7.5 Контрольные вопросы

1 Перечислить сигнализируемые параметры ГТК-10

2 Перечислить контролируемые параметры ГТК-10

3 По узловой схеме световой сигнализации объяснить ее принцип действия

4 По узловой схеме звуковой сигнализации объяснить ее принцип действия

5 Чем опасен помпаж?

6 Для чего предназначена технологическая сигнализация?

7.6 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.

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

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

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

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

6. Технологический регламент УКПГ-1АС.

7. ГОСТ 3925-59 Автоматизация технологических процессов

8. ГОСТ 21.404-85 Автоматизация технологических процессов

Методические указания

к выполнению

практической работы № 8

8.1 Тема: Изучение функциональной схемы автоматизации электроприводного ГПА

8.2 Цель: изучить функциональную схему автоматизации электроприводного ГПА. 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 электроприводного ГПА 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 и регулируемых параметров;

• контуры регулирования в схеме автоматизации электроприводного ГПА;

• вывод.

3. Теоретические положения

Описание функциональной схемы автоматизации электроприводного ГПА

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

На компрессорных станциях магистральных газопроводов применяются электроприводные газоперекачивающие агрегаты мощностью 4, 4,5 и 12,5 тыс. кВт с центробежными нагнетателями, имеющими привод от синхронных электродвигателей нормального исполнения СТД-4000-2, СТМ-4000-2, СДСЗ-4500-1500, СТД-12500-2 и взрывозащищенного исполнения (продуваемые под избыточным давлением) СТДП-4000-2, СТМП-4000-2 и СТДП-12500-2.

Автоматизация агрегатов СТД-4000-2 и СТМ-4000-2 осуществляется системой «Эра-1», агрегатов СТД-12500, СТМП-4000-2 — системой «Электра-2», агрегатов СТДП-4000-2 и СТДП-12500-2 — системой на базе комплекса А-705-15.

Система «Электра-1» рассчитана на прямой и реакторный пуск приводных электродвигателей, применение различных видов возбуждения и различных типов возбудителей синхронного электродвигателя и обеспечивает: автоматическое управление пуском и остановкой ГПА со станционного пульта управления СПУ или с местного щита управления (МЩУ); автоматическое регулирование возбуждения синхронного электродвигателя, имеющего электромагнитный возбудитель с генератором постоянного тока; автоматический ввод резерва насосов уплотнения: дистанционное управление отдельными механизмами ГПА; защиту ГПА при возникновении аварийных режимов; измерение основных параметров, определяющих состояние ГПА и режим его работы; сигнализацию состояния отдельных механизмов ГПА, неисправностей и действия защит; опробование с МЩУ и СПУ операций автоматического управления; выбор группы для резервного ГПА.

Система предназначена для эксплуатации при температурах от —50 до +50°С и относительной влажности 95±3 % при + 35 °С.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И СИГНАЛИЗАЦИЯ

Принципиальная схема КИП центробежного нагнетателя с электроприводом показана на рисунке 8.1

Работа агрегата контролируется по следующим параметрам: температуре подшипников; вибрации подшипников; осевому сдвигу нагнетателя; давлению масла в системе смазки; давлению масла в системе уплотнения; уровню масла в маслобаке; давлению газа на входе и выходе нагнетателя; объемной производительности нагнетателя; току статора электродвигателя; температуре масла, воды, магнитопровода и обмотки статора электродвигателя.

Рисунок 8.1 - Функциональная схема контроля электроприводного газоперекачивающего агрегата

Для контроля по месту и на МЩУ давлений природного газа, воздуха, воды и масла на КС используются различные пружинные показывающие и электроконтактные манометры. Последние применяются для автоматического управления, защиты и регулирования, а также для сигнализации как дискретные датчики, совмещающие в себе показывающий и сигнализирующий приборы. Электроконтактные манометры в зависимости от места их установки применяются общепромышленного исполнения (типа ЭКМ-IV) или взрывобезопасного (типа ВЭ-16РБ) 3—5.

Для дистанционного измерения давлений газа 6—7 на разных уровнях контроля (КЦ, СПУ, ЦДП) используются различные контрольно-измерительные комплексы с унифицированными выходными сигналами.

Широкое распространение на КС получили приборы МП-Э2, потенциометрические датчики давления типа ДДП-1. Применяя их с различными нормирующими преобразователями, получают необходимый унифицированный сигнал 0—5 мА или 0—10 В. Взрывозащищенность и достаточно высокие эксплуатационные качества этих датчиков, в частности повышенная виброустойчивость, облегчают использование их в условиях КС.

Электрический датчик давления «Минитран» имеет взрывозащищенное исполнение и поэтому, так же как датчик ДДП-1, может устанавливаться непосредственно у места отбора давления газа. Он имеет унифицированный токовый сигнал, питается от общего для двух датчиков блока. Намечаются к внедрению приборы типа «Сапфир-22».

Перепад давлений газ—газ (разность давлений газа в обвязке и газа в полости ЦН) и газ—масло (разность давлений газа в полости ЦН и масла уплотнения) контролируется с помощью взрывозащищенных дифференциальных датчиков-реле давления РДД-1М и РДД-2Г (8,9)). Непрерывные показания перепада давлений газ—масло, необходимые для настройки регулятора перепада и поддержания минимально допустимых -значений перепада, обеспечиваются с помощью дифманометра типа ДМ, имеющего автоматический показывающий прибор КПД1-501 или самопишущий КСД1-001 с пределами измерений 0—63,0 МПа. Для этих целей может также применяться показывающий дифманометр ДСП-780В.

Для контроля температуры природного газа, воздуха, воды, масла и баббита подшипников ГПА на КС используются: ртутные термометры, с помощью которых измеряется температура в различных точках по месту установки технологического оборудования; электроконтактные манометрические термометры общепромышленного исполнения ТПП-СК и взрыво-защищенные ТПП-4-1У как датчики-реле с дискретным выходом в системах автоматического управления и как показывающие приборы по месту их установки; термометры сопротивления медные ТСМ и платиновые ТСП как первичные преобразователи; вторичные приборы различных конструкций и назначений (логометры, мосты и другие), с помощью которых совместно с термометрами сопротивления осуществляют непрерывный или периодический дистанционный контроль температуры (сигнализацию, показания, регистрацию) и автоматическое управление.

Температура подшипников ГПА (1) измеряется термометрами сопротивления, заложенными в баббитовые вкладыши подшипников нагнетателя, редуктора, приводного электродвигателя и его возбудителя. В качестве вторичных приборов контроля температуры подшипников ГПА используются различные электронные уравновешенные автоматические мосты (ЭМР-109И, КСМ-4И и др.) с искробезопасными цепями.

Для измерения температуры обмоток (меди) и железа статора (12) приводного электродвигателя ГПА используются также термометры сопротивления, заложенные в пазы статора.

Контроль вибрации подшипников ГПА осуществляется с помощью виброизмерительной контрольно-сигнальной аппаратуры типов ВИЗА-3, КСА-15 и АВКС-2. Осевой сдвиг ротора нагнетателя (3, 4). При работе центробежного нагнетателя создаются усилия, стремящиеся сдвинуть вал нагнетателя вдоль оси. Эти усилия воспринимаются опорно-упорным подшипником. Для контроля состояния опорно-упорного подшипника (степени износа его вкладышей) предусматривается контроль осевого сдвига вала (контроль положения вала по оси) с помощью устройства, состоящего из гидравлического реле и двух электроконтактных манометров, контакты которых используются для подачи сигнала в защиту ГПА по осевому сдвигу нагнетателя.

Уровень масла в маслобаке (11). Для контроля уровня применяются поплавковые устройства, с помощью которых обеспечиваются визуальный контроль (показания) уровня по месту и сигнализация крайних значений, используемых в аппаратуре автоматического управления и регулирования.

Контроль электрических параметров (13) в высоковольтных установках электроснабжения КС и приводных электродвигателей ГПА осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения, имеющих параметры вторичных цепей соответственно 5 А и 100 В. В качестве показывающих приборов используются в основном электромагнитные амперметры 0—5 А и вольтметры 0—100 В, а также трехфазные ваттметры, счетчики и фазометры 0—5 А, 0—100 В с градуировкой шкалы по значению параметра высо­ковольтной силовой цепи.

Загазованность и возникновение пожара в помещениях КЦ. В КЦ с электроприводными ГПА галерея нагнетателей является взрывоопасным помещением категории В-Ia, а в случае отсутствия разделительной стенки между галереей нагнетателей и машинным залом к категории взрывоопасных помещений В-Ia относится весь машинный зал КЦ-

На КС с электроприводными ГПА до последнего времени использовались следующие виды аппаратуры контроля загазованности: сигнализатор наличия горючих газов в воздухе СГГ-2; система контроля уровня загазованности «Газ-1», разработанная ВНПО Союзгазавтоматика, и система автоматической газовой защиты и централизованного телемеханического конт­роля метана АМТ-3.

1 — граница минимальной объемной производительности нагнетателя (граница помпажной зоны), 2 — рекомендуется граница рабочей точки нагнетателя Рисунок 8.2 - Рабочая характеристика центробежного нагнетателя типа 280-11 на участке, близком к зоне помпажа

Объемная производительность нагнетателя. Основным параметром, определяющим экономические и режимные показатели ГПА, КС, МГ, является производительность (расход). Для определения расхода газа в качестве исходного параметра берется объемная производительность. Непосредственно по объемной производительности определяются режимы работы нагнетателя. При автоматизации ГПА по объемной производительности осуществляются антипомпажное регулирование и защита от помпажа.

Контролировать режим работы нагнетателя можно и по степени сжатия ε, определяемой как частное от деления давления р₂ газа на выходе из нагнетателя на давление p₁ газа перед нагнетателем. Однако предпочтение отдается контролю по объемной производительности, так как по ней можно более точно определить рабочую точку характеристики нагнетателя. Это видно на примере рассмотрения характеристики Q=f(ε) центробежного нагнетателя типа 280-11 (рис. 2). В зоне, близкой к помпажу, при переходе из рабочей точки а в рабочую точку б изменению объемной производительности нагнетателя ΔQ=13 м³/мин (на 10%) соответствует изменение степени сжатия Δ ε =0,005 (на 0,4%). Для того чтобы заметить такие изменения режима работы нагнетателя, необходимо измерять степень сжатия с погрешностью, не превышающей 0,5 %, что практически неосуществимо. В то же время для получения тех же результатов объемную производительность можно измерять с погрешностью до 10%. Обеспечить измерения с такой невысокой точностью даже с учетом всех существующих при этом метрологических трудностей достаточно легко.

Объемная производительность Q (в м³/мин) определяется по перепаду давлений на сужающем входном устройстве нагнетателя

Q=A√Δp/ρ,

где Δp — перепад давлений газа на входном сужающем устройстве нагнетателя;

А — коэффициент расхода газа, определяемый по результатам градуировки сужающего устройства; ρ — плотность газа перед нагнетателем.

1 — преобразователь давления; 2 — дифференциальный манометр; 3 — блок питания; 4 — вторичный прибор Рисунок 8.3 - Аппаратура контроля объемной производительности центробежного нагнетателя «Сигнал-1М»

Плотность газа (в кг/м³) зависит от давления и температуры

ρ = ρ₀рT₀/ ρ₀T,

где ρ₀ — плотность газа при нормальных условиях, т. е. при давлении p₀ = 0,1 МПа и температуре T₀ = 293 К (в зависимости от состава газа ρ₀ = 0,68÷0,78 кг/м³); р, Т — абсолютное давление и температура газа перед входным сужающим устройством нагнетателя.

В качестве аппаратуры контроля объемной производительности нагнетателей типа 280-11 (280-12, -14) используется комплексы «Сигнал-1М», «Сигнал-2», «Поток-1» с помощью которых измеряются Δр и р, а также определяется объемная производительность.

На рис. 3 показана общая схема комплекса «Сигнал-1М». Для измерения давления используется преобразователь давления ПД-1, изготовляемый на основе взрывозащищенного потенциометрического датчика давления ДДП-1-6 (0—6 МПа) с измененной схемой подключения резисторов потенциометра. Пе­репад давлений на входном сужающем устройстве измеряется взрывозащищенным дифференциальным манометром ДтХ-01, изготавливаемым на базе мембранного манометра ДМ 3583М, (0—0,16 МПа). В качестве вторичного прибора СД-2 используется автоматический самопишущий прибор с дифференциально-трансформаторной измерительной системой КСД-2-008, в который внесены соответствующие изменения и дополнения, обеспечивающие преобразование измеряемых величин Δp и р в объемную производительность.

Вторичный прибор имеет два аналоговых потенциометрических выхода а и б, используемых для дистанционной передачи показаний объемной производительности и антипомпажного регулирования ГПА, а также два дискретных контактных выхода по снижению объемной производительности с предварительной уставкой H и аварийной А, используемых для сигнализации и защиты.