В статье подробно описаны технические решения, предлагаемые компанией ООО «ХИМПРОМПРОЕКТ» в части построения комплексных систем автоматизированного управления, противопомпажной защиты, вибромониторинга и противоразгонной защиты для турбокомпрессорных агрегатов на опасном производственном объекте предприятия нефтехимической промышленности.
ООО «ХИМПРОМПРОЕКТ», г. Казань
Современные системы автоматизированного управления (САУ) турбовакуумкомпрессорными агрегатами (ТКА) содержат большое число подсистем для защиты ТКА от механических повреждений. К таким подсистемам относятся программно-технические комплексы (ПТК) противопомпажной защиты, вибромониторинга и вибродиагностики, противоразгонной защиты (рис. 1). Математические модели, заложенные в алгоритмах данных подсистем, позволяют реализовать управление ТКА в заданных режимах без повреждений механических систем и аварийных остановов.
Рис. 1. Экранное отображение состояния системы противопомпажной защиты (увеличить изображение)
Система автоматизированного управления турбовакуумкомпрессорным агрегатом
Одним из значимых проектов, которые были реализованы ООО «ХИМПРОМПРОЕКТ», является внедрение в 2021 году системы автоматизированного управления и регулирования турбовакуумкомпрессорным агрегатом на установке дегидрирования бутана под вакуумом производства ДБО-2 завода бутилового каучука ПАО «Нижнекамскнефтехим». Турбовакуумкомпрессорный агрегат является шестисекционным, четырехступенчатым, с приводом от паровой турбины. В объем работ входила реализация САУ с функциями противопомпажного регулирования, противоразгонной защиты паровой турбины, а также интеграция с существующей системой вибромониторинга турбовакуумкомпрессорного агрегата и существующей системой автоматизированного управления технологическим процессом производства ДБО-2.
Рис. 2. Турбовакуумкомпрессорный агрегат
При реализации САУ турбовакуумкомпрессорного агрегата проектно-инжиниринговой компанией ООО «ХИМПРОМПРОЕКТ» были решены следующие задачи:
- повышение качества дистанционного автоматизированного управления исполнительными механизмами;
- повышение качества дистанционного автоматизированного регулирования параметров производительности и давления турбовакуумкомпрессорного агрегата;
- применение современных методов противоаварийной защиты турбовакуумкомпрессорного агрегата с использованием алгоритмов проверки достоверности сигналов датчиков КИПиА и исполнительных механизмов в целях снижения ложных аварийных остановов;
- повышение качества автоматизированной системы противопомпажной защиты турбовакуумкомпрессорного агрегата путем применения двух алгоритмов: «Параметрический регулятор» и «Детектор помпажа»;
- повышение качества дистанционного автоматизированного управления вспомогательными системами турбовакуумкомпрессорного агрегата (системами смазки и охлаждения);
- замена устаревших датчиков КИП и запорно-регулирующей арматуры, отработавших свой срок службы, на оборудование виброустойчивого исполнения повышенной надежности;
- модернизация устаревшей системы противоразгонной защиты паровой турбины турбовакуумкомпрессорного агрегата.
Система противопомпажной защиты турбовакуумкомпрессорного агрегата
Для реализации противопомпажной защиты турбовакуумкомпрессорного агрегата выбран метод определения рабочей точки в координатах: квадрат приведенного расхода на линии всасывания и степень сжатия рабочего тела на каждой ступени турбовакуумкомпрессора. Линии помпажа и регулирования строятся в этих же координатах, при этом линия регулирования строится справа и параллельно линии помпажа с удалением от нее по оси приведенного квадрата расхода на 5–8 % относительно максимального приведенного квадрата расхода для данной ступени компрессора.
Рис. 3. Экранное отображение работы системы противопомпажной защиты (увеличить изображение)
Положение рабочей точки каждой ступени относительно линий помпажа и регулирования определяет управляющее воздействие на перепускной клапан каждой ступени и характеризует запас ступени по помпажу (устойчивость работы). Если рабочая точка пересекает линию регулирования, алгоритм «Параметрический регулятор» противопомпажной системы производит приоткрытие противопомпажного клапана, обеспечив переток газа с выхода ступени на ее вход, тем самым увеличив расход газа через ступень турбовакуумкомпрессора. Если рабочая точка в процессе работы будет перемещаться вправо относительно линии регулирования, алгоритм «Параметрический регулятор» противопомпажной системы закроет противопомпажный (перепускной) клапан, полностью восстановив поток газа в прямом направлении. Чтобы избежать возникновения помпажа, необходимо поддерживать положение рабочих точек всех корпусов турбовакуумкомпрессора справа от линий помпажа.
С учетом нестабильности параметров сжимаемого газа, в системе противопомпажного регулирования дополнительно применен алгоритм «Детектор помпажа», основанный на фиксировании предпомпажных явлений на основе резкого изменения параметров давлений и расходов сжимаемого газа во всасывающих и нагнетающих трубопроводах каждой ступени турбовакуумкомпрессора. По результатам детектирования предпомпажных явлений алгоритм «Детектор помпажа» противопомпажной системы производит приоткрытие противопомпажного клапана.
Система противоразгонной защиты турбины турбовакуумкомпрессорного агрегата
Противоразгонная защита турбовакуумкомпрессорного агрегата предназначена для защиты турбины, работающей на пару высокого давления, от достижения критических оборотов при сбросах нагрузки.
Противоразгонная защита производит измерение частоты вращения ротора турбины, сравнивает с аварийной уставкой и при достижении критических оборотов выдает дискретный сигнал на останов паровой турбины с учетом ускорения, то есть при наличии ускорения противоразгонная защита пересчитывает и снижает уставку, чтобы не было превышения оборотов выше критических значений.
Программно-технический комплекс противоразгонной защиты содержит три модуля счета импульсов, к каждому из которых подключается один тахометрический датчик, работающий на эффекте Холла, преобразующий прохождение зубьев мерительной шестерни, жестко закрепленной на валу ротора паровой турбины, в электрические импульсы.
Дискретные сигналы останова турбовакуумкомпрессорного агрегата при достижении критических оборотов объединяются по принципу превышения уставок замеряемых значений оборотов на двух из трех датчиков.
При реализации противоразгонной защиты турбовакуумкомпрессорного агрегата решались следующие задачи:
- измерение частоты вращения ротора паровой турбины по каждому из трех независимых каналов от датчиков оборотов;
- формирование управляющего сигнала на электромагнитный выключатель стопорного клапана турбины при возникновении комбинации аварийно опасных значений частоты и ускорения вращения ротора минимум в двух каналах;
- формирование дискретных сигналов типа «сухой контакт» аварийного останова турбовакуумкомпрессорного агрегата при достижении критической частоты вращения;
- обмен данными с САУ турбовакуумкомпрессорного агрегата.
Опубликовано_в журнале ИСУП № 2(104)_2023
О. Г. Иванов,
заместитель генерального директора,
ООО «ХИМПРОМПРОЕКТ», г. Казань,
тел.: +7 (843) 212‑1360,
e‑mail: ivanov@himproect.ru
_big.jpg'); "2(116)_small.jpg")
