Способ регулирования турбокомпрессорной станции и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК F04D27/00 

Изобретение относится к автоматическому регулированию турбокомпрессорной станции с группой параллельных компрессорных агрегатов и может быть использовано на линейных компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Цель изобретения - повышение точности регулирования турбокомпрессорной станции путем выбора оптимального технологического параметра регулирования.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства регулирования турбокомпрессорной станции: на фиг.2 - структурная

схема вычислительного устройства расхода газа; на фиг.З - статическая характеристика турбокомпрессорной станции.

Устройство для регулирования турбо- . компрессорной станции (фиг.1) с несколькими (например, с двумя) параллельными компрессорными агрегатами 1 и 2, подключенными к общим коллекторам 3 и 4 всасывания и нагнетания, содержит датчики 5 и 6 давления и температуры газа в коллекторе 3 всасывания, датчики 7 и 8 давления и температуры газа в коллекторе 4 нагнетания, датчик 9 перепада давления во входном изО

о

Ј VI

ел

мерительном устройстве 10 расхода газа в коллекторе 3 всасывания, общий регулятор 11, блоки 12 и 13 нелинейных элементов, контуры регулирования частоты вращения для каждого компрессорного агрегата 1 и 2, выполненные в виде последовательно соединенных датчиков 14 и 15 частоты вращения, первых блоков 16 и 17 сравнения и регуляторов 18 и 19 частоты вращения, подключенных к газотурбинным установкам 20 и 21 компрессорных агрегатов 1 и 2.

Кроме того, устройство содержит второй 22, третий 23, четвертый 24, пятый 25 и шестой 26 блоки сравнения, блок 27 деления, селектор 28 максимального сигнала, залатчики 29 - 31 коэффициента расхода, коэффициента сжимаемости и плотности газа, задатчики 32 и 33 расхода газа и минимального давления газа в коллекторе 3 всасывания, задатчики 34 и 35 максимального и минимального значений степени сжатия газа, задатчик 36 максимальной температуры газа в коллекторе 4 нагнетания, вычислительное устройство 37 расхода га- , за, входы которого подключены к выходам датчиков 5 и 6 давления и температуры газа в коллекторе 3 всасывания, датчика 9 перепада давления в входном измерительном устройстве 10 расхода газа коллектора 3 всасывания, задатчиков 29 - 31 коэффициентов расхода и сжимаемости газа и плотности газа, а выход - к первому входу второго блока 22 сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика 32 расхода газа, а выход - к первому входу селектора 28 максимального сигнала, второй вход которого подключен к выходу третьего блока 23 сравнения, а выход - к входу общего регулятора 11, выход которого подключен через блоки 12 и 13 нелинейных элементов к вторым входам первых блоков 16 и 17 сравнения контуров регулирования частоты вращения каждого компрессорного агрегата 1 и 2, выход датчика 7 давления газа в коллекторе 4 нагнетания подключен к первому входу блока 27 деления, выход которого подключен к первым входам четвертого 24 и пятого 25 блоков сравнения, вторые входы которых соответственно подключены к выходам задатчиков 35 и 34 минимального и максимального значений степени сжатия, газа, выход датчика 8 температуры газа в коллекторе 4 нагнетания подключен к первому входу шестого блока 26 сравнения, второй вход которого подключен к выходу за датчика 36 максимальной температуры в коллекторе 4 нагнетания, выход датчика 5 давления газа в коллекторе 3 всасывания подключен к второму входу блока 27 деления и первому входу третьего блока 23 сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика 33 минимального давления в коллекторе 3 всасывания, третий, четвертый и пятый входы

селектора 28 максимального сигнала соответственно подключены к выходам пятого четвертого и шестого блоков 25, 24 и 26 сравнения. На фиг.1 показаны также аппараты 38 воздушного охлаждения, установленные в коллекторе 4 нагнетания.

Вычислительное устройство 37 может быть выполнено в виде первого блока 39 умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика 5 давления, а второй вход

соединен с выходом датчика 9 перепада давления, а выход соединен с первым входом второго блока 40 деления.

Первый вход второго блока 41 умноже: ния соединен с выходом датчика 6 температуры, а второй вход соединен с выходом задатчика 31 плотности газа. Выход второго блока 41 умножения соединен с первым входом третьего блока 42 умножения, второй вход которого соединен с задатчиком 30 коэффициента сжимаемости, а выход третьего блока 42 умножения соединен с вторым входом второго блока 40 деления, выход которого соединен с блоком 43 извлечения квадратного корня и первым входом четвертого блока 44 умножения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 29 коэффициента расхода газа, выход четвертого блока 44 умножения соединен с первым входом второго блока 22 сравнения,

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве технологического параметра выбирают один из параметров: расход газа через турбокомпрессорную станцию, давление газа в коллекторе всасывания, степень сжатия или температуру газа в коллекторе нагнетания, а регулирование осуществляют по величине максимального значения сигнала рассогласования технологического параметра и его предельного значения по соотношениям:

К1(еМин-Ј) 0;(1)

К2( е - БМИН) а 0;(2)

K3(PiMHH-Pi)0;(3)

R4fr2-T2MaKc)(4)

K5(Q-Q3AH) ЭЮ,(5)

где К1-К5 - постоянные коэффициенты;

е - степень сжатия в коллекторе нагне- тания;

Јмин- минимальное значение степени

сжатия в коллекторе нагнетания;

Смаке- максимальное значение степени сжатия в коллекторе нагнетания;

PI -давление в коллекторе всасывания;

РТМИН - минимальное значение давления газа в коллекторе всасывания;

Т2 - температура газа в коллекторе нагнетания;

Т2макс - максимальное значение температуры газа в коллекторе нагнетания;

Q - расход газа через турбокомпрессор- ную станцию;

Оздн - заданное значение расхода газа.

Для определения расхода Q газа через турбокомпрессорную станцию измеряют давление, температуру и перепад давления на входном измерительном устройстве расхода газа в коллекторе всасывания и опре- деляют величину расхода газа через турбокомпрессорную станцию по соотношению

Tipz где К - коэффициент расхода газа;

ДР - перепад давления на входном измерительном устройстве расхода газа;

Z - коэффициент сжимаемости газа;

р- плотность газа;

TI -температура газа в коллекторе всасывания.

Кроме того, корректируют индивидуальные контуры регулирования частоты вращения компрессорных агрегатов с помощью блоков параллельных нелинейных элементов в сторону уменьшения сигнала рассогласования технологического параметра до нулевого значения по соотношению

п3| n0| + ajfi3 + Ь| п32 + ci п33, (7), где пз - сигнал заданной частоты вращения i-ro компрессорного агрегата;

п0| - сигнал базового значения частоты вращения 1-го компрессорного агрегата;

п3 - сигнал по частоте вращения на вы- ходе общего регулятора;

ai, bi, ci - постоянные коэффициенты 1-го компрессорного агрегата.

Газ через коллектор 3 всасывания и через входное измерительное устройство 10 расхода газа поступает в параллельные компрессорные агрегаты 1 и 2, проходит аппараты 38 воздушного охлаждения и поступает в коллектор 4 нагнетания. Сигналы сдатчиков 14 и 15частоты вращения блоков 12 и 13 нелинейных элементов поступают на входы первых блоков 16 и 17 сравнения, на выходе которых формируются сигналы рассогласования, поступающие на входы регуляторов 18 и 19 частоты вращения, с выходов которых сигналы управления поступают на входы газотурбинных установок 20 и 21. Индивидуальные контуры регулирования корректируют частоту вращения газотурбинных установок 20 и 21 в сторону

0

5

0

5

0

5

0

5 0 5

уменьшения величины рассогласования до нулевого значения.

Сигналы с датчиков 5, 6 и 9 давления, температуры и перепада давления, сигналы с задатчиков 29, 31 и 30 коэффициента расхода газа, плотности газа и коэффициента сжимаемости поступают на соответствующие выходы вычислительного устройства 37 расхода газа, на выходе которого формируется сигнал фактического значения расхода газа, поступающий на первый вход второго блока 22 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 32 расхода газа. На выходе второго блока 22 сравнения формируется сигнал рассогласования по соотношению (5), поступающий на первый вход селектора 28 максимального сигнала. С выхода селектора 28 сигнал рассогласования поступает на вход общего ре- гулятора 11, на выходе которого формируется сигнал управления, поступающий на входы блоков 12 и 13 параллельных нелинейных элементов, с выходов которых снимаются сигналы, пропорциональные заданной частоте вращения компрессорных агрегатов 1 и 2.

Сигнал с выхода датчика 5 давления поступает на первый вход третьего блока 23 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 33 минимального давления. На выходе третьего блока 23 сравнения формируется сигнал рассогласования по соотношению (3)7 поступающий на второй вход селектора 28 максимального сигнала.

Сигнал с выхода датчика 7 давления поступает на первый вход блока 27 деления, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика 5 давления. На выходе блока 27 деления формируется сигнал, пропорциональный отношению Ј PZ/PL поступающий на первые входы четвертого 24 и пятого 25 блоков сравнения, на вторые входы которых поступают сигналы с задатчиков 34 и 35, пропорциональные соответственно минимальному и максимальному значениям степени сжатия. Разностные сигналы с выходов четвертого 24 и пятого 25 блоков сравнения, пропорциональные величинам по соотношениям (1) и (2). поступают соответственно на четвертый и третий входы селектора 28 максимального сигнала.

Сигнал с выхода датчика 8 температуры поступает на первый вход шестого блока 26 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 36 максимальной температуры газа в коллекторе нагнетания. Разностный сигнал с выхода шестого блока 26 сравнения, пропорциональный соотношению(4), поступает на пятый вход селектора 28 максимального сигнала.

В селекторе 28 осуществляется выбор максимального из пяти поступающих сигналов по соотношениям (1-5). При отсутствии сигналов по соотношениям (1-4) регулирование технологического параметра осуществляется по соотношению (5). При выполнении Одного из ограничений по соотношениям (1-4) осуществляется автоматическое переключение на этот канал регулирования. Например, при выполнении соотношения (1) устройство регулирования переходит на Стабилизацию минимальной степени сжатия. При выполнении соотношения (2) уст- пойство регулирования переходит на Стабилизацию максимальной степени сжатия. При выполнении соотношения (3) устройство регулирования переходит на Стабилизацию минимального давления в коллекторе всасывания. При выполнении Соотношения (4) устройство регулирования переходит на стабилизацию максимальной Температуры газа в коллекторе нагнетания. При невыполнении соотношений (1-4) устройство регулирования переходит на стабилизацию заданного расхода газа через турбокомпрессорную станцию по соотношению (5).

Вычислительное устройство 37 расхода газа (фиг.2) работает следующим образом. Сигналы с выходов датчиков 5 и 9 давления и перепада давления на выходном измерительном устройстве 10 расхода газа поступают соответственно на первый и второй входы первого блока 39 умножения, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный величине Pi Л Р, и поступает на г1ервый вход второго блока 40 деления. Сигналы с выхода датчика 6 температуры и за- датчика 31 плотности газа поступают соответственно на первый и второй входы ЕГгорого блока 41 умножения, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине Ti p , поступающий на первый вход третьего блока 42 умножения, на второй вход которого поступает сигнал с пыхода задатчика 30 коэффициента сжимаемости газа.

На выходе третьего блока 42 умножения формируется сигнал, пропорциональный величине Tt pZ, поступающий на второй «ход второго блока 40 деления, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине отношения Pi AP/TipZ, который поступает на вход блока 43 извлечения квадратного корня. На выходе последнего формируется сигнал, пропорциональныйвеличине

vPi AP/Ti/)Z , поступающий на первый вход четвертого блока 44 умножения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 29 коэффициента расхода газа.

На выходе четвертого блока 44 умножения

формируется сигнал, пропорциональный

величине к vp1Ap/JipZ, поступающий

на первый вход второго блока 22 сравнения,

На фиг.З представлена статическая характеристика турбокомпрессорной станции в координатах производительность Q - степень сжатия е . Площадь фигуры, обозначенной точками 45 - 50, представляет собой область допустимых режимов работы турбокомпрессорных станций. Ординаты точки 47 соответствуют минимальной степени сжатия, а ордината точки 50 - максимальной, степени сжатия. Кривая 0-46-49 соответствует характеристике прилегающего участка

магистрального газопровода. Точкам пересечения кривых 46 и 49 соответствуют мини- мальнаяимаксимальная

производительности турбокомпрессорной станции. Кривой 45 - 47 соответствует ми

нимальная частота вращения компрессорных агрегатов. Кривой 48 - 50 соответствует максимальная частота вращения компрессорных агрегатов. Для регулирования степени сжатия на выходе компрессорной

станции необходимо изменять производительность, корректируя частоту вращения группы параллельных компрессорных агрегатов.

Таким образом, способ регулирования

турбокомпрессорной станции и устройство для его осуществления позволяют повысить точность регулирования турбокомпрессорной станции с учетом технологических ограничений по минимальному давлению в

коллекторе всасывания, максимальной температуры в коллекторе нагнетания, минимальной и максимальной степени сжатия газа, корректируя частоту вращения индивидуальных контуров регулирования компрессорных агрегатов.

Формула изобретения 1. Способ регулирования турбокомпрессорной станции с несколькими параллельными компрессорными агрегатами,

подключенными к общим коллекторам всасывания и нагнетания, путем воздействия общего регулятора на индивидуальные контуры регулирования частоты вращения ком- прессорных .агрегатов по величине

рассогласования фактического и заданного значений технологического параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования путем выбора оптимального технологического параметра регулирования, дополнительно измеряют давление, температуру и перепад давления на входном измерительном устройстве расхода газа в коллекторе всасывания и определяют величину расхода газа через турбокомпрессорную станцию по соотношению

.

Tipz где К - коэффициент расхода газа:

Д Р - перепад давления на входном измерительном устройстве расхода газа; 2. - коэффициент сжимаемости газа; р - плотность газа ; PI -давление газа в коллекторе всасывания; TI -температура газа в коллекторе всасывания, в качестве технологического параметра выбирают расход газа через турбокомпрессорную станцию, давление газа в коллекторе всасывания, степень сжатия или температуру газа в коллекторе нагнетания, а регулирование производят по величи- не максимального значения по соотношениям

К1(еМин -е) 0:

К2(Е-Е„акс) 0;

K3(Pi мин - Р) 0;

К4(Т2 - Т2макс) 0:

K5(Q - Оздн) - 0; где К1-К5 - постоянные коэффициенты;

Ј - степень сжатия газа в коллекторе нагнетания;

Јмин минимальное значение степени сжатия газа в коллекторе нагнетания;

Јмакс- максимальное значение степени сжатия газа в коллекторе нагнетания;

PI - давление газа в коллекторе всасывания;

Р1мин - минимальное значение давления в коллекторе всасывания;

Т2 - температура газа в коллекторе нагнетания;

Т2 макс - максимальное значение температуры газа в коллекторе нагнетания;

Q - расход газа через турбокомпрессорную станцию;

Оздн - заданное значение расхода газа, при этом корректируют индивидуальные контуры регулирования частоты вращения компрессорных агрегатов с помощью группы параллельных нелинейных элементов в сторону уменьшения рассогласования выбранного технологического параметра до нулевого значения по соотношению

п3| n0i + am з + bins2 + cln33, где пз - сигнал заданной частоты вращения 1-го компрессорного агрегата;

n0i - сигнал базового значения частоты вращения i-ro компрессорного агрегата:

rij - сигнал частоты вращения на выходе общего регулятора;

a,, bj, Ci - постоянные коэффициенты для

1-го компрессорного агрегата.

2. Устройство для регулирования турбо- компрессорной станции с несколькими параллельными компрессорными агрегатами,

0 подключенными к общим коллекторам всасывания и нагнетания, содержащее датчики давления и температуры газа в коллекторе всасывания, датчики давления и температуры газа в коллекторе нагнетания, датчик пе5 репада давления во входном измерительном устройстве расхода газа в коллекторе всасывания, общий регулятор, блоки нелинейных элементов, контуры регулирования частоты вращения для каждого

0 компрессорного агрегата, выполненные в виде последовательно соединенных датчиков частоты вращения, первых блоков сравнения и регуляторов частоты вращения, подключенных к газотурбинным установкам

5 компрессорных агрегатов, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности путем выбора оптимального технологического параметра регулирования, оно допол- нитёльно содержит второй, третий.

0 четвертый, пятый и шестой блоки сравнения, блок деления, селектор максимального сигнала, задатчики коэффициента расхода, коэффициента сжимаемости и плотности газа, задатчики расхода газа и минимального

5 давления газа в коллекторе всасывания, задатчики максимального и минимального значений степени сжатия газа, задатчик максимальной температуры газа в коллекторе нагнетания, вычислительное устройство

0 расхода газа, входы которого подключены к выходам датчиков давления и температуры газа в коллекторе всасывания, датчики перепада давления во входном измерительном устройстве расхода газа коллектора

5 всасывания, задатчиков коэффициентов расхода и сжимаемости газа и плотности газа, а выход - к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика расхода газа, а

0 выход - к первому входу селектора максимального сигнала, второй вход которого подключен к выходу третьего блока сравнения, з выход - к входу общего регулятора, выход которого подключен через блоки не5 линейных элементов к вторым входам первых блоков сравнения контуров регулирования частоты вращения каждого компрессорного агрегата, выход датчика давления газа в коллекторе нагнетания подключен к первому входу блока деления, выход которого подключен к первым входам четвертого и пятого блоков сравнения, вторые входы которых соответственно подключены к выходам задатчиков минимального и максимального значений степени сжатия газа, выход датчика температуры газа в коллекторе нагнетания подключен к первому входу шестого блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчи- ка максимальной температуры в коллекторе

0

нагнетания, выход датчика давления газа в коллекторе всасывания подключен к второму входу блока деления и первому входу третьего блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика минимального давления в коллекторе всасывания, третий, четвертый и пятый входы селектора максимального сигнала соответственно подключены к выходам пятого, четвертого и шестого блоков сравнения.

Изобретение относится к способу регулирования турбокомпрессорной станции и к устройству для его реализации, позволяет повысить экономичность турбокомпрессорной станции. В вычислительном устройстве по сигналам датчиков давления и температуры газа в коллекторе всасывания, датчика перепада давления во входном измерительном устройстве расхода газа, задатчиков коэффициентов расхода и сжимаемости газа и плотности газа формируется сигнал величины расхода газа через компрессорную станцию, имеющую несколько (например, два) компрессорных агрегатов с газотурбинными установками, работающими на коллектор нагнетания. С помощью селектора максимального сигнала осуществляется выбор для регулирования одного из технологических параметров (расход газа через турбокомпрессорную станцию, давление газа в коллекторе всасывания, степень сжатия или температура газа в коллекторе нагнетания), который поступает на общий регулятор и с него через два блока нелинейных элементов на контуры регулирования частоты вращения каждого компрессорного агрегата. Для формирования сигналов технологических параметров используются также датчики давления и температуры газа в коллекторе нагнетания. Такая реализация способа и устройства позволяет повысить их точность. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

ИЈНЖ

26

36

ю

А

т

t f i

37

А

А

@ ш ш

Фиг. /

От 9

0/лб

pNrr

Qm3l ОтЗО

е

бтох fmtrx

6/73

/774/7

G/ni/j

О dmi

nun

кгг

м Фиг. 2

Q/nin

Фиг.З

max Umax и