МІНІСТЕРСТВО ОСТВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний авіаційний університет Аерокосмічний факультет Кафедра авіаційних двигунів Домашня робота З дисципліни: «Системи автоматичного керування КС» Виконав: студент групи ГУ-111 М Прудніков Д.П. Перевірив: Ясиницький Е.П. Захищено з оцінкою _____________________ Київ 2020 Питання: 1. Поясніть необхідність використання байпасних кранів (8а,7р,4 та ін.) в технологічних схемах КС. 2. Зробить аналіз вимог, яким повинна відповідати запірна арматура. 3. Реакція САК суміжних КС на аварійну зупинку сусідній КС; 4. За яким принципом розміщується устаткування на майданчику 5. Особливості використання електричних двигунів на КС. 6. Методи регулювання продуктивності електроприводного ГПА, їх 7. Особливості конструкції газомотокомпресора. 8. Функції систем агрегатної автоматики. 9. Системи захисту і регулювання продуктивності газомоторного КС?. аналіз. ГПА. Відповіді на запитання 1. Після крана №19 газ надходить до вхідного крану №7, також розташованому на вузлі підключення. Кран №7 призначений для автоматичного відключення КС від МГ. Вхідний кран №7 має обвідний кран №7р, який призначений для заповнення газом всієї системи технологічної обв’язки КС. Тільки після вирівнювання тиску в МГ і технологічних комунікаціях станції за допомогою крана №7р проводиться відкриття крана №7. Це робиться, щоб уникнути газодинамічного удару, який може виникнути при відкритті крана №7, без попереднього заповнення газом технологічних комунікацій КС. Призначення крана №8р, який знаходиться на вузлі підключення КС, аналогічно крану №7р. 2 GP № 21 № 20 № 8 № 8а GP № 7р № 7 № 22р № 18 № 17 № 22 №6 №2 №4 №5 №1 І №4 №2 №1 №5 І 2. В процесі роботи КС можуть виникнути позаштатні аварійні ситуації, які локалізувати шляхом зупинки одного ГПА або іншого обладнання не можна. До таких ситуацій належать: - пожежа в укритті ГПА і галереї нагнітачів, яка може перекинутися на сусідній ГПА; - розриви газопроводу на трасі або на території КС, при яких неможливо запобігти витоку газу запірною арматурою; - будь-яке загоряння на якомусь об’єкті КС; - стихійні лиха, що створюють загрозу обладнанню і життя людей. Ці ситуації можна локалізувати зупинкою КС. Для цих цілей на КС є система аварійного управління кранами і агрегатами, яка приводиться в дію кнопкою, встановленої на пульті диспетчера КС. Ця система називається КАЗС - ключ аварійної зупинки станції. 3 При виникненні аварійної ситуації і включенні ключа КАЗС відбувається наступне: - аварійно зупиняються всі ГПА, закриваються крани №1 і №2 і відкриваються свічкові крани №5; - одночасно закриваються крани №7 і №8 та відкриваються свічкові крани №17 і №18, таким чином, весь газ з технологічних трубопроводів випускається в атмосферу. Кран №20 можна відкрити тільки після вирівнювання тиску до і після крана; - змінний оперативний персонал повинен відключити імпульсний, паливний і пусковий газ на вузлі підключення до і після крана №20. У разі відмови в перестановці будь-якого з кранів №7 і №8 свічкових №17 і №18 оперативний персонал повинен перекрити охоронні крани №19 і №21 загально-станційною системою управління кранами і свічки охоронних кранів, забезпечити вручну до закриття або відкриття кранів. Така необхідність викликана особливостями гасіння пожежі (потрібно відключити газ). В процесі експлуатації 2 рази в рік проводять випробування системи з оформленням акту відповідної форми. 3. Трубопровідна арматура (крани, вентилі, зворотні клапани і т. д.) являє собою пристрої, призначені для управління потоками газу, що транспортується по трубопроводах. При цьому забезпечуючи, відключення однієї ділянки трубопроводу від іншої, вмикати або вимикати технологічні установки, апарати, судини і т. д. Вся запірна арматура технологічних обов’язок КС має нумерацію відповідно до оперативної схеми КС, чіткі покажчики відкриття і закриття, покажчики напрямку руху газу. Крани в обв’язки КС поділяються на 4 основні групи: загально станційні, режимні, агрегатні і охоронні. Загально станційні крани встановлені на вузлах підключення станції до магістрального газопроводу і служить для відключення КС від 4 газопроводу і випускання газу з технологічної обв’язки. До них відносяться крани № 7,8,17,18,20. До загально станційних кранів відносяться і крани №6, №6р, що забезпечують роботу КС на «Станційне кільце». Режимні крани забезпечують можливість зміни схеми роботи ГПА, вибір групи працюючих агрегатів і застосовуються в обв’язуваннях з неповно-напірними ЦБН. Нумерація цих кранів на різних КС різна, але, як правило, вони позначаються цифрами в межах однієї десятки (наприклад, № 41-49, № 71-79). Агрегатні крани відносяться безпосередньо до обв’язки нагнітача і забезпечують його підключення до технологічних трубопроводів станції. До них відносяться крани № 1, 2, 3, 3 біс, №4, №5. Охоронні крани призначені для автоматичного відключення КС від МГ в умовах виникнення будь-яких аварійних ситуаціях на КС. Це крани № 19, №21. До характерних особливостей роботи запірної арматури на МГ і КС відносяться: - високий тиск газу, що транспортується (до 7,5 МПа), відносно висока температура газу на виході з ЦБН (60-70 ° С), наявність в складі газу механічних домішок і компонентів, що викликають корозію, ерозію металу і т. д. До запірної арматури пред’являються наступні основні вимоги: - забезпечення герметичного відключення окремих ділянок газопроводу, судин, апаратів від технологічних газопроводів; - тривалий час збереження цієї герметичності; - висока працездатність; - корозійна стійкість і вибухонебезпечність. 5 На КС широкого поширення набули запірні крани з кульовим затвором. У порівнянні з іншими видами запірної арматури вони компактні, забезпечують прямоточний рух газу через отвір в кулі крана, що не викликає великих гідравлічних опорів. При експлуатації кранів необхідно виконувати наступні умови: - забороняється експлуатувати крани при не повному обсязі відкритому чи закритому положенні затвора; - перестановку кульових кранів виконувати при наявності перепаду тиску до і після крана не більше 0,08 МПа; періодично - проводити набивання крана мастилами, рекомендованими заводами-виробниками. 4. КС магістрального газопроводу складається з великого числа пов'язаних між собою технологічних об'єктів. Як приклад розглянемо схему розташування об'єктів схему розташування об'єктів одно цехової КС з електропривод ними ГПА. Основним спорудженням КС - являється головний корпус компресорного цеху, в якому встановлені ГПА. До головного корпусу примикає приміщення диспетчерського пункту КС, в якому розміщуються також акумуляторна і лабораторія КІП. Поза територією КС розміщуються крани підключення. Газ що поступає на КС проходить через пиловловлювачі, а що виходить через АПО газу. Уздовж головного корпусу цеху розміщуються трубопроводи обв’язки нагнітачів і режимні крани, що забезпечують групування ГПА для спільної роботи. Зазвичай з іншого боку головного корпусу розміщується високовольтний закритий розподільний пристрій (ЗРУ), від якого по кабельних каналах прокладені кабелі для живлення приводних електродвигунів ГПА. Поряд з корпусом розташовані апарати охолодження масла і води насосна установка для регенерації масла із складом (10). На 6 краю території розташовують будівлі адміністративно - господарських служб, гаражний комплекс , станція водопостачання з резервуарами води. До основних об'єктів КС відносяться також водогрійна котельна, редукційна установка газу для власних потреб і невелика допоміжна дизельна електростанція. Будівля компресорного цеху по усій довжині розділена перегородкою на 2 ізольовані приміщення: машинний зал, в якому розміщується електрообладнання ГПА і галерею нагнітачів, яка відноситься до вибухонебезпечних приміщень. Таке компонування дозволяє використати найбільш просте електроустаткування і апаратуру управління. При розширенні КС головний корпус будівлі другого компресорного цеху зазвичай пристроюється до приміщення диспетчерського пункту і апаратної семеричній будівлі першого КЦ. Вибухонебезпечна зона охоплює приміщення, в якому встановлюються нагнітачі і прилеглу до нього територію, на якій розміщуються обв'язування кранів нагнітачів. При установці приводного електродвигуна в одному приміщення з компресором застосовується вибухозахищений електродвигун, що продувається, а решта устаткування і апаратури управління виноситься в окреме вибухобезпечне приміщення. Таке компонування дозволяє спростити будівельну частину головного корпусу КЦ, проте при цьому поряд з головним корпусом треба будувати додаткові приміщення і застосовувати складніше устаткування. Компонування багато цехових КС багато в чому визначається конкретними можливостями прив'язки і взаємного розташування КЦ і магістрального газопроводу на місцевості. Цим і пояснюється наявність різних компонувань багато цехових КС. На багато цехових КС зберігається лише взаємне компонування головного корпусу кожного КЦ з 7 технологічними об'єктами, що відносяться безпосередньо до нього. Об'єкти, що носять загально станційний характер при будівництві нового КЦ, не дублюються, а реконструюються. 5. На КС нині застосовують 2 типи електроприводних ГПА: з відцентровим нагнітачем і поршневим компресором. Електроприводний ГПА з нагнітачем складається з нагнітача з крановою обв’язкою, приводного електродвигуна з редуктором, систем ущільнення, змащування контролю, управління і захисту. Електроприводний поршневий ГПА може включати триступінчатий компресор типу 6м25-210/3-56 з крановою обв’язкою на вході і виході. У якість приводу компресора використовується тихохідний синхронний двигун типу СДКП2-20-56 без редуктора. Крім того, до складу ГПА входить масло система, холодильники і масло віддільники, а також система контролю, управління і захисту. На КС магістральних газопроводах зазвичай електроприводні ГПА з ЦБН. Поршневі електроприводні компресори використовуються тільки для закачування в магістральний газопровід попутного нафтового газу з дуже низьким початковим тиском. ГПА з відцентровим нагнітачем можуть бути одноступінчатими або багатоступінчатими, а при використанні їх на КС для забезпечення необхідної міри стискування повно напірними або неповно-напірними. Застосування ГПА з електроприводом в системі магістральних газопроводів аналогічно ГПА з газотурбінним приводом. Обв’язування нагнітачів з електроприводом в основному не відрізняється від обв’язування відповідних нагнітачів з приводом від газотурбінного двигуна. Відмінність полягає в установці крану №3 біс в схемі з повно напірним нагнітачем для полегшення роботи нагнітача, коли відсутній або порушується нормальний потік газу через крани №1 та №2. Поршневі компресори з електроприводом створюють повну міру стискування і тому включаються в магістраль паралельно. 8 Ступені компресора включені послідовно з обов’язковим охолодженням газу і очищенням його від масла і води. На обв’язуванні магістралей усіх типів встановлюються крани, що мають пневматичний або пневмогідравлічний привід, який забезпечує управління краном. Запірний орган крану виконується у вигляді конічної пробки або кулі, що мають у своєму тілі вікно для проходу газу, що перекривається при повороті затвору на 90 градусів. Крани розрізняються по умовному тиску, на які вони розраховані і по умовному прохідному перерізу. Умовний прохідний переріз крану відповідає діаметру кола рівного по площі вікну пробки крану. Сучасні крани х кульовим затвором усі рівно прохідні. 6. Залежно від типу компресора і його приводного електродвигуна, використовуються різні системи автоматики, що поставляються в комплекті з ГПА. Уніфікованою системою автоматики для електроприводних ГПА з центробіжними нагнітачами типу 280 (потужністю 4-5,5 мВт і з максимальним робітником тиском газу 5,6 МПа) являється система "Электра1". Чотири модифікації системи охоплюють усі можливі випадки її застосування. Система "Электра-1" передбачає можливість: - застосування різних технологічних обв'язувань нагнітачів; - пуску ГПА під тиском і без тиску газу в порожнині нагнітача; - прямого і реакторного пуску приводного електродвигуна; - використання різних облаштувань збудження приводного електродвигуна. Для ГПА з нагнітачами типу 280-12-7 і 280-14-8 з вибухозахищеними приводними електродвигунами СТДП- 4000-2, що продуваються, застосовується система "Электра-3", а для ГПА з нагнітачами 370-18-2 (максимальний робочий тиск 7,6 МПа) і електродвигуном загальнопромислового виконання СТД- 12500-2 система "Электра-2". Основним виробом усіх систем автоматики ГПА є щит автоматики (ЩА), що складається з декількох шаф. У шафах розміщуються логічні 9 облаштування автоматики, апаратура КІП, управління і сигналізації ГПА, а також пристрої для управління приводним електродвигуном і його збудженням. Щит автоматики зазвичай використовується як місцевий щит управління. Модифікація ЩА для основного і резервного ГПА відрізняються виконанням першої шафи, де для резервного агрегату передбачаються додаткові блоки управління клапанами і блоки логічних елементів і шафи III, на якій для перемикання резервного ГПА додатково використовується ключ і два сигнальні табло. Система "Электра-2" забезпечує: - прямий і реакторний пуск електродвигунів; - автоматичне управління пуском і зупинкою ГПА із станційного пункту управління або місцевого щита управління (МЩУ); - автоматичне регулювання збудження синхронного електродвигуна; - автоматичний пуск резервних насосів ущільнення; - захист агрегату при виникненні аварійного режиму; - вимір основних параметрів, що визначають стан ГПА і режим його роботи; - сигналізацію стану окремих механізмів ГПА, несправностей і дії захисту; - випробування з щитів місцевого і дистанційного управління операцій автоматичного управління; - вибір групи для підключення резервного ГПА. Система призначена для експлуатації при температурах від - 50 до +50 С0 і відносній вологості повітря 95 % при 35 С0. 7. На компресорних станціях магістральних газопроводів широко застосовуються поршневі газомотокомпресори які об'єднують в одному агрегаті силовий привід і компресор для стискування газу. ГМК призначені для стискування і перекачування природних газів. Паливо для силової частини природний газ або нафтовий газ. Найбільше поширення отримали на КС магістральних газопроводів газомотокомпресори типів : 10 ГКН, 10ГКМ, 10 ГКНА, 10ГКМА, які залежно від тиску на всмоктуванні і нагнітанні 10 випускаються в різних модифікаціях. Модифікації ГМК відрізняються один від одного числом компресорних циліндрів, їх розташуванням і діаметром, який коливається від 180 до 630 мм Позначення газомотокомпресорів 10 ГКМ /25-55, 10 ГКНА- 1/25-55 розшифровуються таким чином: 10 - десяти циліндровий силовий двигун; Г газовий; До - компресор; М - модернізований; Н - з наддувом; А забезпечений системою автоматики; 1 - число східців стискування в компресорі; 25 - тиск газу на всмоктуванні; 55 - тиск газу на нагнітанні. 9. При роботі газомотокомпресора система автоматики контролює наступні параметри: - температуру газу на виході з компресора; - температуру і тиск олії в системі мастила; - температуру води (конденсату) в системі охолодження двигуна; - тиск пускового повітря і паливного газу; - рівень олії в картері двигуна; - тиск газу на виході з компресора. У комплекс системи централізованого контролю і управління входить система регулювання режиму "Параметр 1". Вона призначена для автоматичного регулювання режимів роботи компресорного цеху з ГМК, оснащеними системами "Компрессор-3". Система забезпечує стабілізацію і візуальний контроль основних технологічних параметрів. Заданий оператором тиск нагнітання стабілізується шляхом зміни продуктивності компресорного цеху і підтримки максимально можливого для поточного режиму завантаження газамотокомпресорів. Система "Параметр 1" регулює тиск газу в нагнітальному колекторі КС шляхом зміни продуктивності працюючих газомотокомпресорів, включаючи або регулятори продуктивності. Глибша зміна продуктивності КС здійснюється автоматичним включенням або відключенням агрегатів, коли можливості регуляторів продуктивності вичерпані, а відхилення тиску від заданого значення не 11 ліквідоване. Прийнятий алгоритм забезпечує включення в роботу мінімального числа газомотокомпресорів з максимально можливим (при стабілізації заданого тиску нагнітання) завантаженням кожного агрегату, виконуючи тим самим мінімізацію витрат паливного газу. Крім того, система забезпечує контроль кількості закритих регуляторів продуктивності по граничному значенню моменту, що крутить, на валу газомотокомпресора, зони пуску і зупинки агрегату, сигналізацію про перевищення величини міри стискування, тиску і температури нагнітання і про зменшення тиску всмоктування. Після досягнення будь-якого з перерахованих параметрів формується сигнал на зупинку газомотокомпресора. 8. Для автоматизації газомотокомпресорів випускаються агрегатні системи на пневматичних елементах "Компресор" різних модифікацій і система "Курс" для газомотокомпресорів типу МК- 8 і МК- 10. Системи "Компресор" і "Курс" забезпечують автоматичне управління, захист і контроль роботи агрегатів з компресорного цеху і виконані по наступній блок-схемі (Рис.8.3). Система виконує наступні функції: - автоматичний пуск і зупинку газомотокомпресора з панелі агрегатного щита за нормальних і аварійних умов; ручний пуск і зупинку агрегату при відключеній системі автоматики з - допомогою блоку ручного управління; - регулювання основних параметрів технологічних агрегату; параметрів - агрегату; автоматичний - контроль попереджувальну і основних аварійну сигналізацію параметрів агрегату і його технічного стану; - дистанційне керування кранами обв'язування; - передачу інформації про роботу агрегату в цехову систему автоматичного контролю і управління; - управління пуском і зупинкою агрегату з цехової системи автоматичного контролю і управління. У об'єм інформації, що передається в цехову систему автоматичного контролю і управління "Центр", входять: - сигналізація стану агрегату (готовий до пуску); - перехідною режим агрегату; - агрегат в роботі; положення регуляторів продуктивності; - контроль оборотів колінчастого 12 валу агрегату; - попереджувальна і аварійна сигналізація основних технологічних параметрів. У системі передбачені нормальні і аварійні зупинка агрегату. В процесі нормальної зупинки автоматично послідовно виконуються операції: розвантаження агрегату, потім припиняється подання паливного газу і відключається запалення. Автоматична аварійна зупинка агрегату здійснюється при поданні командного сигналу або при виникненні таких відхилень в роботі машини, які можуть привести до аварії. В процесі аварійної зупинки забезпечується негайна зупинка двигуна шляхом відключення запалення і припинення подання паливного газу, відключення газомотокомпрессора від газових колекторів і прокачування системи мастила. Управління агрегатом забезпечується вибухобезпечними щитами автоматики ЩАВ- 10 ГК, які входять до складу електричної системи управління, окрім електричної системи застосовується і пневматична система "Компресор". Як електрична, так і пневматична системи автоматики складаються з місцевого агрегатного щита (МЩУ) і головного щита (ГЩУ) контролю і управління. Систему ЩАВ- 10 ГК використовують переважно на станціях підземного зберігання газу, де в якості запірної арматури в обв'язуванні газомотокомпресора застосовують засувки з електроприводом і зворотним клапаном на виході. Вибухозахищеність щита забезпечується попереднім продуванням щита повітрям перед поданням на нього. Подання напруги на щит дозволяється при надмірному тиску повітря не менше 0,3 кПа, автоматика відключає якщо надмірний тиск нижче 0,2 кПа. При відключенні напруги на щиті включається повітряна сирена, подається сигнал операторові. 13