2
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА СИНТЕЗ ГАЗЕ (СО+Н)

2
Наименование: Система автоматического регулирования и контроля энергоустановки на синтез газе (Н+СО)
2
Система автоматического регулирования и контроля энергоустановки на синтез газе (Н+СО) имеющая систему видеорегистрации, передачи данных о состоянии установки на пульт диспетчера, сохранения данных, блочно-модульную компоновку в отдельном корпусе, режим ручного управления дистанционно с пульта диспетчера и на установке, отличается тем, что позволяет сохранять элементы энергоустановки при возникновении аварийной ситуации переводя систему в режим работы на балластной нагрузке, за счет выполненного встроенного программного алгоритма, производит более быстрое срабатывание системы при возникновении аварийных ситуаций, имеет высокую надежность и эргономична.
Полезная модель относится к области автономного энергетического машиностроения на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) для нужд станций катодной защиты при транспорте нефти и газа и предназначена для управления и контроля над данными установками путем реализации алгоритмов и постоянной передачи значений контролируемых параметров данных систем.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является энергоустановка на топливных элементах (см. патент на изобретение №2356134 C1, H01M 14/00, Н01М 8/04) энергоустановка содержит систему автоматического управления, которая включает в себя инвертор и датчик выходного напряжения генератора, подключенный к входу систему автоматического контроля и управления, при этом в нее введены стабилизатор напряжения, преобразователь DC/DC и три коммутационных элемента, причем входы стабилизатора напряжения и преобразователя DC/DC подключены к выходу генератора на ТЭ, а выходы стабилизатора, генератора и преобразователя DC/DC соединены с входом инвертора через соответствующие коммутационные элементы, управляющие входы которых связаны с выходами системы автоматического управления и контроля.
Недостатком данной системы управления является серьезная медлительность при выполнении системой команд в случае резкого скачка или полного сброса нагрузки, при этом промедление в 0,5 сек. Приведет электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах в неисправное состояние и потребует его замены.
В результате проведенных экспериментов в системе управления описанной в данной полезной модели за счет использования нескольких преобразователей DC/DC, шунтов, и блока управления компрессорами, срабатывание системы происходит за 0,1-0,3 сек, что позволяет сохранить все элементы энергоустановки в рабочем состоянии.
Таким образом, предложенная система регулирования и контроля позволяет удаленно и бесперебойно управлять автономными источниками тока на основе твердооксидных топливных элементов в климатических условиях при температуре -55+50 0С, при возникновении аварийных случаев система позволяет вывести электрохимический генератор в режим балластной нагрузки и сохранить его рабочее состояние
Задачей данного технического решения является бесперебойное управление автономными источниками тока на основе твердооксидных топливных элементов в климатических условиях при температуре -55+50 0С, за счет организации дополнительного подогрева при пусках систем автоматики от общей системы стартового разогрева установки, и охлаждения без использования вентиляторов при высоких температурах окружающей среды за счет конструктивного расположения элементов системы в блоке.
Технический результат, достигаемый в предложенной системе автоматического регулирования и контроля энергоустановкой на синтез-газе, состоит в обеспечении автономной, дистанционно управляемой, бесперебойной работы энергоустановки с электрохимических генератором (ЭХГ) на основе твердооксидных топливных элементов при температурных условиях -55+50 0С, а также защита электрохимического генератора в случае аварийных ситуаций (отсутствие топлива, отключение нагрузки, изменения параметров давления), передача данных о состоянии энергоустановки на пульт диспетчера.
Задачи, выполняемые системой:
1. Обеспечение работы энергоустановки на синтез-газе в номинальном режиме (подача топлива и окислителя в требуемом соотношении, поддержание заданной температуры и т.д.)
сн4
в
в
сн4
- Смешение природного газа - V с воздухом на конверсию - V в заданном интервале значений V=(3,2±0,15)V
- Поддержание температуры элементов электрохимического генератора 900°С
в
- Регулирование подачей воздуха в анодный тракт в расчетном соотношении V=(3,2±0,15).
- Регулирование процесса редуцирования газа до требуемого значения
2. Взаимодействие ЭУ и потребителей электроэнергии
- выходное напряжение ~220 в ±5%;
- частоту переменного тока 50±0,2 Гц
3. Выполнение планового разогрева энергоустановки на синтез-газе (алгоритм):
1) Разогрев модулей ЭХГ:
а) Подать воздух в катодный тракт (расход воздуха при пуске (25-30) нм3/час.
б) Включить электронагреватель
в) Разогрев ЭХГ по программе. Подача аргона в анодный тракт с расходом до 3500 нл/час в интервале температур ЭХГ от 350°С до 700°С (до момента подачи метана и воздуха на конверсию);
д) При достижении температуры конвертора 700°С прекратить подачу азота (аргона) и одновременно подать в конвертор смесь метана и воздуха в соотношении 1/3,2 соответственно со ступенчатым увеличением расхода метана от 0,6 до 1,1 нм3/час (0,6-0,9-1,1) и одновременным соответствующим увеличением расхода воздуха. 2) Выход на рабочий режим.
а) При достижении максимальной температуры в ЭХГ 900°С отключить электронагреватель.
б) Снизить расход воздуха в катодный тракт до 10 нм3/час.
в) Для контроля электрических характеристик ЭХГ запустить БРМ- производится нагружение ЭХГ до уровня выходной мощности - 2300 Вт. Если напряжении на клеммах ЭХГ больше или равно 89 В, произвести переключение питания всех систем САУРК на питание от ЭХГ. Если напряжении на клеммах ЭХГ меньше 89 В, решение о подключении нагрузки принимает оператор.
г) Стабилизацию температуры ЭХГ в интервале (880-920) °С осуществлять перераспределением расхода воздуха катодного тракта по каналам ВК1 и ВК2.
4. Выполнение автоматического вывода ЭУ при аварийных ситуациях (повышение температуры в ЭУ, снижение температуры в ЭУ, повышение давления топлива при входе в ЭУ, резкое снижение давления топлива на входе, снижение напряжения на выходе из ЭУ, короткое замыкание, повышение напряжения на выходе из ЭУ).
5. Взаимодействие внешних устройств и энергоустановки при выполнении запуска
6. Передача данных о режиме работы ЭУ
7. Передача данных с камеры видеонаблюдения в режиме реального времени.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема системы управления и контроля энергоустановкой на синтез-газе. На данном чертеже виден принцип работы системы автоматического регулирования и контроля: сигнал от пускового источника (не входящего в состав энергоустановки на синтез-газе) поступает на блок 6 и 7, также сигнал от 2 через 3 и 4 направляется на управление полезной нагрузкой и компрессорами. Сигнал из 7 направляется на 8, 11, а также на 12, 13, 14. Из 10 прямой и обратный сигнал поступает на 9.
1. Сигнал от пускового источника
2. Сигнал от ЭХГ (электрохимическогого генератора на ТОТЭ)
3. Шунт, низкоомный резистор
4. Контактор
5. DC/DC преобразователи для поверхностного монтажа
6. Блок управления компрессорами
7. Блок релейного сопряжения и управления
8. Сигнал от и к датчикам и клапанам расхода
9. Сигнал от и к пусковому пульту
10. ADAM 5510 - свободно программируемый контроллер
11. Сигнал от пульта диспетчера и на пульт диспетчера
12. ADAM 5517H - модуль ввода вывода
13. ADAM 5018 - модуль ввода сигналов термопар
14. ADAM 5050 - универсальный модуль дискретного ввода вывода
Источники информации:
1. Дралюк Б.Н., Синайский Г.В. Системы автоматического регулирования объектов с транспортным запаздыванием. Библиотека по автоматике, выпуск 341. 1969 г.
2. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования. Наука. 1975.
3. Каганов В.И. Радиоэлектронные системы автоматического управления. Компьютеризированный курс. Учебное пособие. 2009.
4. Зайцев Г. Ф. Теория автоматического управления и регулирования. - 2-е изд., перераб. и доп. Киев, Издательство Высшая школа Головное издательство, 1989.