Управління в технічних системах
Газ з магістральних газопроводів надходить в міські, селищні та промислові системи газопостачання через газорозподільні станції (ГРС). На ГРС тиск газу знижують до величини, необхідної для цих систем, і підтримують постійним. Устаткування ГРС розраховується на робочий тиск в 5,5; 7,5 МПа, тобто на максимально можливий тиск в газопроводі. Крім того, ГРС характеризується великими пропускними здатностями (100 ... 200 тис. М3/год і більше), в зв'язку з цим дросселирование газу на них здійснюють в декілька ниток і на кожній з них встановлюють відповідно регулятор тиску великої пропускної здатності.
Для безперервного зниження тиску газу на ГРС використовують вузол редукування тиску газу. Вузол редукування тиску газу – система для зниження тиску газу, що транспортується з метою перепуску його з газопроводу з більш високим тиском в газопровід з більш низьким тиском. Входить в лінійну частину газопроводу.
Існуюча ГРС м Єнакієве має 12 ниток редукування газу, точність підтримки тиску газу при цьому від 0,1 до 0,3 кгс/см2 забезпечується самим регулятором тиску газу. Технічні характеристики вітчизняних регуляторів тиску газу мають кілька гіршу точність підтримки тиску в порівнянні з зарубіжними регуляторами. Таким чином, завдання автоматизації процесу редукування газу, є актуальною і полягає в розробці системи автоматичного регулювання тиску на виході газорозподільної установки.
Застосування в дроті того чи іншого порошкового наповнювача (або порошкового сердечника, як його іноді називають), обумовлено конкретним виробничим процесом.
При нульовій витраті газу затвори пілота і виконавчого механізму герметично закриваються за рахунок підвищення вихідного тиску. У разі припинення подачі газу на вхід регулятора гільза під впливом пружини поджимается до клапану. Регулятор закритий. У розглянутій газорозподільної системи застосовується астатичний регулятор.
Метою магістерської дисертації є – підвищення точності регулювання і надійності подачі газу споживачам за рахунок модернізації функції дистанційного керування редукторами-задатчиками регуляторів тиску.
Основні задачі дослідження:
Об'єкт дослідження:система автоматичного регулювання тиску на виході газорозподільної станції.
Предмет дослідження: газорозподільні станції (ГРС).
В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками:
Виконано аналіз принципу роботи вузла редукування газу в умовах газорозподільної станції м Єнакієве. Проведено аналіз вузла редукування газу як обʼєкта автоматичного управління. Обґрунтовано напрямок розробки САУ вузла редукування газу в умовах ГРС. Розроблено функціональну схему САУ вузла редукування газу з урахуванням складу і структури функціональних вузлів системи управління. Розроблено технічне завдання на проектування. Виконано проектування САУ. Вибрані необхідні кошти для технічної реалізації розробленої системи.Розроблено принципова електрична схема САУ. Розроблено алгоритм роботи системи автоматичного управління САУ вузла редукування газу відповідно до обраної технічною базою.
Газ з магістральних газопроводів надходить в міські, селищні та промислові системи газопостачання через газорозподільні станції (ГРС). На ГРС тиск газу знижують до величини, необхідної для цих систем, і підтримують постійним. Устаткування ГРС розраховується на робочий тиск в 5,5; 7,5 МПа, тобто на максимально можливий тиск в газопроводі. Крім того, ГРС характеризується великими пропускними здатностями (100 ... 200 тис. М3 / год і більше), в зв'язку з цим дросселирование газу на них здійснюють в декілька ниток і на кожній з них встановлюють відповідно регулятор тиску великої пропускної здатності.
ГРС додатково обробляє газ. Крім очищення газу в фільтрах на них передбачають його одоризацію і підігрів. Так як перерву в газопостачанні міст, селищ і великих промислових споживачів допускати не можна, то захисну автоматику ГРС створюють за принципом резервування, а не відключення потоку газу при відмовах регулюючого обладнання.
Газорозподільна станція м.Єнакієве призначена для подачі газу з двох газопроводів високого тиску (до 5,5 МПа) комунально-побутовим та промисловим споживачам м.Єнакієве з попереднім очищенням газу, виміром його кількості і одоризації.
Проектна продуктивність ГРС - 650 тис. М3 / рік. Тиск на вході ГРС - проектний - 55 кгс/см2.
ГРС-1 м Єнакієве побудована за індивідуальним проектом і введена в експлуатацію в 1989 році.
Заміна всього обладнання ГРС була проведена протягом 2001-2002 років.
Технологічне обладнання розташовується в будівлі і на відкритому майданчику ГРС. У будівлі ГРС знаходяться приміщення залу редукування газу, приміщення вимірювальної, апаратної, майстерні, котельні і два допоміжних приміщення.
Управління технологічними процесами ГРС здійснюється за допомогою САУ ГРС «MOSCAD», розробленої СУРФ «ІНЕК», і введена в експлуатацію в 2000-2001 роках.
Дана система має дворівневу структуру.
Верхній рівень системи складають робоча станція оператора з системою радіозв'язку, пульт контролю і управління, розташований в операторної ГРС.
До нижнього рівня управління відносяться шафа автоматизації САУ і шафа безперебійного живлення, первинні перетворювачі і сигналізатори технологічних параметрів, пристрої управління кранами і система контролю загазованості повітря в приміщеннях ГРС.
Регулятори тиску газу типу РДП-150, РДУ-50, РДУ-40 і модель 399А Ду150 обладнані тільки ручним керуванням і до САУ не підключені.
ГРС м Єнакієве оснащена регуляторами тиску газу з допоміжною енергією (керованими пілотами) на вузлі редукування. Регулятори РДП-150, РДУ-50, РДУ-40 з редуктором-задатчиками тиску ручної настройки і регулятори тиску «FISHER» DN150 з редукторами-задатчиками тиску без електроприводів, які забезпечують регулювання тиску газу, що надходить споживачам, з відхиленням від 0,1 до 0,3 кгс/см2.
Параметри газу на виході ГРС по споживачах приведено в табл 1
Таблиця 1 –Параметри газу на виході ГРС
Після редукування газопроводи (по кожному споживачеві) зʼєднуються і мають вихідні колектори таких розмірів:
Єнакіївський коксохімпром–
Кант– ДУ400.
Вузол редукування має:
Побут– три лінії редукування з двома регуляторами РДП-150 і одним РДУ-100;
Принцип роботи регуляторів тиску здійснюється за рахунок енергії проходить робочого середовища (рис.1).
Рисунок 1 – Схема регуляторів тиску РДП
Тиск на вході надходить до виконавчого механізм і на вхід стабілізатора. Вихідний тиск стабілізатора подається на вхід пілота. У Регулятора РДП-В вхідний тиск подається безпосередньо на вхід Пілота. При повністю вільної пружині пілота, клапан пілота знаходиться в закритому стані. Регулятор вимкнений.Налаштування регулятора на заданий тиск здійснюється обертанням регулювального гвинта пілота. Пілот відкривається, керуючий тиск надходить в праву порожнину мембранної камери виконавчого механізму. При роботі регулятора тиск перед дроселем скидає лінії, а отже і в праву порожнину мембранної камери виконавчого механізму завжди вище тиск за регулятором. Різниця тисків на мембрані виконавчого механізму створює аксіальне зусилля. Затвор регулятора відкривається (гільза відходить від клапана). У сталому режимі рухомі елементи регулятора знаходяться в рівноважному стані. Будь-яка зміна вхідного тиску або витрати газу викликає зміна вихідного тиску і, отже, тиску в лівій порожнини мембранної камери виконавчого механізму, що призводить до переміщення рухомої системи в новий рівноважний стан, при якому вихідний тиск повертається до заданої величині.
При нульовій витраті газу затвори пілота і виконавчого механізму герметично закриваються за рахунок підвищення вихідного тиску. У разі припинення подачі газу на вхід регулятора гільза під впливом пружини поджимается до клапану. Регулятор закритий.
В даній газорозподільної системи застосовується астатичний регулятор (рис.2).
Рисунок 2 – Астатичний регулятор, де: 1 – регулюючий (дросельний) орган; 2 – мембранно-вантажний привід; 3 – імпульсна трубка; 4 – об'єкт регулювання – газова мережа Рисунок 2 – Схема астатического регулятора тиску
В астатичних регуляторах на чутливий елемент (мембрану) діє постійна сила від вантажу 2. Активна (протидіюча) сила - це зусилля, яке сприймає мембрана від вихідного тиску P2. При збільшенні відбору газу з мережі 4 зменшуватиметься тиск P2, баланс сил порушиться, мембрана піде вниз і регулює орган відкриється. такі регулятори [1]після обурення призводять регульоване тиск до заданого значення незалежно від величини навантаження і положення регулюючого органу. Рівновага системи може наступити тільки при заданому значенні регульованого тиску, причому регулюючий орган може займати будь-яке положення. Такі регулятори слід застосовувати на мережах з великим самовирівнюванням, наприклад, в газових мережах низького тиску досить великої ємності.
В розглянутих умовах регулятори тиску газу типу РДП-150, РДУ-50, РДУ-40 і модель 399А Ду150 обладнані тільки ручним керуванням і до САУ не підключені. Регуляторами тиску газу керують по розімкненим принципом шляхом зміни уставки вручну для підтримки необхідного тиску газу на виході ГРС. Точність підтримки тиску газу при цьому від 0,1 до 0,3 кгс/см2 забезпечується самим регулятором тиску газу.
Технічні характеристики вітчизняних регуляторів тиску газу мають кілька гіршу точність підтримки тиску в порівнянні з зарубіжними регуляторами. Тому, з метою підвищення точності регулювання і надійності подачі газу споживачам має сенс встановити на ГРС систему автоматичного регулювання тиску (АРД), яка доповнить функції існуючої системи автоматизованого управління (САУ) ГРС в частині дистанційного керування редукторами-задатчиками тиску. Програмно-технічний комплекс (ПТК) АРД повинен складатися з шафи управління, виконавчих механізмів і каналів обміну інформацією.