Система автоматического управления ГПА

Система автоматического управления ГПА предназначена для вы­полнения функций управления, регулирования и контроля, обеспечива­ющих длительную безаварийную работу ГПА.

1.САУ ГПА обеспечивает автоматическое выполнение следующих фун­
кций: ;

а) Управляющие функции:

• автоматическая проверка готовности к пуску включая проверку за­щит;

• автоматический пуск ГПА - по команде САУ КЦ верхнего уровня или по команде оператора со стойки управления (СУ);

• изменение задания по частоте вращения турбины, нагнетателя по командам САУ КЦ или оператора с СУ;

• автоматическая нормальная остановка ГПА - по команде САУ КЦ или оператора с СУ;

• автоматическая аварийная остановка ГПА по сигналам устройств защит, по команде САУ КЦ или оператора с СУ. К основным защи­там устройств относятся: защита по температуре в камере сгорания; защита по перепаду «масло-газ»; защита по давлению масла смазки; защита по вибрации и осевому сдвигу; защита по превышению обо­ротов ТВД и ТНД и защита по температуре подшипников;

• экстренная остановка - по команде оператора с СУ;

• холодная прокрутка газотурбинного двигателя (ГТД);

• технологическая прокрутка ГТД;

• включение средств пожаротушения - автоматическое или по коман­де оператора с СУ;

• дистанционное управление основными и вспомогательными механиз­мами на неработающем ГПА;

б) Информационные функции:

• сбор и обработка аналоговых технологических параметров ГПА;

• сбор и обработка дискретных параметров, характеризующих состо­яние и положение исполнительных механизмов ГПА;

• обмен информацией с САУ КЦ;

• обмен информацией между устройствами САУ ГПА;

• непрерывное отображение и запись ряда важнейших параметров, характеризующих работу ГПА, таких как: частота вращения ТНД, ТВД; температура газа в камере сгорания; перепад давления масло-газ; вибрация двигателя, нагнетателя; давление газа до и после на­гнетателя;

• отображение по запросу оператора информации о текущих значени­ях технологических параметров, положения исполнительных меха­низмов и устройств ГПА;

• оценочный расчет ряда косвенных параметров, таких как: расход топливного газа; объемная производительность; эффективная мощ­ность и КПД; учет наработки ГПА при работе в трассу и количество пусков и остановок; >

'• автоматическое представление информации о предупредительных и аварийных ситуациях, связанных с выходом технологических пара­метров за установленные пределы или срабатыванием защиты ГПА;

• автоматическое запоминание срабатывания аварийной сигнализа­ции до момента снятия ее оператором;

• представление информации о невыполненных предпусковых усло­виях и отклонениях от нормального течения процессов пуска и оста­новки ГПА;

• сигнализация основных режимов работы ГПА: ГОТОВНОСТЬ К ПУСКУ, ПУСК, КОЛЬЦО, МАГИСТРАЛЬ, НОРМАЛЬНАЯ ОС­ТАНОВКА, АВАРИЙНАЯ ОСТАНОВКА, ГОТОВНОСТЬ К ХО­ЛОДНОЙ ИЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОКРУТКЕ, ХОЛОД­НАЯ ПРОКРУТКА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОКРУТКА;

• звуковая сигнализация о предупредительных и аварийных ситуаци­ях, связанных с выходом технологических параметров за установ­ленные пределы или срабатыванием защиты ГПА (аварийная - не­прерывный звуковой сигнал, предупредительная - прерывистый);

в) Функции регулирования САУ ГПА:

• регулирование частоты вращения ТН обеспечивает поддержание частоты вращения турбины нагнетателя в соответствии с заданием вышестоящего уровня или по командам оператора с учетом ограни­чений по температуре продуктов сгорания, приемистости, частоте вращения турбин высокого и низкого давления;

• антипомпажное регулирование обеспечивает стабилизацию режима работы нагнетателя вне зоны помпажа на основании непрерывного расчета расстояния между рабочей точкой нагнетателя и линией пом­пажа, а также скорости приближения рабочей точки к линии помпажа.

По принципу построения САУ ГПА подразделяются на релейные, релейно-электронные и микропроцессорные.

Пример построения релейной схемы управления показан на рис.6.2, на котором приведена схема реализации аварийной остановки ГПА по перепаду «масло-газ». Схема работает следующим образом:

Условия включения схемы в работу - наличие газа в нагнетателе или открытие крана №11 - контакты реле РДГН и 11РО замкнуты.

ДР< 0,15 МП А

ппмг

i ксд-i i

кл. ПМНУ

АО

кл. Р

АПМГ 461

Рис. 6.2. Схема реализации аварийной остановки ГПА по перепаду «масло-газ»: РДГН - реле давления газа в нагнетателе; РПД - реле перепада давления;

ППМГ - реле понижения перепада «масло-газ»; АПМГ - реле аварийной остановки по перепаду давления «масло-газ»; кл. ПМНУ - ключ переключения

насосов; РД - реле дополнительное; кл. Р - ключ разблокировки; ПРО - реле открытия крана Х°11; АО - реле аварийной остановки; КСД - выходное устройство

При замыкании контакта КСД срабатывает реле ППМГ- предупре­дительная сигнализация.

При замыкании контакта РПД «аварийный перепад» срабатывает реле времени АПМГ и своим контактом через определенный промежу­ток времени, если за это время не исчезнет сигнал, включает реле АО -аварийная остановка ГПА. Своим контактом реле АО ставит реле АПМГ на самоблокировку. После исчезновения сигнала аварийного перепада ключом разблокировки реле АО становится в исходное по­ложение.

В последнее время все более широкое применение получают микро­процессорные САУ, которые имеют ряд преимуществ перед релейными схемами - возможность более гибкой реализации алгоритмов управле­ния и регулирования, возможность получения ретроспективной инфор­мации о работе ГПА, выделения первопричины аварийной остановки, отсутствие недолговечных и малонадежных самопишущих приборов и др.

Кроме того, в случае установки аппаратуры САУ ГПА непосред­ственно у ГПА она позволяет существенно снизить расход кабельной продукции, так как информация в операторную передается по уплот­ненному каналу связи.

Рассмотрим принцип построения микропроцессорной САУ ГПА на примере ГПА-Ц-6,ЗС.

Конструктивно САУ ГПА состоит из 4 стоек (рис. 6.3):

• стойка центрального вычислительного комплекса и устройств нор­мализации сигналов (ЦВК-УНС);

• стойка релейных коммутаторов нагрузки (РКП);

• стойка кроссировочная (СК);

• стойка управления (СУ).

Стойки ЦВК-УНС, РКП, СК размещаются в отсеке автоматики ГПА и выполнены в виде шкафов одностороннего обслуживания.

Стойка управления размещается в операторной и обеспечивает воз­можность управления и контроля ГПА.

В состав САУ ГПА входят: программно-аппаратные средства «Series 4»; аппаратура для представления и регистрации информации; приборы контроля вибрации; топливный клапан с сервоприводом SPN; анти-помпажный клапан, датчик перепада давления, барьеры искробезо-пасности; панель для установки барьеров искробезопасности, датчи­ки и сигнализаторы; исполнительные механизмы, входящие в состав ГПА.

САУ ГПА осуществляет сбор, преобразование и обработку по­лученной от датчиков, сигнализаторов и исполнительных механиз­мов (ИМ) агрегата информации, автоматическое управление и за­щиту агрегата во всех режимах его работы, антипомпажное регули­рование, а также отображение оперативной информации о состоя­нии ГПА на экране станции контроля и управления. Все необходи­мые функции регулирования технологическими параметрами и пре­дотвращения аварийных режимов ГПА осуществляются программ­но-аппаратными средствами «Series 4», установленными в стойке ЦВК-УНС.

При наличии датчиков температуры, устанавливаемых в отсеке нагнетателя, обыкновенного исполнения аналоговые сигналы пода­ются через барьеры искробезопасности (БР), установленные на пане­ли EN.

Управление ГПА может осуществляться:

• централизованно, по цифровому каналу связи от САУ КЦ,

• автономно, по цифровому и физическому каналам связи со стоики управления.

Команды управления со стойки СУ поступают в стойку ЦВК-УНС по двум интерфейсным каналам, обеспечивающим обмен циф­ровыми данными между программно-аппаратными средствами «Series 4» и станцией контроля и управления XYCOM, а также по физическим каналам, с помощью которых передаются дискретные команды от кнопок и принимаются донесения на органы индика­ции.

Команды управления исполнительными механизмами ГПА от про­граммно-аппаратных средств «Series 4» выдаются через релейный ком­мутатор нагрузок (РКП).

Автоматическое поддержание заданной частоты вращения ТНД на всех режимах работы осуществляется за счет управления топливным клапаном РК.

Противопомпажное регулирование на всех режимах работы ГПА осуществляется управлением антипомпажным клапаном рециркуляции АПК с корректировкой частоты вращения ТНД.

Питание составных частей САУ ГПА осуществляется от стабилизи­рованных преобразователей напряжения.

Вся система автоматизации компрессорных станций базируется на работе различного типа датчиков и приборов.

6.2. Датчики

Для контроля технического состояния газоперекачивающего агрега­та, технологического и вспомогательного оборудования используются разного рода измерительные первичные преобразователи (датчики). Дат­чики преобразуют физическую величину в электрический сигнал и рабо­тают с показывающими, регистрирующими вторичными приборами, ре­гуляторами, системами автоматического управления и контроля. Пара­метрами, характеризующими техническое состояние оборудования, яв­ляются: температура, давление, перепад давлений, вибрация и другие.

Датчики давления предназначены для непрерывного пропорциональ­ного преобразования мгновенного значения давления или разности дав­лений жидкостей или газов в унифицированный токовый сигнал.

Датчики давления в зависимости от модификации применяются для измерения избыточного давления, разрежения или абсолютного давле­ния. В настоящее время наиболее широко используются датчики с тен-зопреобразователем в качестве чувствительного элемента. Конструк­тивно датчик давления состоит из датчика-тезопреобразователя и элек­тронного блока. Работает он следующим образом: давление рабочей среды воздействует на мембрану и посредством штока вызывает де­формацию чувствительного элемента, прочно скрепленного с мембра­ной тензопреобразователя. Чувствительный элемент представляет со­бой кристалл сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами. Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измеритель­ной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивле­ния тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы поступает в дифференциальный уси­литель электронного блока. Некоторые модели датчиков имеют также регулятор коэффициента усиления, который обеспечивает перенаст­ройку диапазонов измерения. Усиленный сигнал преобразуется в уни­фицированный токовый (0-5, 0-20, 4-20, 20-4, 20-0, 5-0 мА). Устрой­ство термокоррекции компенсирует влияние температурных воздей­ствий на тензомост.

Пример одного из типов различных датчиков, приведен на рис. 6.4.

Широкое распространение на КС получили дифференциальные мем­бранные манометры типов ДМ-23578А, ДМ-23579А, ДтХ-01 и др. Чув­ствительным элементом дифманометра является мембранный блок, со­стоящий из мембранных коробок, ввернутых с обеих сторон в перего­родку. При этом образуется две камеры - плюсовая (нижняя) и минусо­вая (верхняя). Внутренние полости мембранных коробок заполнены эти-

Рис. 6.4.Датчик для измерения перепада давлений Метран-43- ДД: (+) - камера

положительного давления; (-) - камера отрицательного давления;

1 - разделительная мембрана; 2 - шток; 3 - мембрана тензопреобразователя;

4 - мостовая схема; 5 - электронный блок; 6 - преобразователь; 7 - узел питания;

8 - устройство термокоррекции

ленгликолем и сообщаются между собой. Под воздействием перепада давления в камерах нижняя мембранная коробка сжимается, и жидкость из нее перетекает^ верхнюю коробку, раздувая ее, что вызывает пере­мещение плунжера дифтрансформаторного преобразователя и приво­дит, в свою очередь, к изменению взаимной индуктивности между его первичной и вторичной цепями. Деформация чувствительного элемента происходит до тех пор, пока силы, вызванные перепадом давления, не уравновесятся упругими силами мембранных коробок. Поскольку элек­трический выход дифманометров представляет собой сигнал взаимной индуктивности и он не является унифицированным, то они работают только в комплекте со вторичными приборами дифтрансформаторной системы типов КСД2, КСДЗ и т.п. или ферродинамической системы ти­пов ВФС, ВФП и др., в зависимости от модификации дифманометра.

Рис. 6.5.Сигнализатор давления «Садко 107»: 1 - чувствительный элемент; 2 - контактная система; 3 - винт настройки; 4 - пружина

Аналогичный принцип преобразования имеют манометры МИД-22331А, МИД-22371А и др., измеряющие избыточное и ваку-уметрическое давление и имеющие одну измерительную камеру.

Для контроля давления и разности давлений применяются также дискретные сигнализаторы (реле) давления и перепада давлений. Принцип действия такого сигнализатора основан на уравновеши­вании сил, создаваемых в чувствительных элементах и упругих де­формаций пружин. Чувствительный элемент в зависимости от ис­полнения сигнализатора может быть выполнен в виде сильфонного узла, мембранного узла или трубки Бур дона. Выпускаются сигна­лизаторы в общепромышленном и взрывозащищенном исполнени­ях. Принципиальная схема сигнализатора давления приведена на рис. 6.5.

В качестве сигнализаторов давления применяются также электро­контактные манометры (ЭКМ) - манометры, имеющие в своей конст­рукции две контактные группы для уставок, одна из которых замыкает­ся при понижении давления ниже заданного, а другая замыкается при превышении заданного давления.

Отличие сигнализаторов перепада давления от сигнализаторов давления состоит в наличии двух камер для подвода контролируе­мых сред и использованием в качестве чувствительного элемента мембраны.

В некоторых типах сигнализаторов, особенно взрывозащищенного исполнения, контактная система может быть выполнена в виде магни-тоуправляемого контакта (геркона).

Средства измерения температуры (преобразователи температуры) можно условно разделить на шесть основных групп: погружаемые тер­мопреобразователи сопротивления; подшипниковые термопреобразова­тели сопротивления; поверхностные термопреобразователи сопротив­ления; термопреобразователи сопротивления с унифицированным токо­вым выходом; преобразователи термоэлектрические; преобразователи измерительные для термопреобразователей сопротивления и преобразо­вателей термоэлектрических.

Термопреобразователи сопротивления предназначены для опреде­ления температуры измеряемой среды, преобразуемой в омическое со­противление чувствительного элемента. Основными материалами для изготовления чувствительных элементов являются технические медь и платина, сопротивление которых изменяется практически прямо про­порционально изменению температуры.

Погружаемые термопреобразователи сопротивления выпускают­ся в общепромышленном и взрывозащищенном исполнениях (рис.6.6). В настоящее время в конструкции приборов применяется двойная герметизация электрической цепи; чувствительный элемент представляет собой малоинерционный модуль, а исполнение может быть с одним или двумя чувствительными элементами, инерцион­ность которых составляет от 10 до 15 с, температурный диапазон измерения преобразователей с медным чувстивительным элементом от -60 до 150 °С, с платиновым чувствительным элементом обычно от -80 до 250 °С.

Подшипниковые термопреобразователи (рис.6.7) имеют инерцион­ность от 4 до 8 с, обладают повышенной маслостойкостью и механичес­кой прочностью, имеются модификации с кабельным вводом в защитной пружине по всей длине или в месте заделки кабеля в корпус. Темпера­турный диапазон измерения до 180°С.

1 - Защитная арматура

2 - Голобка

3 - Штуцер А - Зона размещения чубстВитвльного элемента

ВиЗ сйерху. крышка не показана

С Выходом Зля измерения С Встроенным Электронным
омического сопротивления блоком с унифицированным

токобым Выходом

1 - чувствительный элемент;

2 - кабельный вывод;

3 - защитная пружина

4 - разъём;

5 - комплект монтажных частей

Схема подключения к лирии потребителя

3 1 О О

Рис. 6.7. Принципиальные схемы подшипниковых термопреобразователей

сопротивления

Автоматизация компрессорных станций

Поверхностные термосопротивления (рис.6.8) предназначены для установки непосредственно на поверхности труб наземных и подзем­ных трубопроводов, а также для измерения температуры грунта. В связи с очевидными трудностями замены вышедших из строя повер­хностных термопреобразователей, в конструкции предусмотрено дуб­лирование или троирование модулей чувствительных элементов. Токовые выводы чувствительных элементов размещены внутри ка­бельного вывода длиной 3-5 м, состоящего из трубки нержавеющей стали и надетого на нее металлорукава. Соединение корпуса с ка­бельным выводом выполнено с помощью аргонно-дуговой сварки, исключающей разгерметизацию измерительного тракта в процессе эксплуатации. Корпус и кабельный вывод электроизолированы от поверхности трубы для развязки от потенциала катодной защиты тру­бопровода. Инерционность поверхностных термопреобразователей не превышает 60 с.

Термопреобразователи сопротивления с унифицированным токовым выходом имеют стандартный токовый сигнал 0-5 или 4-20 мА. Изго­тавливаются погружаемые и поверхностные преобразователи в обще­промышленном и взрывозащищенном исполнениях. Рабочий диапазон измерения от -50 до 200 °С.

Преобразователи термоэлектрические (рис.6.9) имеют в качестве чувствительного элемента два электрода, концы которых спаяны меж­ду собой, и под воздействием температуры между электродами возника­ет термоЭДС прямо пропорциональная изменению температуры. Наи­более применяемыми термопарами на турбоагрегатах являются термо­пары с электродами хромель-алюмель с диапазоном измерения 0-900° С, реже используются хромель-капелевые темопары с диапазоном изме­рения 0-500 °С.

Чувствительный элемент преобразователей выполняется на базе тер­мопарного кабеля с минеральной изоляцией типа КТМС диаметром 1,5; 4 или 6 мм, что снижает инерционность до 5 с. Термопары выпускаются как с одиночным, так и с дублированными чувствительными элемента­ми, с изолированным или неизолированным от корпуса преобразовате­лей горячим спаем.

В системах автоматического управления КС широко применяются сигнализаторы (реле) температуры. Существует несколько типов сигна­лизаторов: манометрические, дилатометрические, мембранные, сильфон-ные. Принцип действия указанных реле температуры одинаков - это изменение геометрических размеров чувствительного элемента в зави­симости от температуры контролируемой среды. Таким образом, рабо­та рассматриваемых сигнализаторов аналогична работе сигнализато-

1 - защитная арматура; l,

2 - кабельный вывод;

3 - головка;

4 - место установки на трубопровод;

Б - зона размещения 1 или 3 чувствительных элементов

а) с инерционностью менее 1 с;

1 - чувствительный элемент (кабель КТМС, d = 1,5 мм); 1 - защитная арматура;

3 - штуцер;

4 - защитная пружина;

5 - кабельный вывод

\ Вид без крышки В

С встроенным электронным

блоком с унифицированным

токовым выходом

Схема подключения к линии потребителя

1 - защитная арматура;

2 - штуцер;

3 - головка;

А - зона размещения чувствительного элемента (кабель КТМС, d = 4,6 мм)

Рис. 6.9.Принципиальные схемы термоэлектрических преобразователей

ров давления. Сигнализаторы температуры изготавливаются также в общепромышленном и взрывозащищенном исполнениях.

Для контроля частоты вращения валов агрегатов используются ин­дукционные датчики частоты вращения. Указанные датчики обеспечи­вают дистанционное, бесконтактное преобразование частоты вращения вала в последовательность токовых импульсов. При этом вал оборудует­ся какими-либо «метками», которые и являются источниками импульсов, генерируемых датчиком. Чаще всего в качестве «меток» применяются

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: