АГРЕГАТНО-ЦЕХОВОЙ КОМПЛЕКС КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫМ ЦЕХОМ "АГАТ-РИУС-КЦ"

Полезная модель относится к области автоматизации управления технологическим процессом компримирования газа на магистральных газопроводах, конкретно к агрегатно-цеховым комплексам контроля и управления компрессорным цехом.
Известен агрегатно-цеховой комплекс контроля и управления компрессорным цехом (RU 66447, кл. F04D 27/00, 2007), содержащий установленное в операторной цеха оборудование дистанционного управления, включающее аппаратуру экстренного управления, автоматизированные рабочие места дистанционного управления, автоматическую систему дистанционного управления, блок цифровых коммутаторов и аппаратуру документирования, а также, содержащий установленную на промышленной площадке цеха распределенную систему автоматического управления объектами промышленной площадки, соединенную с оборудованием операторной цеха системой комплексной связи, включающей цифровые каналы и проводные линии связи.
Недостатком известного комплекса является недостаточная надежность и живучесть, связанная с отсутствием самоконтроля ее системы управления. Отсутствие системы самоконтроля может привести к потере контроля и управления кранами газовых коммуникаций, воздушным охлаждением газа и подготовкой пускового топливного и импульсного газа и, как показывает практика, - к авариям на газоперекачивающих станциях при недостаточном качестве контроля и квалификации операторов диспетчерской службы.
Задачей полезной модели является повышение надежности и живучести агрегатно-цехового комплекса контроля и управления компрессорным цехом.
Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, введение самоконтроля управления основным и вспомогательным оборудованием цеха.
Решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что агрегатно-цеховой комплекс контроля и управления компрессорным цехом, содержащий установленное в операторной цеха оборудование дистанционного управления, включающее аппаратуру экстренного управления, автоматизированные рабочие места дистанционного управления, автоматическую систему дистанционного управления, блок цифровых коммутаторов и аппаратуру документирования, а также, содержащий установленную на промышленной площадке цеха распределенную систему автоматического управления объектами промышленной площадки, соединенную с оборудованием операторной цеха системой комплексной связи, включающей цифровые каналы и проводные линии связи, согласно полезной модели он дополнительно содержит основное и резервное устройства сбора и цифровой обработки информации, соединенные между собой непосредственно, а с оборудованием операторной цеха через блок электронных коммутаторов, причем основное и резервное устройства сбора и цифровой обработки информации выполнены в виде стационарных компьютеров, установленных в операторной цеха и соединенных с распределенной системой автоматического управления объектами промышленной площадки - через последовательно соединенные блок электронных коммутаторов и цифровые каналы связи.
При этом распределенная система автоматического управления объектами промышленной площадки содержит не менее пяти систем автоматического управления газоперекачивающими агрегатами и систему автоматического управления вспомогательным оборудованием, включающую систему автоматического управления кранами газовых коммуникаций, систему автоматического управления воздушным охлаждением газа и систему автоматического управления установкой и подготовкой пускового и топливного газа.
Введение в агрегатно-цеховой комплекс контроля и управления компрессорным цехом основного и резервного устройств сбора и цифровой обработки информации, соединенные между собой непосредственно, а с оборудованием операторной цеха через блок электронных коммутаторов, причем основное и резервное устройства сбора и цифровой обработки информации выполнены в виде стационарных компьютеров, установленных в операторной цеха и соединенных с распределенной системой автоматического управления объектами промышленной площадки - через последовательно соединенные блок электронных коммутаторов и цифровые каналы связи, обеспечивает непрерывный самоконтроль системы автоматического управления газоперекачивающими агрегатами и вспомогательным оборудованием и возможность перехода на резервное управление и/или безопасное выключение газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и аппаратуры вспомогательных объектов цеха. Соединение основного и резервного устройств сбора и цифровой обработки информации между собой позволяет при выходе из строя одного из устройств другому устройству брать на себя сбор и обработку информации. Этим, а также самоконтролем управления обеспечивается повышение надежности и живучести агрегатно-цехового комплекса контроля и управления компрессорным цехом. Соединение распределенной системы автоматического управления объектами промышленной площадки с устройствами сбора и цифровой обработки информации и снабжение ее не менее пятью системами автоматического управления газоперекачивающими агрегатами и системой автоматического управления вспомогательным оборудованием, включающей систему автоматического управления кранами газовых коммуникаций, систему автоматического управления воздушным охлаждением газа и систему автоматического управления установкой и подготовкой пускового и топливного газа, позволяет повысить надежность и живучесть агрегатно-цехового комплекса контроля и управления компрессорным цехом практически всех заменяемых модернизируемых в настоящее время цехов газоперекачивающих станций.
На фигуре представлена функциональная схема агрегатно-цехового комплекса контроля и управления компрессорным цехом.
Агрегатно-цеховой комплекс контроля и управления компрессорным цехом содержит оборудование дистанционного управления, установленное в операторной 1 цеха, а также соединенную с ним системой 2 комплексной связи, распределенную систему 3 автоматического управления объектами промышленной площадки, установленную на промышленной площадке 4 цеха непосредственно у соответствующих объектов управления. Оборудование дистанционного управления операторной 1 включает аппаратуру 5 экстренного управления, не менее трех автоматизированных рабочих мест (АРМ) 6 дистанционного управления, автоматическую систему 7 дистанционного управления, блок цифровых коммутаторов 8, аппаратуру 9 документирования, основное 10 и резервное 11 устройства сбора и цифровой обработки информации. Аппаратура 9 документирования операторной 1 включает сервер и принтер для хранения и составления отчетов диспетчерских служб. Распределенная система 3 автоматического управления объектами промышленной площадки содержит не менее пяти систем 12 автоматического управления газоперекачивающими агрегатами 13 и систему 14 автоматического управления вспомогательным оборудованием, включающую систему 15 автоматического управления кранами газовых коммуникаций 16, систему 17 автоматического управления установками 18 воздушным охлаждением газа и систему 19 автоматического управления аппаратурой 20 установки и подготовки пускового и топливного газа. Основное 10 и резервное 11 устройства сбора и цифровой обработки информации выполнены в виде стационарных компьютеров, установленных в операторной 1 цеха и соединенных между собой непосредственно через USB-порты, с оборудованием операторной 1 через блок 8 электронных коммутаторов, а с оборудованием распределенной системы 3 промышленной площадки 4 - через блок 8 электронных коммутаторов и через цифровые каналы связи 21 и 22 линии 2 комплексной связи в основном и резервном режимах работы соответственно. Система 2 комплексной связи кроме
цифровых каналов связи 21 и 22 включает дублирующие проводные 23 каналы экстренного и аварийного управления, соединенные с аппаратурой 5 экстренного управления операторной 1. Каждая из систем 12, 15, 17, 19, распределенной системой 3 автоматического управления установлена непосредственно у своего технологического объекта управления - у газоперекачивающего агрегата 13, у блока 16 кранов газовых коммуникаций цеха, у установки 18 воздушного охлаждения газа, у установки 20 подготовки пускового и топливного газа и соединена с установленными на его оборудовании датчиками и исполнительными механизмами проводными линиями связи. Аппаратура 5 экстренного управления содержит не менее пяти пультов экстренного управления, снабженных индикаторными устройствами и панелями ручного управления. АРМ 6 операторов диспетчерской службы снабжены персональными компьютерами с сенсорной панелью управления. Система 7 автоматического управления компрессорным цехом выполнена с возможностью программного управления технологическим процессом компримирования газа и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов и поддержки цифровых каналов Ethernet и RS 422. Система 12 автоматического управления газоперекачивающим агрегатом, как и в прототипе, содержит панель местного управления, включающую блок электромеханических переключателей, цифровой индикатор с функциональными клавишами управления, соединенные через блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, аппаратуру контроля наличия пламени в камерах сгорания, аппаратуру контроля оборотов валов турбины, аппаратуру виброскорости, виброперемещения и осевого сдвига, аппаратуру загазованности и аппаратуру управления кранами (на фиг. не показаны), соединенные проводными линиями 24 и 25 соответственно с датчиками и исполнительными механизмами оборудования газоперекачивающего агрегата 13. Оборудование системы 12 автоматического управления газоперекачивающим агрегатом расположено планарно на вертикальных
панелях, установленных в индивидуальном блок-боксе, оснащенном средствами обогрева и вентиляции. Система 15 автоматического управления кранами 16 установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, соединенный через проводные линии 26 и 27 соответственно с датчиками параметров потока газа и исполнительными механизмами управления перестановкой запорной арматуры кранов 16. Система 17 автоматического управления установкой воздушного охлаждения газа установлена также в индивидуальном блок-боксе и содержит последовательно соединенные блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и блок электромеханических устройств формирования команд пуска-останова асинхронных электроприводов воздушных вентиляторов 18, выход которого соединен проводными линиями 28 и 29 соответственно с датчиками и блоками магнитных пускателей электропривода воздушных вентиляторов 18. Система 19 автоматического управления установкой 20 подготовки пускового и топливного газа содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, соединенная проводными линиями 30 и 31 с исполнительными механизмами и датчиками установки 20.
Представленный агрегатно-цеховой комплекс контроля и управления компрессорным цехом «Агат-РИУС-КЦ» позволяет оператору с любого из АРМ 6 операторной 1 в автоматизированном режиме дистанционно управлять подготовкой компрессорного цеха и его технологических объектов к пуску, осуществлять их запуск и переводить в режим автоматического функционирования; в автоматическом режиме - производить автоматический контроль и стабилизацию заданного режима компримирования газа, управление и защиту оборудования технологических объектов в аварийных ситуациях.
Исходное состояние объекта управления - оборудование компрессорного цеха находится в неработающем состоянии и цех отключен от магистрального газопровода, газ из внутриплощадочных трубопроводов выпущен в атмосферу.
Подготовка к пуску и запуск оборудования цеха производится по командам, формируемым оператором с любого из трех АРМ 6 в операторной 1 и доставляемым на технологические объекты 13, 16, 18, 20 по цифровым каналам связи 21 через системы автоматического управления системы 12, 15, 17, 19 соответственно. Оператор АРМ 6 с помощью системы 15 автоматического управления кранами 16 газовых коммуникаций цеха производит подключение трубопроводов цеха к газопроводу, продувку трубопроводов технологическим газом до полного вытеснения из них воздуха, закрытие свечных кранов и заполнение трубопровода газом до рабочего давления. В соответствии с установленным диспетчерской службой режимом работы компрессорного цеха, система 7 автоматического управления цехом производит расчет оптимального режима функционирования газоперекачивающих агрегатов 13 цеха по численному значению одного из задаваемых параметров регулирования F:
3
Q - производительности цеха млн.м/сут,
Р - давления газа на выходе цеха, МПа,
Е - степени повышения давления газа в компрессорном цехе.
i
Система 7, с учетом располагаемой мощности газоперекачивающих агрегатов 13 и параметров потока газа на входе цеха, производит расчет оптимального распределения нагрузки Q между агрегатами и определяет численные значения «уставок» оборотов компрессоров агрегатов 13, соответствующих заданному режиму. Значения «уставок» автоматически вводятся в системы 12 для управления агрегатами 13 и стабилизации их режимов. «Уставка» численного значения t температуры охлаждения газа на
тнд
выходе цеха вводится оператором в систему 17 автоматического управления установкой 18 охлаждения газа. После завершения расчета режима производится последовательное подключение газоперекачивающих агрегатов 13 к коллектору и его запуск. Для этого оператор с АРМ 6 по поступающей из системы 12 информации производит контроль предпусковых условий газоперекачивающего агрегата 13 и, при их наличии, производит пуск агрегата. При этом, система 12 выдает команду на подачу пускового газа на турбодетандер агрегата 13. Пуск агрегатов 13 производится автоматически по заданной программе, внесенной в энергонезависимую память контроллеров системы 12 автоматического управления агрегатом. Под давлением пускового газа начинает вращение вал турбодетандера агрегата 13. Турбодетандер производит разгон вала осевого компрессора и турбины агрегата 13 до оборотов, обеспечивающих требуемую подачу воздуха для запуска камер сгорания, после чего производится поджиг газа в камерах сгорания турбины, отключение турбодетандера и дальнейший разгон указанных валов до заданных оборотов центробежного нагнетателя агрегата 13. Ввод агрегата 13 с полнонапорным центробежным нагнетателем в режим газопровода производится автоматически и по команде оператора. Оставшиеся агрегаты 13 цеха запускаются и вводятся в режим газопровода аналогичным способом. Дальнейшее функционирование технологического оборудования 12 компрессорного цеха производится автоматически под управлением систем 7 и 12. Автоматический контроль соответствия технологической схемы компримирования газа и режима, заданного системой 7, производится по сигналам положения кранов 16 внутриплощадочных газопроводов и параметрам ТИ и ТС оборудования технологических объектов 13, 16, 18, 20 путем циклического их опроса системами 7, 12, 15, 17, 19 и сопоставления с установленными значениями. Автоматическая стабилизация заданного цеху режима компримирования газа производится по значению регулируемого параметра F и поддерживается системами 12 путем стабилизации оборотов n газовых турбин агрегатов 13 в функции давления, температуры и объемного расхода газа на входе
e
a
a
компрессора, располагаемой мощности турбины N, Δ плотности газа, P - давления и t - температуры окружающего воздуха:
тнд
твд
твд
подш
n
Регулирование режима компрессорного цеха оборотами турбин агрегатов 13 производится в границах области допустимых режимов (ОДР), установленных значениями предупредительных и аварийных параметров: n и n - оборотов валов турбин низкого и высокого давления, t - температурой рабочего тела перед ТВД, t - температурой подшипников скольжения турбины и компрессора, ΔРм-г - перепадом давления масло-газ и расчетным минимально допустимым значением Q расхода газа через компрессор по соображениям защиты от помпажа. Одновременно основное устройство 10 и резервное устройство 11 сбора и цифровой обработки информации циклически опрашивают через цифровой коммутатор 8 состояние параметров оборудования операторной 1, и оборудования 12, 15, 17, 19, распределенной системы 3 автоматического управления, установленного на промышленной площадке 4. В случае изменения состояния оборудования промышленной площадки 4 и операторной 1 или достижения любым из текущих параметров порогового значения (предупредительного уровня) системы устройств 10 или 11 автоматически извещают оператора диспетчерской службы о происшедшем событии экстренным текстовым сообщением, поступающим на АРМ 6 и звуковым сигналом, а в случае аварийного значения - автоматически производят остановку оборудования. В случае выявленных нарушений в работе цифровых каналов 21, 22 линии 2 связи или систем управления 12, 15, 17, 19 оператор имеет возможность производить контроль текущего режима компрессорного цеха по значениям его основных параметров на индикаторе аппаратуры 5 экстренного
управления и, в случае необходимости, - произвести экстренную остановку оборудования 13, 16, 18, 20 промышленной площадки 4 с пульта аппаратуры 5 через проводные каналы 23 линии 2 связи. Аварийная остановка компрессорного цеха производится по команде оператора с устройства 5 в случаях пожара, разрывов трубопроводов и т.п. и предусматривает экстренный останов всего оборудования, отключение цеха от магистрального газопровода, перевод цеха в режим работы на «проход» и выпуск газа из внутриплощадочных трубопроводов. В нормальном режиме работы технический надзор за работой оборудования технологических объектов 13, 16, 18, 20 цеха производится дистанционно оператором АРМ 6 по текущим значениям параметров агрегатов, представляемых на экране монитора АРМ 6 по его требованию. Это способствует повышению эффективности контроля и сокращению времени пребывания персонала в опасной зоне. Текущие значения параметров режимов оборудования операторной 1 цеха и промышленной площадки 4, а также действия оператора регистрируются компьютерами устройств 10, 11, АРМ 6 и передаются на собственную систему 9 документирования операторной 1 и/или через интерфейсный выход 32 в вышестоящую систему управления для анализа и архивирования отчетов диспетчерских смен. Ввод резервного агрегата 13 взамен выведенного из режима по аварии производится по схеме аналогичной его запуску.
Агрегатно-цеховой комплекс контроля и управления компрессорным цехом «Агат-РИУС-КЦ» выполнен на уровне технического предложения и предназначен для замены выработавших технический ресурс существующих средств управления оборудованием газоперекачивающих цехов. Комплекс обладает повышенной надежностью и живучестью.