Комплексная автоматизация УРГ от компании ООО «НПА Вира Реалтайм»

В статье представлен подход к комплексной автоматизации узла редуцирования газа (УРГ), предлагаемый компанией ООО «НПА Вира Реалтайм», на примере УРГ Костромской ГРЭС. Приведено описание алгоритмов, участвующих в решении задачи комплексной автоматизации. Приведены достигнутые результаты качества регулирования давления на выходе УРГ.

ООО «НПА Вира Реалтайм», г. Москва

скачать pdf >>

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.

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.

Рис. 1. Схема УРГ Костромской ГРЭС

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.

Рис. 2. Графики давления на выходе УРГ при работе регулятора во время нагрузки и разгрузки ГРЭС: а – режим нагрузки; б – режим разгрузки

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 позволяет достигнуть высоких показателей качества регулирования давления га­за к потребителю при высоком уровне надежности и безопасности.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 6(114)_2024

Д. Г. Конотоп, начальник отдела 
разработки ПО САУ,
ООО «НПА Вира Реалтайм», г. Москва,
тел.: +7 (495) 723‑7559,
e-mail: rlt@rlt.ru

Иллюстрации предоставлены компанией ООО «НПА Вира Реалтайм»