СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКОЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ОДНОГО ЦЕХА ДОЖИМНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2025 года по МПК F04D27/02 

Изобретение относится к области управления работой газоперекачивающих агрегатов дожимной компрессорной станции газового промысла.

Основная цель эксплуатации газоперекачивающих агрегатов (далее - ГПА) дожимной компрессорной станции является обеспечение транспорта газа в соответствии с плановой производительностью газопровода при безаварийной работе ГПА с максимальной экономичностью.

В тех случаях, когда плановый расход газа установки комплексной подготовки газа (далее - УКПГ) может быть обеспечен путем реализации вариантов работы агрегатов, в качестве наиболее экономичного должен выбираться режим с минимальным количеством работающих агрегатов.

Пуски и остановки ГПА, а также перестройка схемы работы ДКС должны согласовываться с диспетчерской службой [Технологический регламент эксплуатации опасного производственного объекта Газопромыслового управления Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения ООО «Газпром добыча Ямбург» при осуществлении технологического процесса подготовки опасных веществ. Участок комплексной подготовки газа Газового промысла №4 ЯНГКМ, рег. №А59-50040-0084.

ТР ЯНГКМ № А59-50040-0084, С. 132].

Одним из элементов ГПА является агрегатная система автоматического управления (далее - САУ). САУ ГПА должна обеспечивать его работу на всех рабочих режимах без непрерывного обслуживания, а также взаимодействие с САУ высшего уровня КС [СТО Газпром 2-3.5-138-2007. Типовые технические требования к газотурбинным ГПА и их системам. С. 9-12].

Газоперекачивающий агрегат при пуске и эксплуатации может иметь следующие режимы работы [Система автоматического управления газоперекачивающими агрегатами. Общие технические требования. ДОАО «Оргэнергогаз», Москва 2005, С. 7-8]:

- Ремонт - ремонт и техническое обслуживание ГПА. ГПА не может быть запущен;

- Холодный резерв - все системы ГПА исправны, энергозатраты минимизированы. ГПА может быть запущен в течение 2-х часов;

- Горячий резерв (Предпусковая готовность) - ГПА готов к пуску;

- Кольцо - пуск завершен, ГПА работает на пусковом (противопомпажном) контуре;

- Магистраль - пуск завершен, ГПА работает, газ поступает в выходной коллектор. Возможен частичный перепуск по противопомпажному контуру;

- Автоматическая проверка защит - запуск маслосистем двигателя и компрессора (в случае магнитного подвеса - включение подвеса, в случае сухих уплотнений - включение системы уплотнений), взведение защит по подвесу и уплотнению, отключение систем и контроль срабатывания защит;

- Холодная прокрутка (ХП) - прокрутка ротора двигателя на стартере. Регламентируются инструкцией изготовителя двигателя;

- ХП с заполненным контуром - прокрутка ротора двигателя на стартере при заполненном контуре нагнетателя;

- Промывка на ХП - обеспечение прокрутки ротора двигателя на стартере с одновременной подачей моющей жидкости в газовоздушный тракт осевого компрессора;

- Заполнение контура (Комплексная проверка кранов) - заполнение контура компрессора с проверкой работоспособности крановой обвязки;

- Пуск на кольцо - пуск ГПА на кольцо из горячего резерва с заполненным контуром компрессора;

- Пуск в трассу (магистраль) - пуск ГПА в трассу из горячего резерва с заполненным контуром;

- Переход «кольцо-магистраль»;

- Переход «магистраль - кольцо»;

- Переход на «малый газ» (холостой ход);

- Нормальный останов со стравливанием - нормальный останов со стравливанием газа из контура компрессора и с переходом в режим охлаждения двигателя. Выполняется по команде оператора;

- Аварийный останов со стравливанием;

- Аварийный останов без стравливания;

- Экстренный аварийный останов.

Процесс перегрузки работающих газоперекачивающих агрегатов происходит следующим образом: агрегат, находящийся в режиме «Кольцо», вручную подводят к характеристикам ГПА, находящегося в режиме «Магистраль», в частности повышают степень сжатия компрессора и давление на его выходе, сопоставимое с давлением за краном №2, путем повышения оборотов турбины нагнетателя (далее - ТН) и прикрытия антипомпажного клапана (далее - АПК). При достижении оптимального перепада на кране №2, машинистом компрессорной станции подается команда на его открытие. После чего агрегат, находящийся в режиме «Магистраль», начинают постепенно разгружать, приоткрывая АПК, параллельно нагружая агрегат, загружаемый в магистраль, прикрывая его АПК на ту же величину, пока переходный процесс не завершится полностью.

Все вышеописанные манипуляции производятся вручную силами машинистов компрессорных станций, требуют повышенного внимания к большому перечню параметров и последовательности действий. Режим перегрузки ГПА не является оптимальным, вероятность возможной ошибки по причине человеческого фактора высокая.

Известен способ управления работой комплекса агрегатов компрессорного цеха

[RU 2181854 C1, МПК F04D 27/02, F01K 7/24, опубликовано 27.04.2002]. Способ управления работой агрегатов компрессорного цеха заключается в том, что измеряется давление транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, температура транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, частота вращения роторов нагнетателей, значение давления или расхода, которое сравнивается с заданной величиной давления или расхода, и формируется управляющее воздействие на системы подачи топлива приводов газоперекачивающих агрегатов, входящих в состав компрессорного цеха. Необходимые величины частот вращения роторов нагнетателей определяют с использованием статических функций, при этом по давлениям технологического газа на входе и выходе параллельно работающих нагнетателей, температуре на входах и выхода нагнетателей и частотам вращения роторов нагнетателей определяют объемную производительность, политропический коэффициент полезного действия и требуемую для обеспечения заданного давления на выходе политропическую мощность сжатия компрессорного цеха, для каждого агрегата определяют механическую мощность на валу привода нагнетателя, по которой рассчитывают расход топливного газа приводов и общий расход топливного газа компрессорного цеха. Путем неоднократного повторения этих действий с перебором значений частот вращения роторов нагнетателей при условии сохранения постоянной политропической мощности сжатия компрессорного цеха получают ряд значений частот вращения роторов нагнетателей, из которых выбирают тот, который считают оптимальным по критерию минимума расхода топливного газа заданием с учетом ограничений на частоты вращения роторов нагнетателей. Задание подают в системы управления газоперекачивающих агрегатов в качестве управляющего воздействия. Для учета нестационарности объекта управления функциональные зависимости для каждого из нагнетателей непрерывно параметрически настраивают с использованием величин давлений транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателя, температур транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателя и расхода топливного газа, получаемых прямыми или косвенными измерениями в процессе работы.

Недостатком известного способа является то, что предлагается управление и регулирование с помощью оптимизации подачи топлива уже работающими газоперекачивающими агрегатами. При этом не описана работа агрегатов при их параллельной перезагрузке.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ регулирования компрессорной станции (варианты), способ регулирования основного параметра газа компрессорной станции и устройство для регулирования компрессорной станции (варианты) [RU 2084704 C1, МПК F04D 27/00, опубликовано 20.07.1997]. Сущность изобретения: регулятор станции регулирует основной параметр газа, увеличивая или уменьшая производительность станции для восстановления основного параметра газа до необходимого уровня сначала путем одновременного изменения работы всех отдельных компрессоров, например, уменьшения их скорости и затем, по достижении рабочими точками всех компрессоров соответствующих им линий настройки антипомпажного регулирования, путем одновременного открытия всех антипомпажных клапанов. В предлагаемой схеме распределения нагрузки один компрессор автоматически выбирается ведущим. При параллельной работе тот компрессор, который выбран ведущим, имеет наибольшее расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования.

Недостатком известного способа регулирования является то, что не учтены переходные режимы газоперекачивающих агрегатов - переход с режима «Магистраль» на режим «Кольцо» и с режима «Кольцо» на «Магистраль», т. е. отсутствует регулирование работой газоперекачивающих агрегатов одного цеха при их перезагрузке.

Технической проблемой, на решение которой направлен предлагаемый способ является минимизация воздействия человеческого фактора на процесс перегрузки ГПА - перехода газоперекачивающих агрегатов из режима «Магистраль» в «Кольцо» и из режима «Кольцо» в «Магистраль».

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение является оптимизация работы технологического режима компрессорного цеха, снижение воздействия человеческого фактора на переходных режимах компрессорного цеха.

Указанный технический результат достигается тем, что способ управления перегрузкой газоперекачивающих агрегатов одного цеха дожимной компрессорной станции включает систему автоматического управления и регулирования компрессорным цехом с заданным числом эксплуатируемых газоперекачивающих агрегатов, которая управляет и регулирует производительность компрессорного цеха, для чего при пуске ГПА в работу после выхода на режим «Кольцо» в качестве управляющих параметров воздействия на систему управления компрессорного цеха задают минимальный помпажный запас (ПЗ), число оборотов силовой турбины (СТ), выходное давление с учетом уставки по помпажному запасу, автодожим оборотов силовой турбины, далее с целью плавной перегрузки ГПА обслуживающий персонал производит включение кнопки «Выгрузить ГПА» для выгружаемого ГПА, затем включает кнопку «Кольцо-Магистраль» на АРМ ГПА для загружаемого ГПА, на выгружаемом ГПА происходит автоматическая перенастройка ограничительных контуров, во время перегрузки ГПА системы автоматического управления выгружаемого и загружаемого ГПА автоматически регулируют обороты силовой турбины и давление газа на выходе ГПА в соответствии с заданными значениями.

Благодаря автоматическому поддержанию заданных значений давления на выходе ГПА, помпажного запаса, числа оборотов турбины нагнетателя обеспечивается оптимизация работы технологического режима компрессорного цеха, снижается воздействие человеческого фактора на переходных режимах работы ГПА за счет более быстрого регулирования параметров САУ.

Сущность заявляемого способа поясняется нижеследующими фигурами и описанием.

На фиг. 1 представлен алгоритм загрузки ГПА на режим «Магистраль», где

1 - Режим «Кольцо»;

2 - Устанавливается минимальный помпажный запас равный 20% (настраиваемое значение);

3 - Устанавливается задание выходного давления равное давлению выхода компрессорного цеха;

4 - Давление на выходе ГПА равно/не равно давлению на выходе КЦ;

5 - Автодожим оборотов;

6 - Кнопка перехода «Кольцо» - «Магистраль» нажата;

7 - Задание на обороты СТ устанавливается равным средним оборотам магистральных ГПА, при этом устанавливается минимальный помпажный запас равный 10%;

8 - Открывается кран №2;

9 - АПК закрыт/открыт;

10 - Запуск режима «Магистраль».

На фиг. 2 представлен алгоритм выгрузки ГПА на режим «Кольцо», где

11 - Режим «Магистраль»;

12 - Нажата кнопка «выгрузить» в САУиР компрессорного цеха;

13 - Нажата кнопка «Кольцо - Магистраль» на «загружаемом» ГПА;

14 - Устанавливается минимальный помпажный запас равный помпажному запасу до момента перегрузки плюс 1,5%, при этом максимальное давление на выходе нагнетателя устанавливается равным давлению на выходе до перегрузки, как и степень сжатия;

15 - Кнопка «Кольцо» - «Магистраль» нажата/ не нажата;

16 - Если Кнопка «Кольцо» - «Магистраль» нажата - кран №2 закрывают, АПК открывают;

17 - Рассчитываются рассогласования помпажного запаса ГПА и КЦ;

18 - Если рассогласование ПЗ ГПА больше рассогласования ПЗ КЦ, рассчитывается зона автодожима как сумма ПЗ ГПА и рассогласования ПЗ ГПА;

19 - Если рассогласование ПЗ ГПА меньше рассогласования ПЗ КЦ, рассчитывается зона автодожима как сумма ПЗ ГПА и рассогласования ПЗ КЦ;

20 - Осуществляется сравнение с ПЗ ГПА, снижают обороты, если отклонение больше 1%;

21 - Автодожим (плавное снижение оборотов);

22 - Переход в режим «Кольцо».

На фиг. 3 приведен пример реализации мнемосхемы с кнопкой «Выгрузить».

Основным технологическим объектом КС является компрессорный цех (КЦ) с газоперекачивающими агрегатами (ГПА), установленными в общем или индивидуальных зданиях. На КС может быть несколько КЦ с различными типами ГПА.

Для реализации заявляемого способа используют, например, типовую обвязку компрессорного цеха с полнонапорными нагнетателями [Артемова, Т.Г. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов / Т.Г. Артемова, И.Д. Ларионов. - М.: Уральский государственный технический университет, 2000, стр. 82].

Стандартная структура системы автоматического управления и регулирования компрессорным цехом (САУиР КЦ) представлена [СТО Газпром 2-1.17-912-2014. Стандарт организации. Системы автоматического управления объектов производственно-технологических комплексов. Системы автоматического управления и регулирования компрессорного цеха (компрессорной станции). Технические требования. - С-П.: ООО «Газпром экспо», 2016. - 89 с. Приложение А].

Типовые режимы работы компрессорного цеха представлены [СТО Газпром 2-1.17-912-2014. Стандарт организации. Системы автоматического управления объектов производственно-технологических комплексов. Системы автоматического управления и регулирования компрессорного цеха (компрессорной станции). Технические требования. - С-П.: ООО «Газпром экспо», 2016. - С. 78]:

- Режим «Ремонт»;

- Режим «Резерв»;

- Режим «Кольцо» - цех заполнен и подключен к магистральному газопроводу, открыт клапан рециркуляции №36р (кран №36), наличие одного или нескольких ГПА в режиме «Магистраль»;

- Режим «Магистраль» - цех заполнен и подключен к магистральному газопроводу. Этот режим предназначен для компримирования и транспортирования природного газа. Открыты входные и выходные краны КЦ, закрыт клапан №36р (кран №36), хотя бы один из ГПА запущен на режим «Магистраль».

В старых крановых обвязках ГПА с полнонапорными нагнетателями был установлен кран 3бис, сейчас от него отказались при перспективе использования регулируемого крана №6 [Артемова, Т.Г. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов / Т.Г. Артемова, И.Д. Ларионов. - М.: Уральский государственный технический университет, 2000, стр. 79].

Согласно пункта 4.2 СТО Газпром 2-3.5-138-2007 «Типовые технические требования к газотурбинным ГПА и их системам» ГПА в объеме поставки для нового строительства включает в себя помимо прочего:

- блок кранов №1 и №4, смонтированных на раме;

- блок кранов №2 и №6, обратного и антипомпажного клапанов (далее - АПК), смонтированных на раме.

В рамках предлагаемого изобретения использована единая нумерация основных технологических параметров КС, а также обозначений запорно-регулирующей арматуры принятой в системе газовой промышленности России.

Способ управления перегрузкой газоперекачивающих агрегатов осуществляют следующим образом:

1) Обслуживающий персонал определяет для САУиР КЦ какой из ГПА подлежит выгрузке из Магистрали, а какой загрузке в Магистраль. При этом загружаемый ГПА уже должен быть выведен на режим «Кольцо».

2) Посредством взаимодействия САУиР КЦ и САУ ГПА для загружаемого ГПА (фиг. 1):

- устанавливается минимальный помпажный запас 20% (настраиваемое значение);

- устанавливается задание выходного давления газа равным давлению выхода цеха. При этом происходит автоматическое закрытие АПК для набора необходимого давления с учетом уставки по ПЗ;

- для поддержания выходного давления ГПА равным давлению выхода цеха реализуется функция автодожима оборотов СТ (обороты повышаются до необходимого давления газа на выходе ГПА с учетом минимального ПЗ).

В результате загружаемый ГПА, находящийся на данном этапе еще вне режима «Магистраль», не создает расхода в напорный коллектор КЦ, но при этом по производительности нагнетателя соответствует магистральному ГПА.

3) При нажатии на АРМ ГПА кнопки перехода «Кольцо - Магистраль» автоматически устанавливается задание на обороты СТ равное средним оборотам магистральных ГПА, после выравнивания давления на кране №2 формируется команда на его открытие, устанавливается минимальный помпажный запас равный 10% (настраиваемое значение). В это же время АПК продолжает закрываться с заданной скоростью, работают все контуры ограничения.

4) На выгружаемом ГПА происходит автоматическая перенастройка ограничительных контуров следующим образом (фиг. 2):

- устанавливается минимальный помпажный запас равным помпажному запасу ГПА до момента перегрузки плюс 1,5% (настраиваемое значение);

- устанавливается максимальное давление на выходе ГПА равным давлению на выходе до перегрузки;

- устанавливается максимальная степень сжатия равной степени сжатия до перегрузки.

Таким образом, выгружаемый ГПА переводится в пограничный режим верхних ограничений по производительности нагнетателя и пребывает там без нарушения общего режима КЦ.

5) До момента нажатия кнопки «Магистраль-Кольцо» на выгружаемом ГПА реализуется функция автодожима (плавного снижения оборотов) с целью автоматического поддержания работы ГПА на настроенных контурах ограничения. Зона автодожима рассчитывается в зависимости от значений рассогласования ПЗ ГПА и КЦ.

6) В процессе перегрузки ГПА САУ выгружаемого и загружаемого ГПА автоматически регулируют обороты СТ и давление газа на выходе ГПА в соответствии с заданными значениями. АПК загружаемого ГПА закрывается с заданной скоростью на режиме перехода «Кольцо-Магистраль». Давление в межцеховом коллекторе увеличивается, что активирует ранее перенастроенные ограничительные контуры выгружаемого ГПА и АПК выгружаемого ГПА открывается в соответствии с реализованным алгоритмом поддержания рабочей точки на линии регулирования.

Заявленный способ реализован в САУ ГПА ДКС-2 и ДКС-5 Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения. Машинисты ДКС подготавливают согласно требуемому технологическому режиму необходимый ГПА и выводят его на режим «Кольцо». Для запуска предлагаемого способа перегрузки ГПА на АРМ КЦ реализовано меню «Управление». При нажатии кнопки «Выгрузить» в меню «Управление» для ГПА, находящегося на режиме «Магистраль» (см. фиг. 3), начинается автоматическая перегрузка ГПА.

При таком способе перегрузки САУ ГПА полностью контролирует и управляет переходными режимами «Кольцо-Магистраль» и «Магистраль-Кольцо».

Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях.

Применение данного способа позволяет проводить плавную без нарушений технологического режима компрессорного цеха автоматизированную перегрузку газоперекачивающих агрегатов. Обеспечивается оптимизация процесса перегрузки ГПА,

т. к. автоматически поддерживаются необходимые значения давления на выходе ГПА, помпажный запас, обороты турбины нагнетателя, снижается воздействие человеческого фактора на переходных режимах работы ГПА за счет более быстрого регулирования параметров САУ.

Изобретение относится к области управления работой газоперекачивающих агрегатов дожимной компрессорной станции газового промысла. Способ управления перегрузкой газоперекачивающих агрегатов одного цеха дожимной компрессорной станции включает систему автоматического управления и регулирования компрессорным цехом с заданным числом эксплуатируемых газоперекачивающих агрегатов - ГПА, которая управляет и регулирует производительность компрессорного цеха, для чего при пуске ГПА в работу после выхода на режим «Кольцо» в качестве управляющих параметров воздействия на систему управления компрессорного цеха задают минимальный помпажный запас, число оборотов силовой турбины, выходное давление с учетом уставки по помпажному запасу, автодожим оборотов силовой турбины, далее с целью плавной перегрузки ГПА обслуживающий персонал производит включение кнопки «Выгрузить ГПА» для выгружаемого ГПА, затем включает кнопку «Кольцо-Магистраль» на АРМ ГПА для загружаемого ГПА, на выгружаемом ГПА происходит автоматическая перенастройка ограничительных контуров, во время перегрузки ГПА системы автоматического управления выгружаемого и загружаемого ГПА автоматически регулируют обороты силовой турбины и давление газа на выходе ГПА в соответствии с заданными значениями. Обеспечивается оптимизация работы технологического режима компрессорного цеха, снижение воздействия человеческого фактора на переходных режимах компрессорного цеха. 3 ил.

Способ управления перегрузкой газоперекачивающих агрегатов одного цеха дожимной компрессорной станции, включающий систему автоматического управления и регулирования компрессорным цехом с заданным числом эксплуатируемых газоперекачивающих агрегатов, которая управляет и регулирует производительность компрессорного цеха, для чего при пуске газоперекачивающих агрегатов в работу после выхода на режим «Кольцо» в качестве управляющих параметров воздействия на систему управления компрессорного цеха задают минимальный помпажный запас, число оборотов силовой турбины, выходное давление с учетом уставки по помпажному запасу, автодожим оборотов силовой турбины, далее с целью плавной перегрузки газоперекачивающих агрегатов обслуживающий персонал производит включение кнопки «Выгрузить ГПА» для выгружаемого газоперекачивающего агрегата, затем включает кнопку «Кольцо-Магистраль» на автоматизированном рабочем месте оператора газоперекачивающего агрегата для загружаемого газоперекачивающего агрегата, на выгружаемом газоперекачивающем агрегате происходит автоматическая перенастройка ограничительных контуров, во время перегрузки газоперекачивающих агрегатов системы автоматического управления выгружаемого и загружаемого газоперекачивающих агрегатов автоматически регулируют обороты силовой турбины и давление газа на выходе газоперекачивающих агрегатов в соответствии с заданными значениями.