СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ОСТАНОВКЕ ТУРБОМАШИННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ В УСТАНОВКЕ ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ПРОДУКТА
CONTROL METHOD WHEN STOPPING A TURBOMACHINE PROCESSING LINE IN A LIQUEFACTION OF A GASEOUS PRODUCT APPARATUS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Предложенное изобретение относится к способу управления при останове турбомашинной технологической линии в установке для сжижения газообразного продукта. В частности, раскрытый в настоящей заявке способ относится к установке для сжижения, предназначенной для производства сжиженного природного газа (СПГ).
Из уровня техники известно, что производство СПГ осуществляют в специализированной установке, в которой природный газ постепенно охлаждают во время многоступенчатого процесса понижения температуры. При этом указанная установка содержит, как правило, несколько теплообменников, в которых природный газ передает тепло хладагенту.
Если описывать более подробно, то указанный хладагент циркулирует через свою трубопроводную систему. В рассматриваемой области техники группа компрессоров, прикрепленных к одному валу, называется "технологической линией". В свою очередь, технологическая линия также содержит по меньшей мере один энергетический блок. Как правило, энергия к технологической линии подается от турбины и, как вариант, от электрического двигателя. Установка содержит разное количество технологических линий, однако, как правило, в каждой установке есть по меньшей мере две технологические линии. В следующем описании для удобства изложения предполагается, что установка содержит две технологические линии, причем подразумевается отсутствие потери универсальности, поскольку одни и те же основные идеи могут быть легко распространены на установку с по меньшей мере тремя технологическими линиями.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Каждый раз, когда происходит останов технологической линии по непредвиденной причине, весь поток хладагента, совместно используемый между технологическими линиями, будет использоваться только одной технологической линией. Это вызывает неожиданное повышение мощности, потребляемой компрессорами. Если привод не может обеспечить такую повышенную мощность, или он все же подает ее, но с пониженной интенсивностью, то скорость все еще активной технологической линии может падать в сторону минимальной скорости газовой турбины с потенциальным остановом вследствие недостаточной скорости. Вероятность потенциального останова повышается вследствие того, что технологическая линия работает около своей минимальной рабочей скорости. Останов все еще активной технологической линии полностью останавливает производство СПГ в установке.
Таким образом, в первом варианте выполнения предложенное изобретение относится к способу управления при останове турбомашинной технологической линии. Турбомашинная технологическая линия установлена в установке для сжижения газообразного продукта, содержащей по меньшей мере две турбомашинные технологические линии. При этом каждая турбомашинная технологическая линия содержит по меньшей мере один двигательный привод и по меньшей мере один работающий от привода компрессор, причем до наступления останова все двигательные приводы приводят в движение указанные компрессоры. Предложенный способ содержит этапы, на которых обнаруживают останов первой турбомашинной технологической линии. На следующем этапе, при обнаружении останова, незамедлительно повышают приводящий крутящий момент на валу второй турбомашинной технологической линии. Указанное повышение приводящего крутящего момента поддерживают до тех пор, пока не будет достигнута заданная скорость двигательного привода или не истечет заданный период времени.
Во втором варианте выполнения предложенное изобретение также относится к блоку управления для двигательного привода урбомашинной технологической линии. Данный блок управления содержит сенсорный модуль, выполненный с возможностью определения скорости вала указанной турбомашинной технологической линии. С модулем обнаружения функционально соединен модуль задания крутящего момента, выполненный с возможностью задания крутящего момента двигательного привода. Модуль обнаружения выполнен с возможностью обнаружения останова другой турбомашинной технологической линии. В частности, модуль задания крутящего момента выполнен с возможностью незамедлительного повышения приводящего крутящего момента на валу второй турбомашинной технологической линии при обнаружении останова и с возможностью поддержания приводящего крутящего момента на валу второй турбомашинной технологической линии до тех пор, пока не будет достигнута заданная скорость двигательного привода или не истечет заданный период времени.
Преимущественно, обеспечивается возможность увеличения скорости технологической линии и двигательного привода до того, как перегрузка от останова другой технологической линии будет ощутима турбиной. Таким образом, вследствие того, что двигательный привод предусматривает возможность вклада в крутящий момент все еще активной технологической линии, отсутствует вероятность перегрузки турбины, питающей энергией данную линию.
Другие подробности и конкретные варианты выполнения предложенного изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг. 1 изображает функциональную схему блока управления для двигательного привода турбомашинной технологической линии в соответствии с одним вариантом выполнения предложенного изобретения;
- фиг. 2 изображает схему установки для сжижения газообразного продукта.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В следующем описании предпочтительных вариантов выполнения изобретения ссылка сделана на прилагаемые чертежи. На разных чертежах одинаковые номера позиции обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Следующее подробное описание не ограничивает предложенное изобретение. Напротив, объем правовой защиты предложенного изобретения определен приложенной формулой изобретения.
Во всем описании ссылка на «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что отдельный признак, конструкция или характеристика, описанная в связи с вариантом выполнения, содержится в по меньшей мере одном варианте выполнения предложенного изобретения. Таким образом, фраза "в одном варианте выполнения" или "в варианте выполнения" в соответствующих местах во всем описании не обязательно относится к одному и тому же варианту выполнения. Кроме этого, отдельные признаки, конструкции или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим образом в одном или более варианте выполнения.
На прилагаемых чертежах номером 1 позиции обозначен блок управления для двигательного привода турбомашинной технологической линии.
В настоящей заявке турбомашинная технологическая линия также кратко описана для облегчения понимания и обозначена номером 2 позиции.
Турбомашинная технологическая линия 2 содержит вал 3, к которому присоединены несколько компрессоров 4 таким образом, что каждый компрессор из указанных нескольких компрессоров может сжимать различную текучую среду. Пар, поступающий от охладителей и/или из холодильных блоков, отделяют во всасывающем барабане (обычно выполненном на впуске в каждую компрессорную ступень) для отделения пара от увлечения жидкостью до подачи в компрессорную ступень. Пар, выходящий из компрессоров 4, направляется в охладители и/или конденсаторную секцию перед поступлением в следующую компрессорную ступень или в питающий накопитель или охладители и/или холодильные блоки.
Турбомашинная технологическая линия 2 также содержит двигательный привод 6, 7, соединенный с валом 3. В свою очередь, двигательный привод может содержать турбину 6, закрепленную на валу 3. Турбина 6 является первичным источником энергии для технологической линии 2. Привод 6, 7 может содержать вспомогательный двигатель 7, предпочтительно, представляющий собой электродвигатель. Вспомогательный двигатель 7 также соединен с валом 3. Следует отметить, что в варианте выполнения изобретения, показанном на прилагаемых фигурах, привод 6, 7 содержит как вспомогательный двигатель 7, так и турбину 6. Однако в других вариантах выполнения, не изображенных на прилагаемых чертежах, данный привод может содержать либо вспомогательный двигатель 7, либо турбину 6.
Как изображено на фиг. 2, установка 8 может содержать более одной технологической линии 2. В рассматриваемом примере установка 8 содержит две турбомашинные технологические линии 2, 2'. В частности, в настоящей заявке технологические линии 2, 2' считаются идентичными. Однако в других вариантах выполнения, не изображенных на прилагаемых чертежах, две технологические линии 2, 2' могут представлять собой отличные друг от друга компоненты. Кроме того, в других вариантах выполнения, не изображенных на прилагаемых чертежах, может быть любое количество линий 2.
Далее подробно описан блок 1 управления. Естественно, блок 1 управления описан далее с разделением на множество модулей. Такое разделение выполнено исключительно для облегчения описания и никоим образом не должно рассматриваться как отражающее физическую структуру самого блока 1 управления. Напротив, каждый модуль может быть выполнен в виде электронного контура на подходящей аппаратной основе, в виде программного обеспечения, подпроцедуры или библиотеки, или в виде обоих указанных вариантов. Каждый модуль может быть выполнен в локальном блоке или может быть распределен по сети. Кроме того, модули могут быть выполнены с возможностью обмена данными друг с другом через подходящий либо проводной, либо беспроводной протокол.
Как показано, в частности, на фиг. 1 блок 1 управления содержит сенсорный модуль 9, выполненный с возможностью определения скорости вала 3 линии 2, на котором установлен указанный модуль. Сенсорный модуль 9 выполнен с возможностью подачи сигнала Vs скорости, представляющего значение скорости вала 3. Модуль 9 сам по себе известен специалистам в рассматриваемой области техники и поэтому не описан далее более подробно.
Блок 1 управления также содержит модуль 10 задания крутящего момента, выполненный с возможностью задания крутящего момента привода 6, 7. Модуль 10 задания крутящего момента функционально соединен с сенсорным модулем 9 и выполнен с возможностью приема указанного сигнала Vs скорости.
Кроме того, модуль 10 задания крутящего момента выполнен с возможностью подачи сигнала Tr запроса крутящего момента, посылаемого во вспомогательный двигатель 7.
В частности, модуль 10 задания крутящего момента содержит вычислительный подмодуль 11, выполненный с возможностью вычисления запрашиваемого значения приводящего крутящего момента вспомогательного двигателя 7 как функции от текущей скорости вращения вала 3 технологической линии 2 и от текущего запрашиваемого значения приводящего крутящего момента. Так, при нормальных рабочих состояниях сигнал Tr запроса крутящего момента вычисляют модулем 10 задания крутящего момента. При этом сигнал Tr запроса крутящего момента выбирают как максимум между первым сигналом Tr1 запроса крутящего момента, являющимся нормальным запросом крутящего момента при стандартном рабочем состоянии, и вторым сигналом Tr2 запроса крутящего момента, определяющим запрос крутящего момента в привод 6, 7 при состояниях разъединения. В свою очередь, указанный первый сигнал Tr1 запроса крутящего момента вычисляют вычислительным подмодулем 11 на основании самого сигнала Tr запроса крутящего момента и сигнала Vs скорости. Вычисление второго сигнала Tr2 запроса крутящего момента описано в следующей части данной заявки.
Блок 1 управления также содержит модуль 12 обнаружения, выполненный с обеспечением возможности обнаружения останова другой технологической линии 2'. В частности, данный модуль может обнаруживать неправильное функционирование либо вспомогательного двигателя 7', либо турбины 6' до того, как неправильное функционирование указанного двигателя или турбины будет иметь значительное воздействие на скорость вала 3'. При неправильном функционировании другой технологической линии 2' модуль 12 обнаружения может подать сигнал Ms о неправильном функционировании, что запускает ответ блока 1 управления на незапланированный останов.
Модуль 10 задания крутящего момента принимает сигнал Ms о неправильном функционировании, что приводит в действие логическую схему, выполненную с возможностью управления данным состоянием. Модуль 10 задания крутящего момента содержит рабочий модуль 13, функционально соединенный с модулем 12 обнаружения. Рабочий модуль 13 выполнен с возможностью задания запрашиваемого значения приводящего крутящего момента вспомогательного двигателя 7 во время останова другой турбомашинной технологической линии 2'. В частности, рабочий модуль осуществляет данную операцию путем вычисления второго сигнала Tr2 запроса крутящего момента. Как описано выше, в качестве сигнала Tr запроса крутящего момента выбирают более высокий запрос крутящего момента между первым сигналом Tr1 запроса крутящего момента модуля 10 задания крутящего момента и вторым сигналом Tr2 запроса крутящего момента рабочего модуля 13. Таким образом, при рабочем состоянии выбирают первый сигнал Tr1 запроса крутящего момента от модуля задания крутящего момента. При состояниях чрезвычайных ситуаций, поскольку необходимо, чтобы рабочий модуль 13 приводил вал 3 в движение с более высокой скоростью для управления более высокой нагрузкой, выбирают второй сигнал Tr2 запроса крутящего момента, так как данный второй сигнал превышает первый сигнал Tr1 запроса крутящего момента.
Другими словами, когда модуль 12 обнаружения сигнализирует об останове другой турбомашинной технологической линии 2', запрашиваемое значение приводящего крутящего момента превышает начальный установленный приводящий крутящий момент при стационарном рабочем состоянии. В частности, данное повышение приводящего крутящего момента осуществляют незамедлительно после обнаружения останова другой турбомашинной технологической линии 2'. Другими словами, блок 1 управления не просто реагирует на динамику турбомашинной технологической линии 2, что также повышало бы крутящий момент на валу 3, но, предусматривая более высокую нагрузку, данный блок начинает повышать крутящий момент до того, как более высокая нагрузка появляется в действительности.
Дополнительно, модуль 10 задания крутящего момента также содержит модуль 14 задания скорости турбины, выполненный с возможностью вычисления целевой скорости вращения турбины 6 путем линейного изменения текущей скорости вращения до максимального значения (MCS). В частности, модуль 14 задания скорости турбины принимает сигнал Vs скорости и сигнал Ms о неправильном функционировании. Модуль задания скорости турбины подает сигнал Fr запроса топлива для регулирования потока топлива в турбине 6. Одновременно с действием вспомогательного двигателя 7, при необходимости, модуль 14 задания скорости турбины также повышает целевую скорость вращения турбины 6 при обнаружении останова модулем 12 обнаружения. При необходимости вращение турбины 6 может быть увеличено вплоть до максимальной непрерывной скорости.
Следует также отметить, что рабочий модуль 13 выполнен с возможностью вычисления запрашиваемого значения приводящего крутящего момента вспомогательного двигателя 7 также в качестве функции от целевой скорости вращения турбины 6. В частности, модуль 14 задания скорости турбины подает сигнал Ts уставки турбины, принимаемый модулем 10 задания крутящего момента, в частности, рабочим модулем 13.
Функция блока 1 управления заключается в следующем: при обнаружении останова первой технологической линии 2' происходит повышение приводящего крутящего момента на валу 3 второй технологической линии 2. В частности, повышение приводящего крутящего момента получают путем задания запрашиваемого значения приводящего крутящего момента двигательного привода (6, 7) второй турбомашинной технологической линии 2 во время останова первой турбомашинной технологической линии 2'. Более подробно, обнаружение неправильного функционирования модулем 12 обнаружения приводит в действие рабочий модуль 13, являющийся частью модуля 10 задания крутящего момента и выполненный с возможностью управления состоянием неправильного функционирования со стороны все еще работающей технологической линии 2. Это запрашиваемое значение крутящего момента, переносимое вторым сигналом Tr2 запроса крутящего момента рабочего модуля 13, выбирают как более высокое, чем начальный установленный приводящий крутящий момент при стационарном рабочем состоянии данное.
Следует отметить, что повышение приводящего крутящего момента выполняют незамедлительно после обнаружения останова первой технологической линии 2'.
Запрашиваемое значение приводящего крутящего момента вспомогательного двигателя 7 получают как функцию от текущей скорости вращения вала 3 второй технологической линии 2 и от текущего запрашиваемого значения приводящего крутящего момента. Как вариант, целевую скорость вращения турбины 6 получают путем линейного изменения текущей скорости вращения до максимального значения (MCS). Запрашиваемое значение приводящего крутящего момента вспомогательного двигателя 7 получают также как функцию от целевой скорости вращения турбины 6.
Если во время перехода все еще работающая технологическая линия 2 достигнет максимальной непрерывной скорости (MCS), то блок 1 управления переключится в режим регулирования для поддержания MCS.
С другой стороны, если технологическая линия 2 не достигнет максимальной непрерывной скорости (MCS), и если поток пропана и пара смешанного хладагента из процесса сжижения увеличивается слишком сильно во время ускорения технологической линии 2, то крутящий момент привода 7 может достигнуть максимальной производительности без достижения MCS. После окончания перехода процесса сжижения скорость технологической линии 2 дополнительно повышают до MCS, поскольку к этому времени компрессоры 4 уже поглотят уменьшение крутящего момента. После этого блок 1 управления переключится в режим регулирования для поддержания MCS.
Следует отметить, что работа блока 1 управления может также регулироваться автоматически, и в этом случае происходит деактивация таймером (не изображено на чертежах) после заданного временного интервала от того момента, когда впервые было обнаружено неправильное функционирование другой технологической линии 2'. Как вариант или в дополнение, блок 1 управления может быть деактивирован ручным переключателем (не изображено). В дополнение, может быть обеспечена возможность включения и/или отключения оператором рабочего модуля 13 модуля 10 задания крутящего момента. Аналогичным образом, может быть обеспечена возможность включения и/или отключения оператором логической схемы предотвращения разъединения в модуле 14 задания скорости турбины.