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 этих предприятий предъявляются высокие требования к их непрерывному снабжению газом с постоянными показателями качества при больших перепадах нагрузки в течение суток.
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.
Мнемосхема Костромской ГРЭС представлена на рис. 1. С точки зрения автоматизированной системы управления, УРГ состоит из трех ниток редуцир
Объект автоматизации
Схема УРГ Костроования, 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.
Кранам уделяется особое внимание в силу важности исполняемых ими функций, так как кран может находиться без управления в одном положении длительное время (до нескольких месяцев), поэтому задачи диагностики готовности крана к исполнению команды оператора и контроля исполнения команды являются важными при их эксплуатации.
Дросселирование давления магистрального газа происходит за счет его прохождения через сужающий канал с управляемой площадью сечения, который формируется регулирующим клапаном. Управление клапаном осуществляется током, нормированным по положению клапана, а в качестве обратной связи берется сигнал его реального положения, по которому осуществляется контроль исполнения управления.
Подход к комплексной автоматизации УРГ
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;
— своевременную диагностику 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.
Таким образом, комплексная автоматизация УРГ сочетает локальное управление компонентами УРГ с централизованным решением задачи поддержания давления на выходе УРГ при изменяющейся нагрузке ГРЭС.
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 надежности 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 нагрузке ГРЭС с целью ее безопасной эксплуатации.
С учетом развития для повышения надежности 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.
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 оттачивания навыков при управлении УРГ в различных режимах.
Выбор управляющего контроллера
Комплексная автоматизация УРГ выполнена на программируемом резервируемом 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 обладает достаточной производительностью для исполнения алгоритмов управления и резервирования, взаимодействия с интеллектуальными устройствами УРГ, а также для передачи данных и приема команд из центра. Для взаимодействия с интеллектуальными устройствами у контроллера установлены последовательные порты ввода/вывода, такие как RS‑232/485, а для передачи данных и приема команд из центра – порты Ethernet с реализованным протоколом МЭК 60870-5-104.
Контроллер, клеммники с устройствами защиты, блоки питания, коммуникационное оборудование, панель оператора, а также органы управления УРГ размещаются в шкафу со степенью защиты IP54 (по ГОСТ 14254‑96), реализованному в климатическом исполнении УХЛ 4.2 (по ГОСТ 15150‑69), серии РЛТ.ШКУ (шкаф контроля и управления), производства компании ООО НПА «Вира Реалтайм».
На передней панели шкафа выше панели оператора расположены:
— кнопка аварийного останова УРГ;
— световая индикация аварийных защит: загазованности, пожара, низкого давления газа на входе в УРГ и высокого давления газа к потребителям;
— обобщенная индикация аварийного состояния;
— обобщенная индикация предупредительной сигнализации;
— кнопки проверки работоспособности звуковой сигнализации;
— кнопки квитирования звуковой сигнализации и аварийного состояния.
В средней части дверцы шкафа размещена сенсорная графическая панель оператора, с помощью которой можно увидеть состояние всех датчиков и оборудования УРГ, вводить уставки и выдавать команды, просматривать тренды состояний, а также журналы аварийных и предупредительных сообщений. С помощью панели можно включать и отключать алгоритмы управления, переводить механизмы из одного состояния в другое.
Полученный результат регулирования
На рис. 2 представлены реальные графики давления на выходе УРГ при работе регулятора во время нагрузки и разгрузки ГРЭС с изменением расхода между 200 000 и 500 000 м3/ч. По горизонтали отложено время. По вертикали слева синей сплошной линией представлено давление на выходе УРГ, зеленой пунктирной – нагрузка.
При этом были достигнуты следующие результаты качества регулирования давления на выходе УРГ:
— давление газа на входе УРГ: 65 ат;
— давление газа на выходе УРГ: 9,5 ат;
— точность удержания давления на выходе УРГ в стационарном режиме: <±0,05 ат;
— точность удержания давления на выходе УРГ в режимах нагрузки и разгрузки: <±0,15 ат;
— диапазон регулирования давления на выходе УРГ:
— минимальный 40 × 1000 м3/ч;
— максимальный 800 × 1000 м3/ч.
Таким образом, комплексный подход к решению задачи автоматизации УРГ на оборудовании от компании ООО «НПА Вира Реалтайм» позволяет достигнуть высоких показателей качества регулирования давления газа к потребителю при высоком уровне надежности и безопасности.
Источник: https://isup.ru/articles/34/21147/
🔗 Комплексная автоматизация УРГ от компании ООО «НПА Вира Реалтайм»