6.5 Контрольные вопросы

1 Перечислить сигнализируемые электроприводного ГПА

2 Перечислить контролируемые параметры электроприводного ГПА

3 Указать каналы внесения регулирующих воздействий

4 По узловой схеме световой сигнализации объяснить ее принцип действия

5 По узловой схеме звуковой сигнализации объяснить ее принцип действия

6.6 Литература:

1 Комягин А.Ф. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП газонефтепроводов, М., Недра, 1983.

2. Певзнер В.Б. Основы автоматизации нефтегазопроводов и нефтебаз, М., Недра, 1975.

3. Клюев А.С. Автоматическое регулирование, М., Недра, 1986.

4. Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов, М., Энергия, 1980.

5. Озол П.Г. Автоматизация компрессорных станций с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, Л., Недра, 1981.

6. Дубровский В.В. Справочник по автоматизации в газовой промышленности, М., Недра, 1990.

7. Технологический регламент УКПГ-1АС.

8. ГОСТ 3925-59 Автоматизация технологических процессов

9. ГОСТ 21.404-85 Автоматизация технологических процессов

Методические указания

к выполнению

практической работы № 7

7.1 Тема: Изучение функциональной схемы автоматизации ГТК-10

7.2 Цель: Изучить функциональную схему автоматизации ГТК-10. Выбрать контролируемые, сигнализируемые и регулируемые параметры. Построить контуры регулирования в схемах

3. Ход работы:

1 Ознакомиться с теоретическими положениями, приведенными в данной работе.

2 Оформить отчет. Отчет должен содержать:

• тему;

• цель;

• функциональную схему автоматизации ГТК-10 в соответствии с ГОСТ 21.404-85 Автоматизация технологических процессов. Условные обозначения. Приборы и средства автоматизации.

• описание технологического процесса и функциональной схемы автоматизации;

• перечень контролируемых, сигнализируемых;

• вывод.

7.4 Теоретические положения:

Описание технологического процесса и функциональной схемы автоматизации ГТК-10

На магистральных газопроводах для перекачки газа при­меняются газотурбинные установки различных типов мощ­ностью 4—25 тыс. кВт. Наиболее широкое распространение полу­чили газотурбинные установки (ГТУ) типов ГТК-5, ГТ-750-6 и ГТК-10, типа ГТ-6-750, типа ГПА-Ц-6,3 на базе авиационных дви­гателей, типа ГПУ-10 на базе судовых двигателей, типа ГТ-750-6, ГПА-Ц-16 на базе авиационных двигателей, ГТН-16 УТМЗ и ГТН-25 НЗЛ.

Для автоматизации газотурбинных установок ГТК-5, ГТК-10, ГТ-750-6 и ГТ6-750 применяются комплексы «Агат-1М», «Агат-1М-1» и «Агат-2М»; для ГПА-Ц-6,3, комплекс «Тур-бина-3»; для ГТН-16 система «Урал-1М»; для ГТ-750-6 система «Турбостарт». Указанные комплексы и системы рабо­тают по общим принципам, принятым для ГТК-10 — система «Агат-1М». Она обеспечивает: автоматический пуск агрегата, а также дистанционное управление режимом агрегата и отдель­ных его механизмов; нормальную и аварийную остановку агре­гата по команде оператора и от сигналов устройств аварийной защиты; световую и звуковую сигнализацию об отклонении па­раметров агрегата от нормы (предупреждающую и аварийную сигнализацию); сигнализацию о состоянии отдельных узлов (открыт-закрыт, включен-выключен) и агрегата в целом (рабо­тает, стоит, готов к пуску).

АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И СИГНАЛИЗАЦИЯ

В газотурбинных установках контроль и сигнализация осу­ществляются по большому числу параметров (более 100). Ос­новными из них, которые включены в систему аварийно-преду­предительной защиты и сигнализации, являются: давление масла смазки; перепад давления между газом в полости нагне­тателя и маслом уплотнения; температура подшипников; осевой сдвиг роторов; давление топливного газа; температура продук­тов сгорания; вибрация подшипников агрегата; частота враще­ния роторов; давления масла предельной защиты, а также в случае погасания факела задержка агрегатов в зоне запре­щенной частоты вращения, возникновение помпажа.

Защита по давлению масла смазки 1 останав­ливает агрегат при падении давления масла в системах смазки турбины или нагнетателя ниже установленных величин (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 - Функциональная схема автоматизации газотурбинного агрегата ГТК-10-4

Давление измеряется контактным манометром, нормально закрытые контакты которого при падении давления масла вклю­чают реле аварийного давления масла. Цепь защиты относится ко второй группе: значение параметра на неработающем агре­гате равно нулю (давление отсутствует), т.е. меньше значения аварийной уставки, а защита осуществляется нормально закры­тым контактом.

Защита по перепаду давления 2 между газом и маслом уплотнения осуществляется с помощью РДД-1М. Нор­мально закрытый контакт этого реле, замыкаясь при падении перепада, включает цепь аварийного реле перепада.

Защита по погасанию факела 3 осуществляется с помощью специального прибора, обычно называемого фото­реле. На ГТУ использовались фотореле «Факел-4», «Пламя-М», «Пламя», различные по схеме, но имеющие общий принцип дей­ствия. Наличие факела контролируется светочувствительным элементом (фоторезистором или фототриодом). Из получаемого на этом элементе сигнала с помощью разделительного конден­сатора выделяется переменная составляющая, возникающая из-за пульсации яркости пламени в камере сгорания. Такое по­строение схемы делает ее нечувствительной к излучению горя­чих стенок камеры сгорания, которое сохраняется и после пога­сания факела. Благодаря этому существенно снижается инерци­онность цепи защиты.

Датчики прибора (обычно не менее двух) устанавливаются на смотровых окнах камеры сгорания таким образом, чтобы между корпусом камеры и датчиком расстояние было не менее 100 мм. Это необходимо для предохранения расположенного в датчике светочувствительного элемента от нагрева прямым из­лучением факела. Кроме того, корпус фотодатчика должен обя­зательно охлаждаться водой. Нарушение этого правила является главной причиной выхода приборов из строя. Вторичный блок прибора устанавливается на панели защиты.

О погасании факела, как и о его отсутствии до зажигания, сигнализирует замкнутый контакт, фотореле которого непосред­ственно управляет промежуточным реле факела ПФР, исполь­зуемым для сигнализации и блокировок.

Осуществление защиты по температуре продук­тов сгорания 4 осложняется необходимостью обеспечить достаточную точность измерения в условиях неравномерности температуры в плоскости установки термопар, а также требуе­мым быстродействием.

Для уменьшения влияния неравномерности температурного поля место установки термопар стремятся отнести как можно дальше от камеры сгорания, а измерение осуществляют в не­скольких точках термопарами, соединенными параллельно для получения сигнала, пропорционального усредненной темпера­туре газа в данном сечении. В турбинах с горизонтальной каме­рой сгорания термопары устанавливают на вертикальном уча­стке переходного патрубка. В качестве вторичных приборов в цепи защиты по температуре газа используется электронный потенциометр ЭПП-09 или КСП-2.

Защита по температуре подшипников 5 осу­ществляется с помощью малогабаритных платиновых термоме­тров сопротивления, установленных во вкладышах опорных под­шипников и колодках упорных. В каждом опорном подшипнике агрегата установлено по два термометра, а в каждом упорном — по четыре (два в рабочих и два в установочных колодках).

Термометры сопротивления — по одному из каждой пары — подключены к электронному мосту (ЭМР—109ИМЗ или КСМ—2—ОЗОИ), который обеспечивает измерение и регистра­цию температуры подшипников, а также выдает предупреждаю­щий и аварийный сигналы при возрастании температуры выше допустимой. Измерительные цепи моста имеют искробезопасное исполнение, что необходимо для термометров сопротивления, установленных в подшипниках нагнетателя. Второй термометр из каждой пары предназначен для использования в системе цен­трализованного контроля для периодической регистрации и ин­дикации по вызову.

Защита агрегата по вибрации 6 (см. рисунок 7.1) осу­ществляется с помощью датчиков, размещаемых по крышкам подшипников. При этом измеряется вибрация в двух направле­ниях, перпендикулярных к оси агрегата: вертикальном и попе­речном. В применяемой виброизмерительной аппаратуре типа АВКС-2 используется датчик, схематично изображенный на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 - Вибродатчик

Принцип действия датчика основан на пьезоэлектриче­ском эффекте, выражающемся в возникновении на поверхностях кристаллов электрических зарядов, пропорциональных силе сжа­тия или растяжения, действующей на кристалл. Две пьезоэлект­рические пластины 1 ориентированы таким образом, чтобы возникающие на них при сжатии заряды складывались на цен­тральном электроде 3. Пластины предварительно поджаты инер­ционной массой 2 и плоскими пружинами 4. При колебаниях сила поджатия, а следовательно, и заряд на пластинах изме­няются пропорционально вибрационному ускорению инерцион­ной массы, т. е. выходной сигнал датчика пропорционален вибро­ускорению. Сигнал датчика поступает на блок сигнализации, который выдает предупреждающий, а затем и аварийный сиг­налы, если виброускорение (его амплитуда) возрастает выше нормы. Таким образом, защитный канал виброизмерительной аппаратуры АВКС-2 настраивается по вибрационному ускоре­нию. В то же время измерительный канал и шкала показываю­щего прибора отградуированы по амплитуде вибросмещения (этот параметр вибрации до настоящего времени остается наи­более распространенным и привычным).

Защита от работы в запрещенном диапазоне частоты вращения 10 (см. рис. 1) в соответствии с ин­струкцией по эксплуатации агрегата предусматривает форми­рование предупреждающего сигнала через 2 мин и аварийного через 5 мин работы при частоте вращения вала ТВД, равной 2500—4200 об/мин.

Контакт датчика оборотов формируется из двух последова­тельно соединенных НЗ контактов выходных реле блока трехпозиционной сигнализации и регулирования, вход которого со­единен с показывающим прибором М1731к тахометра ТВД. Вместо показывающей стрелки в приборе М1731к использован световой луч. При выходе параметра из установленных границ засвечивается один из двух фотоэлементов (либо в зоне «мало», либо в зоне «много») и срабатывает соответствующее выходное реле в сигнальном устройстве.

Помпаж опасен как для нагнетателей, так и для турбины. Во время помпажа часто выплавляются подшипники нагнета­телей (могут произойти и более серъезные разрушения) и пери­одически изменяется нагрузка на турбины. Вследствие этого происходят вынужденные остановки. Для защиты от помпажа применяется специальный сигнализатор. Из практики известно, что нагнетатели работают в широком диапазоне давлений и температур, что в значительной степени осложняет задачу со­здания прибора для сигнализации о помпаже. Чтобы учесть эти переменные параметры, используют три импульса: давление в нагнетании р_н, во всасывании р_вс(+) и р_вс(—) (Рвс(+) — давление в трубопроводе перед нагнетателем, а р_вс(—)—дав­ление при входе в рабочее колесо).

Для предохранения осевого компрессора турбин от пом­пажа применяются сбросные гидравлические или пневматические клапаны, которые входят в конструкцию ГТУ. При пуске ГТУ сбросные клапаны открыты и воздух через них сбрасы­вается в атмосферу. После выхода осевого компрессора из опас­ной помпажной зоны клапаны закрываются. Для ГТК-10 это соответствует частоте вращения всех ТВД n=3800 — 4000 об/мин и температуре всасывающего воздуха в компрессор T_вс = 15 °С. Если температура наружного воздуха отличается от приведен­ной, то клапаны должны закрываться при

n= (3800 ÷ 4000) √T/288,

где Т — абсолютная температура воздуха, всасываемого в ком­прессор.

Для наладки и профилактического обслуживания агрегата в отдельных узлах и механизмах устанавливаются показываю­щие приборы: манометры, термометры, логометры, указатели уровня и др.

Кроме системы контроля и аварайно-предупредительной защиты и сигнализации по параме­трам, предусматривается технологическая сигнализация. Технологическая сигнализация предназначена для отображе­ния на агрегатной панели состояния узлов и механизмов агре­гата. Сигнализация о состоянии механизмов осуществляется с помощью установленной в соответствующих местах мнемо­схемы условных световых символов. Большая часть схемы построена на двухламповых символах и является двухпозиционной, т. е. отображает световым сигналом оба состояния меха­низма: «Включен»-«Выключен» или «Открыт»-«Закрыт». Сигна­лизаторы включаются контактами реле положения (для всех кранов и топливных клапанов) или контактами пускателей (для двигателей). В связи с тем что лампы сигнализаторов располо­жены на панели управления, для их питания выбрано напря­жение 24 В, в то время как для питания исполнительных меха­низмов используется напряжение 220 В. Схема построена таким образом, что исчезновение одного из питающих напряжений не приводит к ложной сигнализации, однако объем информации при этом все же ограничивается.

Предупреждающая сигнализация оповещает оператора о вы­ходе контролируемых параметров за установленные границы. Для сигнализации используется группа двухламповых табло, расположенных на агрегатной панели.