Введение
Узел Редуцирования Газа (УРГ) является неотъемлемой частью на пути снабжения потребителей голубым топливом. От качества выполняемых УРГ функций зависит стабильная и безопасная работа потребителей, в особенности, если такими потребителями являются стратегические предприятия электрогенерации страны, такие как ГРЭС (Государственная Районная Электростанция). При эксплуатации таких предприятий предъявляются высокие требования к их непрерывному снабжению газом с постоянными показателями качества при больших перепадах нагрузки в течение суток.
Опыт компании
Компания ООО «НПА Вира Реалтайм» через комплексный подход на протяжении многих лет успешно внедряет решения систем автоматизации в нефтегазовой промышленности. Ниже, для примера, представлено одно из таких решений на базе программируемого контроллера собственного производства САТЕЛЛИТ-Р для комплексной автоматизации УРГ Костромской ГРЭС, которая является одной из самых крупных и технически совершенных тепловых электростанций России.
Состав УРГ и его автоматизация
С точки зрения автоматизированной системы управления УРГ состоит из трёх ниток редуцирования, на каждой из которых последовательно смонтированы входной кран, регулирующий клапан и выходной кран. Краны предназначены для герметичного перекрытия подачи магистрального газа к потребителю (ГРЭС), а регулирующий клапан – для дросселирования давления магистрального газа до значений, обеспечивающих нормальную работу потребителя.
Комплексная автоматизация УРГ включает в себя:
- сбор данных о состоянии датчиков давления, кранов и клапанов ниток редуцирования с отображением их на панели оператора (пульте управления), а также их передачу на центральный диспетчерский пункт;
- возможность управления всеми компонентами УРГ как с панели оператора, так и с диспетчерского пункта;
- возможность записи уставок и параметров, определяющих работу компонентов УРГ;
- автоматическое управление компонентами УРГ для обеспечения безопасной эксплуатации УРГ и поддержания технологического процесса – давления на выходе;
- своевременная диагностика и оповещение обслуживающего персонала и диспетчера о нарушении технологического процесса при эксплуатации УРГ;
- резервирование контроллера с дублированием каналов связи (опционально);
- создание математической модели объекта управления.
Алгоритмы управления
При комплексной автоматизации УРГ выполняются следующие алгоритмы управления:
- выбор режима работы УРГ с назначением режимов ниток редуцирования для разграничения прав управления оператором с целью исключения ошибок при ручном управлении;
- выбор активного датчика давления из группы датчиков для повышения достоверности при регулировании давления на выходе УРГ;
- формирование признака неисправности нитки редуцирования для безударного автоматического перехода на резервную нитку редуцирования с целью повышения надёжности непрерывной поставки газа на ГРЭС;
- быстрая разгрузка УРГ для предотвращения неконтролируемого роста давления на выходе УРГ с целью повышения безопасности при эксплуатации ГРЭС;
- ограничение на управление регулирующими клапанами для предотвращения ошибочного управления ими оператором в ручном режиме с целью избежать достижения критических давлений на выходе УРГ;
- автоматическое поддержание давления на выходе УРГ при изменяющейся нагрузки ГРЭС с целью её безопасной эксплуатации.
Резервирование управляющего контроллера
Для повышения надёжности управления УРГ заложена поддержка резервирования модулей ЦПУ управляющего контроллера: синхронизация текущей БД и состояния алгоритмов, сохранение/восстановление уставок, одновременная работа двух модулей ЦПУ с панелью оператора и центральным диспетчерским пунктом в режиме нагруженного резерва.
Математическая модель и её преимущества
Для оптимизации эффективности управления компонентами УРГ и качества регулирования газа к ГРЭС была создана математическая модель УРГ в виде имитатора. Такой имитатор позволяет максимально эффективно осуществлять разработку алгоритмов управления УРГ, их отладку в прикладном ПО контроллера без реального оборудования, а также предоставляет эксплуатирующему персоналу инструмент для обучения и оттачиванию своих навыков при управлении УРГ в различных режимах.
Техническая основа
Комплексная автоматизация УРГ выполнена на программируемом контроллере САТЕЛЛИТ-Р, который является базовым отечественным контроллером в составе программно-технического комплекса «СИРИУС-РЛТ», выпускаемым компанией ООО «НПА Вира Реалтайм». Контроллер выполнен на базе микроконтроллера STM32F746IGT6 (ядро ARM Cortex-M7, 216 МГц), работающего под ОС SatRLT.OS. Программирование контроллера осуществляется с помощью программного пакета, поддерживающего языки стандарта ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016.
Контроллер, клеммники с устройствами защиты, блоки питания, коммуникационное оборудование, панель оператора, а также органы управления УРГ размещаются в шкафу серии РЛТ.ШКУ (Шкаф Контроля и Управления), производства компании ООО НПА «Вира Реалтайм» со степенью защиты IP54 (по ГОСТ 14254-96) изготовленному в соответствии с ГОСТ 15150‑69 в климатическом исполнении УХЛ 4.2.
Результаты автоматизации
Комплексный подход к решению автоматизации УРГ позволяет достигнуть высоких показателей качества регулирования давления газа к потребителю:
- Давление газа на входе УРГ, ат: 45…65
- Давление газа на выходе УРГ, ат: 9,5
- Точность удержания давления на выходе УРГ в стационарном режиме, ат:
< ±0,05 - Точность удержания давления на выходе УРГ в режимах нагрузки и разгрузки, ат: < ±0.15
- Диапазон регулирования давления на выходе УРГ, ×1000 м3/ч:
• минимальный: 40
• максимальный: 800
Итоги
Ниже представлены реальные графики давления на выходе УРГ при работе регулятора во время нагрузки и разгрузки ГРЭС с изменением расхода от 200000 м3/ч до 500000 м3/ч. По горизонтали отложено время. По вертикали слева синей сплошной линией представлено давление на выходе УРГ, зелёной пунктирной – нагрузка.
Благодарим за внимание к нашей статье!
Ещё больше полезной информации, новостей и эксклюзивных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале и сообществе ВКонтакте.
Подписывайтесь, чтобы быть в курсе!