок, с помощью вычислительного блока одно исполнительное устройство осуществляет запуск электродвигателей вентиляторов путем их поочередного подключения к частотно-регулируемому приводу и подключает к сети переменного тока включенные в работу электродвигатели вентиляторов, а другое исполнительное устройство, контролируя температуру стенок теплообменных трубок во всех секциях аппарата воздушного охлаждения газа, подключает к частотно-регулируемому приводу электродвигатель вентиляции секции, в которой значение температуры стенок теплообменных трубок отличается от заданного значения, данное устройство по мере достижения температуры стенок теплообменных трубок выбранной секции АВО газа заданного значения отключает электродвигатель вентилятора от частотно-регулируемого привода и переводит его на сеть переменного тока, при необходимости аналогичные операции производятся с электродвигателями других вентиляторов (патент на изобретение RU 2291474, МПК G05D 1/00, F28F 27/00, опубликован 10.01.2007 г). Недостатками известной системы являются:

- отсутствие анализа состояния электродвигателей;

- отсутствие возможности прямого запуска электродвигателей от автоматической системы управления АВО в случае перехода частотно-регулируемого привода в аварийный режим;

- отсутствие системы автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов в течение оптимального времени после исчезновения напряжения в централизованной и автономной системах электроснабжения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение восстановления технологического режима в течение оптимального времени после исчезновения напряжения в централизованной и автономной системах электроснабжения.

Решение указанной задачи достигается за счет того, что система управления аппаратами воздушного охлаждения природного газа содержит блок задания температуры (1), блок обработки измерительной информации (2), датчики температуры стенок теплообменных трубок АВО (3), блок автоматического управления АВО (4), систему управления частотно-регулируемым приводом (11), состоящую из исполнительного устройства (5), которое осуществляет плавный запуск электродвигателей (8) соответствующих вентиляторов путем их подключения к частотно-регулируемому приводу (7) и подключение к сети переменного тока включенных электродвигателей вентиляторов для функционирования в рабочем режиме, и исполнительного устройства (6), которое осуществляет переключение частотно-регулируемого привода (11) в режим автоматического поддержания заданной температуры стенок теплообменных трубок АВО, при этом в систему введен блок автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов (16), состоящий из блока (13), запоминающего предыдущий режим работы вентиляторов до отключения электропитания, вычислительного блока алгоритма групповых пусков (14) и блока вывода информации токов электродвигателей соответствующих вентиляторов и номинального тока источника электроснабжения (15).

Введение в систему блока автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов позволяет достичь технический результат, заключающийся в автоматизации процесса охлаждения природного газа до заданной стабильной температуры в условиях Крайнего севера, в гибкости изменения алгоритмов управления в нормальных и аварийных режимах эксплуатации, а также в обеспечении восстановления технологического режима в течение оптимального времени после исчезновения напряжения в централизованной и автономной системах электроснабжения.

Целесообразно в систему дополнительно ввести блок анализа состояния электродвигателя (12), необходимый для проверки текущей готовности электродвигателя к работе (готовность к пуску, текущий ремонт, обслуживание) и осуществления подачи сигнала о количестве электродвигателей готовых к пуску на блок (4), и блок переключения на прямой пуск электродвигателей (10) для увеличения надежности работы АВО.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана структурная схема системы управления АВО природного газа с использованием следующих обозначений:

1 - блок задания температуры;

2 - блок обработки измерительной информации;

3 - датчики температуры стенок теплообменных трубок АВО;

4 - блок автоматического управления АВО;

5 - исполнительное устройство, которое осуществляет плавный запуск электродвигателей соответствующих вентиляторов путем их подключения к частотно-регулируемому приводу и подключение к сети переменного тока включенных электродвигателей вентиляторов для функционирования в рабочем режиме;

6 - исполнительное устройство, которое осуществляет переключение частотно-регулируемого привода в режим автоматического поддержания заданной температуры стенок теплообменных трубок АВО;

7 - частотно-регулируемый привод;

8 - асинхронные электродвигатели;

9 - теплообменник;

10 - блок переключения на прямой пуск электродвигателей;

11 - система управления частотно-регулируемым приводом;

12 - блок анализа состояния электродвигателей;

13 - блок, запоминающий предыдущий режим работы вентиляторов до отключения электропитания;

14 - вычислительный блок алгоритма групповых пусков;

15 - блок вывода информации токов электродвигателей соответствующих вентиляторов и номинального тока источника электроснабжения;

16 - блок автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов.

Система управления аппаратами воздушного охлаждения природного газа функционирует следующим образом.

На блок обработки измерительной информации 2 с блока задания температуры 1 поступает задание о поддержании определенной температуры на теплообменниках 9. Данные о фактической температуре охлаждаемого природного газа поступают с датчиков температуры стенок теплообменных трубок АВО 3 на блок обработки измерительной информации 2. Из блока обработки измерительной информации 2 сигнал о необходимой корректировке температуры поступает на блок автоматического управления АВО 4, который определяет, какие вентиляторы необходимо использовать в работе в зависимости от информации о фактическом состоянии асинхронных электродвигателей 8, поступающей с блока анализа состояния электродвигателей 12. Из блока автоматического управления АВО 4 поступает соответствующий управляющий электрический сигнал на блок автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов 16. Блок автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов 16 состоит из блока 13, запоминающего предыдущий режим работы вентиляторов до отключения электропитания, вычислительного блока алгоритма групповых пусков 14, где формируется задание на осуществление групповых пусков (по одному, два, три и т.д.) с различным временным шагом включения асинхронных электродвигателей 8 в работу, и блока вывода информации токов электродвигателей соответствующих вентиляторов и номинального тока источника электроснабжения 15. На вычислительный блок алгоритма групповых пусков 14 поступает информация о токе асинхронных электродвигателей 8 и о номинальном токе источника электроснабжения с блока 15, что позволяет производить групповые пуски без перегрузки централизованного или автономного источника электроснабжения. В аварийных режимах при кратковременном исчезновении напряжения на вычислительный блок алгоритма групповых пусков 14 поступает информация о предыдущем режиме работы вентиляторов с блока 13, что позволяет оптимизировать режим пуска АВО во время восстановления питания. При нормальном режиме эксплуатации сигнал с блока 16 поступает в систему управления частотно-регулируемым приводом 11, где с помощью исполнительного устройства 5 осуществляется плавный запуск электродвигателей выбранных вентиляторов путем их группового подключения к частотно-регулируемому приводу 7 и подключение к сети переменного тока всех включенных в работу электродвигателей вентиляторов. После перехода всех вентиляторов в рабочий режим с помощью исполнительного устройства 6 осуществляется переключение (при необходимости) частотно-регулируемого привода 7 в режим автоматического поддержания заданной температуры стенок теплообменных трубок АВО. При аварийных режимах эксплуатации (исчезновение напряжения, поломка частотно-регулируемого привода 7) сигнал с блока 16 подается на блок переключения на прямой пуск электродвигателей 10, что позволяет произвести пуск асинхронных электродвигателей в течение оптимального времени после исчезновения напряжения.

Предложенная система управления АВО природного газа, представляющая собой надежную в работе комбинированную схему каскадно-группового управления АВО, обеспечивает: высокое качество регулирования температуры охлаждаемой среды в широком диапазоне изменений климатических условий Крайнего севера, увеличение надежности функционирования АВО за счет анализа состояния электродвигателей и возможности прямого пуска, совершенствование восстановления технологического режима при исчезновении напряжения или неисправности частотно-регулируемого привода с помощью автоматической системы группового пуска без перегрузки источника электроснабжения.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов охлаждения природного газа с применением аппаратов воздушного охлаждения (АВО). Система управления АВО природного газа содержит блок задания температуры, блок обработки измерительной информации, датчики температуры стенок теплообменных трубок АВО, блок автоматического управления АВО, систему управления частотно-регулируемым приводом, состоящую из исполнительного устройства, которое осуществляет плавный запуск электродвигателей соответствующих вентиляторов путем их подключения к частотно-регулируемому приводу и подключение к сети переменного тока включенных электродвигателей вентиляторов для функционирования в рабочем режиме, и исполнительного устройства, которое осуществляет переключение частотно-регулируемого привода в режим автоматического поддержания заданной температуры стенок теплообменных трубок АВО, блок автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов, состоящий из блока, запоминающего предыдущий режим работы вентиляторов до отключения электропитания, вычислительного блока алгоритма групповых пусков и блока вывода информации токов электродвигателей соответствующих вентиляторов и номинального тока источника электроснабжения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система управления аппаратами воздушного охлаждения природного газа, содержащая блок задания температуры, блок обработки измерительной информации, датчики температуры стенок теплообменных трубок аппарата воздушного охлаждения, блок автоматического управления аппарата воздушного охлаждения, систему управления частотно-регулируемым приводом, состоящую из исполнительного устройства, которое осуществляет плавный запуск электродвигателей соответствующих вентиляторов путем их подключения к частотно-регулируемому приводу и подключение к сети переменного тока включенных электродвигателей вентиляторов для функционирования в рабочем режиме, и исполнительного устройства, которое осуществляет переключение частотно-регулируемого привода в режим автоматического поддержания заданной температуры стенок теплообменных трубок аппарата воздушного охлаждения, отличающаяся тем, что в систему введен блок автоматического группового запуска электродвигателей соответствующих вентиляторов, состоящий из блока запоминающего предыдущий режим работы вентиляторов до отключения электропитания, вычислительного блока алгоритма групповых пусков и блока вывода информации токов электродвигателей соответствующих вентиляторов и номинального тока источника электроснабжения.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок анализа состояния электродвигателя.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок переключения на прямой пуск электродвигателей.