Способ регулирования газопровода Советский патент 1992 года по МПК F17D1/00 

Изобретение относится к способам наблюдения и управления операциями технологических процессов транспорта газа путем сжатия по трубопроводам, в частности к способам регулирования газопроводов, рассматриваемых как системы, и предназначено для регулирования как участков газопроводов, так и целых газопроводов от мест добычи до потребителя.

Изобретение может быть использовано как в стационарном, так и в нестационарном режимах работы газопровода на основе оперативной информации.

Цель изобретения - повышение экономичности процесса транспорта газа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу в качестве регулируемых величин принимают степень повышения давления в каждом нагнетателе, которая является параметром режима работы оборудования, а не параметрами транспортируемого газа, и определяют ее оптимальное текущее значение, пользуясь зависимостью.

На фиг. 1 приведена схема системы регулирования газопровода по предлагаемому способу, пример исполнения; на фиг. 2 - схема возможного расположения датчиков на нагнетателе; на фиг. 3 - схема возможного расположения датчиков на газотурбинной установке при осуществлении предлагаемого способа.

Реализация способа заключается в следующем.

1. У работающего газопровода измеряют обычными методами и средствами:

Тц - температуру торможения транспортируемого газа перед каждым l-м нагнетателем, К;

T2i - температуру торможения транспортируемого газа за каждым 1-м нагнетателем, К;

Рц - абсолютное давление транспортируемого газа на входе каждого 1-го нагнетателя, Па;

P2i - абсолютное давление транспортируемого rasa на выходе из каждого 1-го нагнетателя. Па;

Рвх - абсолютное давление транспортируемого газа на входе в газопровод, Па;

Рвых - абсолютное давление на выходе из газопровода, Па;

Q - расход транспортируемого газа на входе в каждый 1-й нагнетатель, м /с, или кг/с;

Овых - расход транспортируемого газа на выходе из газопровода, т.е. его подачу, м3/с или кг/с;

сл С

vj

СЛ СЛ

8

О

RI - удельную газовую постоянную перекачиваемого газа на входе в каждый 1-й нагнетатель, Дж/кг К;

г$ - КПД привода каждого газоперекачивающего агрегата;

а - стоимость единицы эйергШГзатрачиваемой на транспорт газа для каждого газоперекачивающего агрегата, руб./Дж.

2. Определяют фактическую степень повышения давления для каждого нагнетателя по формуле

Ж

(7)

mi

1

ig.(8)

j iui

10

где j - порядковый номер конкретного параллельно включенного нагнетателя в f-й группе;

Изобретение относился к технике у правления операциями технологических процессов транспорта газа. Целью изобретения является повышение экономичности транс-0 порта газа за счет принятия в качестве регулируемой величины степени повышения давления каждого нагнетателя. 3 ил.

(1)

i

- с ейейей -. 20

где

чак гвг «

a, Bmi (3)

VI ивых

m, In IVin-Јb T2i Pa

-. Ртреб1.

PUX {%... fi...px.

& P2i

Ртреб - потребное давление на выходе газопровода, Па.

Формула (2) справедлива только для последовательно установленных нагнета- телей. Поскольку в практике нагнетателя зачастую работают параллельно, расчет для них можно вести по формуле (2), в которой величины ai и mi определяют по следующим формулам:

mij(lnTii/T2ij(/(lnPii/P2i);

(9)

15

20

25

30

35

40

45

gQ §§

qij - расход транспортируемого газа че рез j-й нагнетатель, установленный в 1-й группе, м/с или кг/с;

I/ ц - КПД j-ro газоперекачивающего агрегата, установленного в 1-й группе;

I2ij - абсолютная температура торможения транспортируемого газа на выходе из J-ro нагнетателя, установленного в 1-й группе, К.

Анализ формул (1) - (9) дает основание утверждать, что в них учитываются фактиче ские гидравлические сопротивления тракта газопровода через р,р 2,, фактические потери в нагнетателях через mi и mij; режим работы газоперекачивающих агрегатов, атмосферные условия, потери в тракте газотурбинных установок, совершенство привода через q , r ij; изменение химического состава перекачиваемого газа через RI; внешние климатические условия через Ti; требуемая пропускная способность газопровода через Рвых и Ттреб; потребление газа на собственные нужды через Q и Овых.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: при регулировании в качестве регулируемых величин принимают степени повышения давления в каждом нагнетателе, от которых прямо зависит минимум эксплуатационных затрат; при регулирований используется только оперативная информация.

Имеется также возможность на основании оптимальной степени повышения давления в конкретном нагнетателе очопт и фактического значения давления на его входе Ри определять оптимальное давление на его выходе, т.е. Р2(опт. Благодаря этому, появляется возможность использовать существующее на магистральных газопроводах оборудование, например систему агрегатной автоматики Компас, которая поддерживает давление на выходе нагнетателя равным заданной величине. Только в этом случае необходимо эту величину уравнять с Р21опт. Хотя в этом случае в качестве регулируемой величины формально используется давление за нагнетателями i, тем не менее фактической регулируемой величиной является степень повышения давления в нагнетателе (71, так как именно эта величина является определяющей при регулировании.

Система регулирования газопровода, изображенная на фиг.1, состоит из следующих основных элементов, соединенных между собой: узел 1 контроля, установленный на газопроводе 2, который соединен с нагнетателями 3. На выходе газопровода 2 установлен узел 4.контролч. Каждый нагнетатель 3 соединен валом 5 с соответствующей газотурбинной установкой 6,

Каждые нагнетатель и газотурбинная установка связаны каналами 7 связи с соответствующими устройствами 8 контроля и регулирования, которые, в свою очередь, связаны каналами 9 и 10 связи с узлом 11 верхнего уровняуправления.Узел 11 связан каналом 12 связи с узлом 1 контроля.

На установившемся режиме узел 1 измеряет давление транспортируемого газа на входе в,газопровод РВх, транспортируемый газ по газопроводу 2 нагнетателями 3 доставляется к выходу газопровода 2, где установлен узел 4 контроля, который измеряет давление транспортируемого газа на выходе из газопровода Рвых и подачу газа (т.е. его расход на выходе Овых- Полученные значения Рвх и РВых подаются по каналам 9 и 12 связи в узел 11, а значение 0Вых по каналам 9 связи в устройства 8 и узлы 11.

Привод нагнетателей 3 производится через валы 5 от газотурбинных установок 6. Расходомеры 13, установленные в газопроводе 2, измеряют расходы транспортируемого газа на выходе в каждый нагнетатель (Qi). Датчики температуры, установленные в газопроводе 1, измеряют температуры транспортируемого газа соответственно на входе в каждый нагнетатель 3 (Гц) и на выходе ). Датчики 15 и 17 давления, установленные в газопроводе 2, измеряют давление транспортируемого газа соответственно на входе в каждый нагнетатель 3 (Pi) и на выходе (Pai). Полученные таким образом величины QI, Тц, Tai, Рц и Pai подаются по каналам 7 связи в соответствующее устройство контроля и регулирования.

Расходомеры 18, установленные в воздуховодах 28, измеряют расходы воздуха на входе в компрессоры 29 каждой газотурбинной установки 6 (Ов). Датчики 19 и 21 темпе- ратуры измеряют температуры воздуха соответственно на входе (Ti) и выходе ) компрессора 29. Датчики 20 и 22 давления измеряют давление воздуха соответственно на входе (Pi) и выходе (Ра) компрессора 29. Расходомер 23, установленный в топливопроводе 31, измеряет расход топлива От. Датчики 24 и 26 температуры, установленные в газоводах 33 и 35, измеряют температуры газа соответственно на входе в турбину 34 (Тз) и на выходе (Т). Датчики 25 и 27 давления измеряют давление газа соответственно на входе в турбину 34 (Рз) и на

выходе из нее (РА). Полученные таким образом величины QB, Ti, Т2, Тз,ТА, Pi, Ра. Рз, Р4, От подаются по каналам 7 связи в Соответствующие устройства 8 контроля и регулирования.

Устройства 8 контроля и регулирования определяют сц по формуле (1), сравнивают эту величину с сГюптГкоторую оно получает от узла 11, и в случае, если (7|ф равно 7|0пт, оставляют режим работы газотурбинной установки и, соответственно, нагнетателя 3 без изменения. не равно 7|0пт. то устройство 8 вырабатывает управляющий сигнал, который поступает по каналам 7 свя- ° зи к регулятору подачи топлива (не показан)

в газотурбинную установку. Конструктивно этот регулятор может быть аналогичным существующим стандартным регуляторам. Изменяя подачу топлива, изменяют режим работы нагнетателя, чтобы очф стала равной

Oionr.

1 Кроме указанной функции, устройства 8 осуществляет вычисление величины ai по формуле (3). Входящие в нее величины RI и о задаются при составлении программ для

устройства 8 на основе химического состава перекачиваемого газа, определяемого лабораторно, в стоимости единицы энергии, затрачиваемой на транспорт газа, определяемой экономическим расчетом.

Устройство 8, кроме того, вычисляет величины по формуле (4)

Значения величин ai, mi, Pi, P2 устройство 8 передает по каналам 10 связи в узел 11. Кроме этой информации, устройство 8 получаёт от известной системы агрегатной ав- томатики сигналы об ограничениях увеличения степени повышения давления в,., конкретном нагнетателе, ограничение по максимальному обьему производительности, ограничение по мощности привода, ограничение по регулированию частоты вращения. При получении сигнала об ограничении увеличения степени повышения давления в нагнетателях устройство 8 в зависимости от характера сигнала дает сигнал о включении еще одного нагнетателя последовательно или параллельное работающим. Если такой возможности нет, сигнал об ограничении передается в узел 11. В узел 11

передается также сигнал о переходе газо- .перекачивающего агрегата с автоматического на ручное регулирование.

Узел 11 на основании оперативной информации, полученной от устройств 1,4 и 8, производит расчет оъпт по формулам (2), (5) и (б) и полученные значения передает в каждое соответствующее устройство 8. При этом оно контролирует расход на выходе газопровода Овых или давление транспортируемого газа Рвых и изменяет Ртреб в формуле (5), если 0Вых не равно требуемой величине или Рвых не равно заданной величине, таким образом, чтобы они стали равны этим величинам.

В случае, если в узел 11 от какого-либо устройства 8 поступает сигнал об ограничении увеличения степени повышения давления или переходе соответствующего газопере эчивающего агрегата на ручное управление, то узе л 11 определяет фактическую степень повышения давления в соответствующем нагнетателе и учитывает эту величину при расчете оптимальных степеней повышения давления в остальных нагнетателях. Например, если в узел 11 поступил сигнал о том, что нагнетатель, порядковый номер которого равен 2, имеет ограничение увеличения степени повышения давления, или о переходе этого нагнетателя на ручное управление, устройство 11 производит расчет фактической степени повышения давления для этого нагнетателя по формуле (1), а расчет оптимальной степени повышения давления для каждого из остальных нагнетателей производит по измененной формуле (2)

,1 Wал m /аи т. W| т

$«ф.) ад ВД ад

щ, И, И, W;

УП m

Формула изобретения Способ регулирования газопровода, заключающийся в измерении параметра газа и оборудования газопровода, определении на их основе оптимальных значений регулируемых величин, измерении фактических значений регулируемых величин, сравнении их с оптимальными значениями и измене

нии режимов работы оборудования газо провода в случае, если фактические значения регулируемых величин не совпадают с их оптимальными значениями, о т- личающийся тем, что, с целью повышения экономичности транспорта газа, в качестве регулируемой величины принимают степень повышения давления каждого нагнетателя, оптимальное текущее значение которой определяют, пользуясь зависимостью

)Ј Јйф5фЈ Г 1

m, mт.

-« s;

где

Э|

RjTii Qi П Q

вых

eg;

20

т Ш Ј}/,„Ј;

5

0

5

0

5

0

Ообщ

1

Рвх Р pl #5... 9Й ...

.

& P2I

Ртреб - требуемое давление на выходе газопровода;

Тц - абсолютная температура торможения транспортируемого газа перед -соответствующим регулируемым участком;

T2i - абсолютная температура торможения транспортируемого газа после соответствующего 1-го регулируемого участка;

Рц - абсолютное давление торможения транспортируемого газа перед соответствующим 1-м регулируемым участком;

Pai - абсолютное давление торможения транспортируемого газа после соответствующего 1-го регулируемого участка:

QI - расход транспортируемого газа на входе в каждый 1-й регулируемый участок;

RI - удельная газовая постоянная перекачиваемого газа на входе в каждый i-й регулируемый участок;

г) - усредненный КПД приводов на каждом 1-м регулируемом участке;

сц - стоимость единицы энергии, затрачиваемой на транспорт газа для каждого 1-го регулируемого участка.

г Ж.ГЖ. -:-Щ -Ж: : 2-- :--Ж

иг. 2

Фиг; i

35 Ј7 26

1/

Фиг. 3