Обоснование актуальности темы курсового проектирования.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПМ 01 «Контроль и метрологическое обеспечение средств и систем автоматизации»

МДК 3 «Теоретические основы контроля и анализа функционирования систем автоматического управления»

для специальности 220703

«Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)»

Волгоград, 2013

Одобрены цикловой комиссией факультета «АСУ и ВТ и КМ» Протокол № ___ от «__» ______________2013г.		Составлены в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 220301   «Утверждаю»
Председатель цикловой комиссии _______________ Н.В.Казаков		Заместитель директора по учебной работе: ___________________ В.В. Новиков «___» ________________2013г.
Составитель:Н.В. Казаков– к. ф.-м.н., доцент, преподаватель ВКГН

Обоснование актуальности темы курсового проектирования.

Охлаждение газа является неотъемлемой частью технологического процесса при его транспортировке по магистральным газопроводам (МП) [ 1-5]. Снижение температуры газа происходят в установках охлаждения газа (УОГ), которые со­стоят из определенного количества секций аппаратов воздушного охлаждения (АВО). В состав УОГ обычно входит 12 и более секций АВО с двумя электроприводными вентиляторами в каждой секции. Технологическая схема охлаждения газа показана на рисунке 1.

Линия подачи охлажденного газа на вход МГ

Линия подачи от ГПА КЦ технологического (охлаждаемого) газа после компримирования

Рис.1. Технологическая схема охлаждения газа

После компремирования газ под рабочим давлением около 7,5 МПа проходит по трубчатым теплообменным секциям АВО-1... АВО-N. Через межтрубное пространство теплообменной секции с помощью электроприводных вентиляторов прокачивается воздух. За счет теплообмена с принудительно перемеща­емым потоком воздуха проис­ходит снижение температуры газа. В качестве привода вентиляторов используются электродвигатели отечественного (установки АВО типа 2АВГ-75С, АВГ-85МГ, АВЗ-64-Б1-ВЗТ, АВЗ-64-Б1-ВЗТ) и импортного производства (установки АВО типа «Ничимен», «Крезо-Луар», «Хадсон-Итальяна»).

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) представляют собой довольно сложную пространственную конструкцию, состоящую из нескольких секций, которые размещены на опорной металлоконструкции, коллекторов ввода и вывода охлаждаемого продукта, вентиляторов и диффузоров. Секция АВО состоит из двух камер (сварных или разъемных) прямоугольной формы с густоперфорированными трубными досками и крышками (для разъемной камеры) или задними стенками (для сварной камеры) и трубного пучка из оребрённых труб. Из-за невысоких значений коэффициента теплопередачи (16...60 Вт/(м²·К) АВО имеют более значительные габариты и металлоемкость по сравнению с аппаратами, охлаждаемыми водой. Однако эксплуатационные затраты на АВО значительно меньше. Кроме того, при использовании АВО исключается опасность загрязнения накипью со стороны охлаждающей среды, а пневматическая или гидравлическая очистка требуется лишь через значительные промежутки времени. Современные достижения технологии для изготовления биметаллических труб с высоким оребрением позволяют существенно улучшить теплоаэродинамические характеристики АВО, снизить их материалоемкость. Результаты эксплуатации АВО свидетельствуют о возможности их использования при температуре окружающего воздуха от —55 до +55 °С. В соответствии с технологическим регламентом КС температура газа на выходе ABО должна быть такой, чтобы на входе следующей станции его температура была близкой к температуре грунта. Тепловая производительность АВО зависит от многих возмущающих факторов, главными из которых являются расход и температура технологического газа после компремирования, степень загрязнения поверхности теплообменников, температура наружного воздуха. Первые три вышеперечисленных фактора являются примерно постоянными для заданного режима транспорта газа, поэтому колебания температуры наружного воздуха (суточные и сезонные) являются основным возмущающим фактором, непосредственно влияющим на процесс охлаждения газа. Для поддержания температуры технологического газа в заданных пределах возникает необходимость регулирования охлаждающего эффекта АВО. Это достигается за счет изменения расхода через АВО охлаждающего воздуха, на который влияет количество одновременно работающих вентиляторов, частота вращения рабочего колеса вентилятора, угол "атаки" лопастей.

Технология охлаждения компримированного газа, основанная на дискретном изменении расхода воздуха, осуществляется за счет включения (отключения) вентиляторов в сочетании с сезонной регулировкой угла "атаки" лопастей. Эта технология имеет ряд существенных недостатков.

Распределение потоков газа, поступающего от ГПА к АВО газа, зависит от взаимного расположения работающих ГПА и трубопроводов (шлейфов), соединяющих выход ГПА и вход АВО газа. Указанное обстоятельство вызывает неравномерное распределение потоков (расходов) газа по секциям АВО. В существующих системах управления КС контроль температуры газа после АВО предусмотрен после его смешения в выходном коллекторе. Включение вентиляторов по секциям производится без учета фактического распределения газовых потоков.

Из-за конструктивных особенностей АВО при работе вентилятора, часть нагнетаемого им воздуха возвращается через соседний неработающий вентилятор, при достаточной интенсивности потока обеспечивая его вращение в обратную сторону. Такая рециркуляция воздуха оказывает большое влияние на энергоэффективность процесса охлаждения газа, увеличивая потери электрической энергии и снижение КПД установки в целом. К тому же последующий прямой пуск двигателя вентилятора, вращающегося в противофазе, вызывает электрические и механические пусковые ударные нагрузки, многократно превышающие номинально допустимые для системы двигатель - вентилятор. Серьезной нагрузкой на узлы вентилятора является кратковременное отключение электроэнергии, в результате которого вентилятор выключается и после восстановления электропитания повторно запускается.

В годовом цикле АВО всех типов, используемые в ОАО "Газпром", эксплуатируются в широком диапазоне температур наружного воздуха. Например, для всей зоны деятельности ООО "Газпром трансгаз Югорск" этот диапазон составляет +30...-45 °С. При таких значительных сезонных изменениях температуры наружного воздуха меняется и плотность воздуха, что вызывает соответствующие колебания потребляемой электродвигателем мощности (до 30%). Согласование потребляемой вентилятором и располагаемой электродвигателем мощности достигается перестройкой дважды в год (весной и осенью) углов установки лопастей вентиляторов. Эта технологическая операция трудоемка и травмоопасна, требует выполнения серьезных организационных и технических мероприятий для обеспечения безопасного выполнения работ. Однако сезонное регулирование углов "атаки" лишь частично компенсирует дополнительные затраты (потери) электроэнергии: мехатронная система электродвигатель-вентилятор оказывается настроенной на некий оптимум для некоторого усредненного значения температуры, при которой производится эта регулировка. Отклонение температуры наружного воздуха от этого значения приводит к работе электродвигателей и вентиляторов с ухудшенными энергетическими показателями.

Оптимизация режима работы АВО газа, эксплуатируемых в условиях резко континентального климата, может быть достигнута за счет частотного регулирования производительности вентиляторов. Идея применения преобразователей частоты (ПЧ) не нова, однако внедрение управляемого привода на АВО газа ранее сдерживалось высокой ценой преобразователей и относительно низкими тарифами на электрическую энергию.

Производительность вентилятора пропорциональна частоте его вращения. Мощность, потребляемая мехатронной системой электродвигатель - вентилятор, зависит от частоты вращения вентилятора примерно в третьей степени. Поэтому затраты электроэнергии на поддержание заданной температуры газа за счет частотного регулирования производительности вентиляторов оказываются меньше, чем при дискретном управлении.

Снижение температуры газа после КС на входе в МГ приводит к повышению его плотности, снижению скорости течения и потери давления в газопроводе. Это позволяет увеличить пропускную способность МГ и сэкономить топливный газ на работу ГПА. Кроме того, снижение температуры в УОГ предохраняет изоляцию труб от разрушения при высоких температурах транспортируемого газа (более 45 °С) после его сжатия на КС. Нарушение изоляции приводит к ускорению по времени и усилению по интенсивности протекания процессов коррозии металла труб и соответственно к сокращению срока службы МГ.

Охлаждение технологического (транспортируемого) газа в АВО является энергоемким процессом. Мощность, потребляемая электродвигателями АВО одного компрессорного цеха (КЦ), составляет сотни киловатт, что существенно влияет на структуру электропотребления КС, особенно с газотурбинным приводом нагнетате­лей. В этих случаях АВО газа следует считать самостоятельным технологическим объектом энергопотребления КС. Расход электроэнергии на охлаждение компримированного газа может составлять 60-70% и более общего элект­ропотребления на товаротранспортную работу.

Таким образом, повышение эффективности работы установок, осуществляющих охлаждение компримированного газа, является важным фактором экономии топливно-энергетических ресурсов и снижения себестоимости транспорта газа и привитие студентам практических навыков по её реализации является важным этапом в подготовке специалистов в системе непрерывного фирменного образования ОАО «ГАЗПРОМ».

Задание №1

«Обеспечение эффективности аппаратов воздушного охлаждения газа на КС с помощью ДИСКРЕТНОЙ логической системы управления»

Как было указано выше, при компремировании газа на компрессорной станции повышается не только его давление, но и температура. Дня обеспечения повышенной производительности по массовому расходу газа и заданного срока службы изоляции труб газопровода применяют аппараты воздушного охлаждения (АВО) с целью принудительного охлаждения газа до приемлемых температур после выхода из компрессора. АВО представляет собой трубчатый теплообменник с принудительным воздушным или жидкостным охлаждением. Кроме того, в местах прохождения газопроводов по территории вечной мерзлоты необходимо охлаждать газ до существенно более низких температур (около 0 °С) для исключения размораживания грунта. В этом случае используют специальные холодильные агрегаты. В любом случае наличие установки охлаждения газа приводит к существенным материальным и энергетическим затратам для питания электроприводов вентиляторов (или насосов) принудительного охлаждения. В системах охлаждения КС допустимы колебания охлаждаемых веществ не превышающие ±5 °С при номинальной температуре от 30 до 75 С. Тепловой режим работы аппаратов регулируется по расходу или температуре охлаждающего воздуха, частичному перепуску охлаждаемой среды, а также изменению поверхности охлаждения. Наиболее распространено регулирование охлаждающим воздухом, осуществляемое следующими способами:

1. Регулирование расхода воздуха посредством:

1.1 Поочередного отключения вентиляторов;

1.2 Жалюзийных устройств;

1.3 Изменением угла наклона лопастей;

1.4 Изменением частоты вращения вала вентилятора.

2. Регулирование температуры воздуха посредством:

2.1 Частичного перепуска воздуха;

2.2 Подогревом воздуха;

2.3 Увлажнением воздуха.

Наиболее простым способом существенного уменьшения затрат электроэнергии на охлаждение является способ 1.1, предусматривающий ступенчатое регулирование количества подключенных вентиляторов принудительного охлаждения газа в АВО на выходе из ресивера компрессора. В соответствии с ним необходимо разработать принципиальную электрическую схему системы управления работой вентиляторов АВО согласно варианту. Ввиду напряженных условий работы датчиков температуры и ответственности данного устройства регулирования необходимо предусмотреть измерение температуры выходного газа неменее чем тремя термодатчиками с выработкой результирующего сигнала схемой мажорирования и определением неисправного датчика. При достижении нижнего порога температуры газа включается первый вентилятор. При дальнейшем повышении температуры выходного газа на величину заданной дискреты включается второй вентилятор и т.д. Если, тем не менее, температура превышает верхний порог - система должна вырабатывать сигнал предупреждения. Согласно заданию необходимо спроектировать логическую систему дискретного включения и выключения вентиляторов АВО.

ВАРИАНТЫ ПО ПЕРВОМУ ЗАДАНИЮ.

Дата добавления: 2015-07-11