Автоматизация и защита от помпажа
ЗАО «НИИтурбокомпрессор» имеет более чем пятидесятилетний опыт проектирования, изготовления и внедрения систем автоматизации (СА) центробежных и винтовых компрессоров различного типа и назначения. Ни одна фирма не имеет специалистов с такими обширными знаниями компрессоров — как объекта автоматизации и имеющих опыт разработки и участия в пуско-наладочных работах такого количества систем автоматического управления компрессорными установками.
В соответствии с требованиями системы качества ISO 9000, ISO 9001 нами предъявляются высокие требования ко всем применяемым комплектующим изделиям, входящим в состав СА.
Специалисты ЗАО «НИИтурбокомпрессор» имеют опыт разработки и изготовления СА компрессоров в контейнерном исполнении, в том числе для климатических условий крайнего севера. Возможна поставка СА в морском исполнении с применением комплектующих изделий имеющих сертификаты по стандартам American Bureau of Shipping, Lloyd’s Register, Germanischer Lloyd и т.п.
Наши сотрудники имеют большой опыт участия в пуско-наладочных работах по вводу в эксплуатацию компрессорных установок на нефтехимических производствах, газоперерабатывающих предприятиях, компрессорных станциях газодобычи и транспорта газа, объектах энергетики, металлургических предприятиях, коксохимических производствах и т.д. Этот опыт позволяет разрабатывать эффективные алгоритмы управления компрессорными установками, которые в полной мере удовлетворяют требованиям технологического процесса и современным нормам промышленной безопасности.
ЗАО «НИИтурбокомпрессор» успешно проводит работы по разработке, изготовлению и участию в пусконаладочных работах СА компрессоров, выпускаемых не только ОАО «Казанькомпрессормаш», но и других производителей компрессорной техники, включая зарубежных. При этом ЗАО «НИИтурбокомпрессор» выполняет следующие работы:
· обследование компрессорных установок по месту эксплуатации;
· проектирование и разработка технической документации систем автоматизации;
· изготовление и автономные испытания систем автоматизации;
· разработка систем антипомпажной защиты, включая проведение необходимых газодинамических расчетов;
· изготовление и автономные испытания систем антипомпажной защиты;
· участие в пуско-наладочных работах и вводу компрессора в эксплуатацию;
· проведение помпажных испытаний, определение границы помпажа и настройка параметров систем антипомпажной защиты.
2 Системы защиты центробежных компрессоров от помпажа
Наиболее сложной и наукоемкой частью разработки СА центробежных компрессорных установок является система антипомпажной защиты. Высокий научный потенциал и большой практический опыт позволили разработать математическое обеспечение и алгоритмы антипомпажной защиты и регулирования, которое вывело ЗАО «НИИтурбокомпрессор» на передовые позиции в области защиты от помпажа центробежных компрессоров.
В настоящее время все центробежные компрессоры, выпускаемые ОАО «Казанькомпрессормаш» оснащаются разработанными ЗАО «НИИтурбокомпрессор» высокоэффективными системами антипомпажной защиты.
Системы антипомпажной защиты выполняются по двухконтурной схеме. Первый контур осуществляет антипомпажное регулирование и не допускает опасного приближения рабочей точки компрессора к границе помпажа за счет перепуска газа через байпасный клапан с линии нагнетания в линию всасывания. При этом непрерывно вычисляется относительное расстояние от рабочей точки компрессора до границы помпажа с учетом изменения газодинамических параметров по условиям всасывания и нагнетания, включая изменение состава компримируемого газа. В случае если компрессор имеет несколько секций политропного сжатия, вычисляется относительное расстояние от рабочей точки до границы помпажа каждой секции компрессора в отдельности и регулирование происходит по параметрам секции, рабочая точка которой наиболее приближена к границе помпажа.
Математическое обеспечение алгоритмов регулирования включает реализацию «стратегии выживания», которая позволяет сохранить работоспособность антипомпажной защиты при отказе части каналов измерения, используемых в газодинамических расчетах.
Антипомпажный регулятор, в зависимости от технологической ситуации, может менять свою структуру, адаптивно изменять настройки динамических параметров, а также является ассиметричным, т.е. скорость закрытия и открытия байпасного клапана различна. При этом регулятор учитывает не только положение рабочей точки компрессора относительно границы помпажа, но и динамику ее приближения к данной границе, что существенно увеличивает эффективность антипомпажного регулирования и повышает безопасность эксплуатации компрессора. Для учета динамики приближения рабочей точки к границе помпажа используется специальный сигнал, основанный на вычислении в реальном масштабе времени дисперсии сигнала перепада давления на расходомерном устройстве антипомпажной защиты. Использование в антипомпажном регулировании дисперсионной составляющей сигнала перепада давления на расходомерном устройстве позволяет учесть не только динамику приближения рабочей точки к границе помпажа для формирования сигнала на упреждающее открытие байпасного клапана, но и реагировать на проявление газодинамической неустойчивости в виде вращающегося срыва, который предшествует помпажу в турбокомпрессорах.
Второй контур антипомпажной защиты является разомкнутым и осуществляет форсированное открытие байпасного клапана при появлении признаков помпажа. Алгоритм форсированного открытия срабатывает по команде сигнализатора помпажа. Сигнализатор помпажа производит групповую статистическую обработку сигналов режимных параметров компрессора с целью обнаружения признаков помпажа. Для распознавания помпажа обычно используются сигналы давления нагнетания, тока главного электродвигателя и перепада давления на расходомерном устройстве. Данные сигналы обрабатываются в реальном масштабе времени с периодом 10 мс одновременно по четырем алгоритмам распознавания помпажа. Применение групповой статистической обработки сигналов позволяет в полной мере использовать математические методы обработки информации и распознавания образов, что позволяет диагностировать явления вращающегося срыва и помпажа при минимальной вероятности ложных срабатываний сигнализатора даже при сильно зашумленных исходных сигналах, т.е. достигать оптимального соотношения между чувствительностью и помехоустойчивостью.
Полный период обработки информации и выдачи управляющего воздействия в контуре управления байпасным (сбросным) клапаном составляет 40 мс. Это позволяет эффективно использовать современные быстродействующие антипомпажные клапаны со временем полного открытия 1,5‑2 с. Математическое обеспечение и алгоритмы антипомпажной защиты постоянно совершенствуются с учетом опыта разработки и пуско-наладочных работ новых центробежных компрессорных установок.
Таким образом, разрабатываемые нами системы защиты от помпажа превосходят по эффективности лучшие мировые аналоги. Ни одна фирма в мире не имеет опыта обнаружения вращающегося срыва, предшествующего помпажу, в условиях промышленной эксплуатации центробежных компрессоров. Используемые технические решения защищены многочисленными патентами.
3 Автоматизация центробежных компрессоров на уровне компрессорной станции (компрессорного цеха)
Автоматизация центробежных компрессоров на уровне компрессорной станции или компрессорного цеха должна обеспечивать, прежде всего, устойчивую работу группы параллельно или последовательно работающих в сети компрессоров. Это связана с тем, что регулирование производительности (давления нагнетания, расхода) отдельно взятого компрессора, без учета режимных параметров других работающих в сети компрессоров, может приводить к нестационарным режимам работы и даже к помпажу.
Другой важной задачей автоматизации одновременно работающих в сети центробежных компрессоров является оптимальное перераспределение нагрузки между ними, обеспечивющее не только безопасную эксплуатацию, но и наиболее экономичный режим работы, позволяющий снизить энергетические затраты на компримирование газа.
ЗАО "НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа" имеет опыт успешного решения всего комплекса проблем, связанный с групповым управлением центробежными компрессорами. Для этого разработано специализированное математическое обеспечение, позволяющее эффективно управлять группой одновременно работающих центробежных компрессоров во всех возможных технологических ситуациях.