Оптимизация подогрева газа на газораспределительных станциях
А.М. Илюнчев, ведущий конструктор
Основной функцией подогревателей газа в составе ГРС является предотвращение гидратообразования при снижении температуры газа в процессе редуцирования (эффект Джоуля-Томсона). До недавнего времени считалось достаточным для этого создание определённого температурного запаса, необходимого для обеспечения положительного значения температуры газа после редуцирования. Однако, мероприятия по энергосбережению, проводимые в газотранспортных организациях Газпрома, заставляют по-новому подойти к данному вопросу.
В частности, специалисты ООО "Газпром трансгаз Ухта", которые не первый год занимаются вопросами энергосбережения на газораспределительных станциях, поставили задачу максимально снизить расход газа на собственные нужды, в том числе и на излишний перегрев газа перед его редуцированием.
Завод "Газпроммаш", имея серьёзные наработки в данной области, не мог остаться в стороне и готов предложить свой вариант решения актуальной проблемы оптимизации энергетических затрат на предотвращение гидратообразования в ГРС с одним или несколькими подогревателями газа.
Наши блоки управления третьей модели (БУПГ-24-3-У2, БУПГ-24-М-У2, БУПГ-24-3М.1-У2) оснащены интерфейсом связи с верхним уровнем автоматизации (САУ ГРС) и могут принимать с верхнего уровня различные команды, в том числе – команду изменить уставку выходной температуры подогревателя. Это позволяет реализовать на уровне САУ ГРС алгоритм управления уставкой подогревателя в зависимости от выходной температуры ГРС, расхода газа и, возможно, других параметров, который обеспечил бы поддержание выходной температуры ГРС на несколько градусов выше нуля. В случае отсутствия на объекте САУ её роль может выполнять обычный компьютер или промышленный контроллер, оснащённый соответствующей программой.
В настоящее время специалистами завода "Газпроммаш" ведутся инициативные работы по созданию системы регулирования температуры газа на выходе ГРС, построенной на вышеописанном принципе. В соответствии с техническим заданием основные технические данные системы следующие:
- в качестве устройства верхнего уровня в состав системы входит блок контроля и управления (БКУ) на базе программируемого промышленного контроллера с необходимым набором модулей расширения и устройств ввода-вывода информации;
- регулирование температуры газа на выходе ГРС осуществляется посредством автоматического изменения параметра "Задание" в блоках управления подогревателями в зависимости от текущих значений расхода и выходной температуры газа; для ГРС, имеющих в своём составе более одного подогревателя, система обеспечивает возможность расширения диапазона регулирования в сторону низких расходов посредством вывода части подогревателей в резерв;
- максимальное количество подогревателей, управляемых системой – 8;
- температура газа на выходе ГРС должна удерживаться в пределах от 0 до 6ºС.
Структурная схема системы изображена на рис. 1. Здесь сенсорный дисплей, являясь устройством ввода-вывода информации, в то же время служит ведущим устройством локальной сети, в которой происходит сбор данных от аналоговых датчиков о параметрах процесса (расход газа, выходная температура ГРС и др.), а также осуществляется взаимодействие с блоками управления подогревателей газа.
Рис. 1. Структурная схема системы регулирования температуры газа на выходе ГРС.
Основным узлом системы является контроллер, который обрабатывает данные о параметрах процесса и через сенсорный дисплей управляет величиной уставки температуры нагрева газа в подогревателях. На тот случай, если в составе ГРС используется расходомер с цифровым выходом, в контроллере предусмотрен интерфейс для ввода данных о расходе. Имеется также интерфейс для связи с более высоким по иерархии уровнем автоматизации.
Наиболее сложным при разработке рассматриваемой системы является создание алгоритма управления работой подогревателей, оптимального, с одной стороны, по точности поддержания выходной температуры ГРС, а с другой стороны – по частоте срабатывания исполнительных устройств. При наличии в составе ГРС более одного подогревателя возникает также дополнительная задача: выбрать оптимальную схему перевода подогревателей в резерв при снижении расхода газа и вывода их из резерва при увеличении расхода.
Для отработки алгоритма управления требуется значительный объём информации об объекте. Необходимо исследовать характер и величину изменений различных параметров (таких, как выходная температура ГРС, разность температур на регуляторе давления, величина избыточного давления до и после регулятора и, возможно, некоторые другие показатели) при изменении расхода нагреваемого газа, уставки регулирования выходной температуры подогревателя и его входной температуры (если изменения последней будут иметь место в реальности). Чтобы данные были синхронизированы для последующего сопоставления изменений всех исследуемых параметров во времени, устройство управления ГРС должно обеспечивать непрерывное ведение архивов в реальном времени. Эти данные можно получить только с действующего объекта.
На рис. 2 представлены данные архива САУ ГРС, переданные по нашему запросу специалистами ОАО "Газпром трансгаз Ухта". К сожалению, они не являются исчерпывающими для проведения детального анализа, поскольку предназначены для использования несколько в других целях. Очевидно, потребуется проведение на оборудовании завода "Газпроммаш" совместных работ по оптимизации алгоритма регулирования температуры газа на выходе ГРС с поэтапной отработкой его для работы с одним подогревателем газа, а затем и для группового управления подогревателями.
Рис.2 Графики изменения технологических параметров ГРС
Завод "Газпроммаш" рассчитывает на взаимопонимание и поддержку в данном вопросе со стороны руководителей и специалистов газотранспортных организаций Газпрома.