СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
CONTROL SYSTEM OF AIR COOLERS

Изобретение относится к вентиляторным установкам регулируемой производительности, может быть использовано в системах транспортировки газа и в энергетических установках, где требуется охлаждение воздухом прокачиваемой через теплообменник рабочей среды для поддержания ее заданной температуры.
Необходимое понижение температуры природных и попутных нефтяных газов на газовых сборных пунктах, компрессорных станциях магистральных газопроводов и газоперерабатывающих заводах производят в том числе и за счет использования атмосферного воздуха в качестве охлаждающего агента.
Известна «Система автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения природного газа», патент РФ №2291474, МПК G05D 1/00, F28F 27/00, содержащая частотно-регулируемый привод, управляющий работой электродвигателей вентиляторов и электрически связанный через блок обработки измерительной информации и автоматического управления с датчиками температуры, а также электронный блок датчиков температуры, вычислительный блок и два исполнительных устройства, электрически связанных с блоком обработки измерительной информации и автоматического управления и частотно регулируемым приводом.
Одним из недостатков вышеприведенной системы является достаточная сложность ее аппаратного оформления, что может влиять на снижение отказоустойчивости, надежности работы системы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является «Система управления аппаратами воздушного охлаждения», патент РФ №2330993, МПК F04D 27/00, содержащая регулятор и датчик температуры охлаждаемой среды, вентиляторы с приводом, группу теплообменников, трубопроводы подвода к ним охлаждаемой среды и ее отвода в коллектор, из которого охлажденная среда поступает в отводящий трубопровод. Приводы имеют устройство изменения их частоты вращения, на вход которых поступает сигнал с выхода регулятора температуры, на первый вход регулятора поступает сигнал с датчика температуры, а на второй вход - сигнал о требуемой температуре охлаждаемой среды, при этом в качестве привода вентиляторов используются асинхронные электродвигатели.
Основным недостатком вышеприведенной системы является низкое обеспечение отказоустойчивости, поскольку при аварийном отключении центрального регулятора температуры, задающего базовую скорость вращения рабочих колес вентиляторов, прекращается работа всей системы охлаждения в целом.
Техническая задача заявляемого технического решения - надежное обеспечение отказоустойчивости системы, упрощение ее аппаратного оформления.
Технический результат достигается в системе управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащей регуляторы, датчики температуры, вентиляторы и теплообменники в аппаратах воздушного охлаждения, а также входной коллектор и выходной коллектор для охлаждаемой среды, при этом в систему дополнительно введены датчик температуры охлаждаемой среды, установленный на входном коллекторе, датчик температуры охлажденной среды, установленный на выходном коллекторе, и администратор верхнего уровня, электрически связанный со всеми аппаратами воздушного охлаждения системы, а также с датчиками температур охлаждаемой среды и охлажденной среды, установленными на входном и выходном коллекторах. Администратор верхнего уровня включается в работу системы исключительно в случае планового или аварийного отключения одного или нескольких аппаратов воздушного охлаждения. Также при воздушном охлаждении в аппаратах системы используются электронно-коммутируемые вентиляторы со встроенной системой регулирования и управления.
Такое конструктивное выполнение заявляемой системы позволяет значительно повысить отказоустойчивость системы за счет введения Администратора верхнего уровня и датчиков температуры на входном и выходном коллекторах, т.е. появляется возможность контроля за работоспособностью независимых блоков аппаратов воздушного охлаждения (АВО), а также, при необходимости, появляется возможность оперативного вмешательства в работу независимых блоков АВО, корректировки уставки температуры охлажденной среды в выходном коллекторе с целью обеспечения надежной бесперебойной работы системы воздушного охлаждения в целом. Использование в заявляемой системе электронно-коммутируемых вентиляторов со встроенной системой регулирования и управления, то есть интегрирование приборов управления непосредственно в конструкцию электронно-коммутируемых вентиляторов, исключение большого объема кабельной продукции, значительно упрощает аппаратное оформление системы, положительно влияет на повышение ее отказоустойчивости.
Изобретение иллюстрируется рисунком, на котором показана схема системы управления аппаратами воздушного охлаждения, где:
1
n
ABO - ABO - независимые блоки аппаратов воздушного охлаждения;
1
n
Д - Д - датчики температуры охлажденной среды в независимых блоках аппаратов воздушного охлаждения;
вх
Д - датчик температуры охлаждаемой среды на входном коллекторе;
вых
Д - датчик температуры охлажденной среды на выходном коллекторе;
САУ - администратор верхнего уровня.
1
2
n
1
2
n
1
2
n
1
2
n
вых
вх
вх
вых
Система управления аппаратами воздушного охлаждения работает следующим образом. Объектом управления являются независимые блоки аппаратов воздушного охлаждения (АВО, АВО,…ABO). Через входной коллектор по системе трубопроводов на вход каждого блока АВО подводят охлаждаемую среду, например природный газ, а через выходной коллектор - отводят. В каждом блоке АВО, на выходе, устанавливают датчики температуры (Д, Д…Д определяющие температуру охлажденного природного газа, выходящего соответственно из блоков АВО, ABO,…ABO. При этом каждый блок АВО в системе независим, имеет свою систему управления, автоматически регулирует и поддерживает заданную температуру охлажденного природного газа (Д, Д…Д) независимо от других АВО. На выходном коллекторе системы управления устанавливают датчик температуры Д, определяющий среднюю температуру охлажденного природного газа, т.е. окончательную температуру, с которой охлажденный природный газ отводят из выходного коллектора. Одновременно на входном коллекторе устанавливают датчик температуры Д, показывающий первоначальную температуру природного газа, поступающего из магистрального трубопровода в систему управления независимыми блоками АВО. В систему управления вводят Администратор верхнего уровня, на входы которого подключают датчики температуры Д и Д, а выходы которого по интерфейсной линии связаны с системами управления каждого независимого блока АВО.
вх
вых
Администратор верхнего уровня не включается в рабочий процесс охлаждения в блоках АВО, а вводится в систему исключительно для контроля за ее работоспособностью и надежного обеспечения ее отказоустойчивости. Показания датчиков температур Д и Д постоянно поступают на вход Администратора верхнего уровня, который анализирует значения температур и, при необходимости, по интерфейсной линии, связывающей его со всеми системами управления всех работающих независимых блоков АВО, он включается в рабочий процесс, меняя уставку температуры в независимых блоках АВО.
При работе системы возможно плановое или аварийное отключение одного или нескольких блоков АВО. Администратор верхнего уровня определяет выключенный или вышедший из строя блок АВО посредством опроса по интерфейсной линии. Критерии выхода из строя следующие:
- 1. полностью отключен,
- 2. оставшихся рабочих вентиляторов недостаточно для поддержания температуры на заданном уровне (все рабочие вентиляторы АВО работают на номинальной частоте).
Для того чтобы сохранить температуру охлажденного природного газа в выходном коллекторе на заданном уровне, необходимо изменить уставку температуры оставшихся работоспособных блоков АВО в сторону уменьшения на определенное, вычисляемое, значение. Новая уставка температуры вычисляется Администратором верхнего уровня и передается по интерфейсной линии в системы управления всех оставшихся работоспособными блоков АВО.
1
2
n
В общем случае, при выходе из строя (выключении) m АВО, необходимо пересчитать уставку температуры (для датчиков Д, Д…Д, за исключением датчиков температуры неработоспособных блоков АВО) выходного коллектора по формуле:
i
уст
вх
T=(n*Т- m*Т)/(n-m), где:
i
T - новая уставка каждого блока АВО,
уст
вых
Т - уставка температуры на выходном коллекторе (для датчика Д),
вх
вх
Т - температура на входном коллекторе (показания датчика Д),
n - общее число АВО системы,
m - количество вышедших из строя АВО системы.
Изменение уставки температуры каждого независимого блока АВО происходит один раз, после каждого изменения конфигурации системы. Остальное время работы системы Администратор верхнего уровня находится в режиме контроля за работоспособностью каждого блока АВО.
В составе каждого блока АВО заявляемой системы управления используются электронно-коммутируемые вентиляторы со встроенной системой регулирования и управления. Использование электронно-коммутируемых вентиляторов позволяет сконцентрировать приборы управления, интегрировать их непосредственно в конструкцию электронно-коммутируемых вентиляторов, отказаться от большого объема кабельной продукции, т.е. значительно упростить аппаратное оформление системы управления аппаратами воздушного охлаждения.
Введение в состав заявляемой системы управления Администратора верхнего уровня, электрически связанного с системами управления каждого независимого блока АВО, а также с датчиками температур охлаждаемой среды и охлажденной среды, установленными на входном и выходном коллекторах системы, который контролирует бесперебойную работу всей системы управления и, при необходимости, корректирует эту работу, надежно обеспечивает высокую отказоустойчивость системы управления в целом. Применение в заявляемой системе электронно-коммутируемых вентиляторов со встроенной системой регулирования и управления, то есть интегрирование приборов управления непосредственно в конструкцию электронно-коммутируемых вентиляторов, исключение большого объема кабельной продукции, значительно упрощает аппаратное оформление системы, положительно влияет на повышение ее отказоустойчивости.
Таким образом, использование заявляемого технического решения при воздушном охлаждении, например, природного газа, позволяет надежно обеспечить отказоустойчивость системы управления, значительно упростить ее аппаратное оформление.