Geum.ru

Сердобинцев Описаны технические и алгоритмические характеристики, функциональная схема системы автоматического управления газораспределительной станцией (грс)

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
УДК 621.6:681.5(06)


АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО ОПЕРАТОРА

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ


А.С. Мирошников, С.П. Сердобинцев


Описаны технические и алгоритмические характеристики, функциональная схема системы автоматического управления газораспределительной станцией (ГРС). Предложенные решения могут быть использованы при модернизации ГРС.


автоматизация, рабочее место, газораспределительная станция, структура, контроль, управление


В настоящее время активно реализуется программа газификации российских регионов. В связи с этим строятся ряд новых и модернизируются морально и технически устаревшие газораспределительные станции (ГРС).

ГРС предназначена для подачи газа населенным пунктам, промышленным предприятиям и другим потребителям в заданном количестве с определенным давлением, необходимой степенью очистки, одоризации и учетом расхода газа, а при необходимости контролем качественных показателей газа [1].

Станция является сложным и ответственным энергетическим (технологическим) объектом повышенной опасности. К технологическому оборудованию и средствам автоматизации ГРС предъявляются повышенные требования по надежности и безопасности энергоснабжения потребителей газом, промышленной безопасности как взрывопожароопасному промышленному объекту.

Основными функциями являются очистка газа от механических примесей и жидких фракций, снижение высокого давления газа, поступающего от магистрального газопровода, методом редуцирования и подержание давления на выходе ГРС в необходимых потребителям пределах, одорирование газа для бытовых потребителей, т.е. придание газу специфического запаха с целью обеспечения безопасности эксплуатации населением, подогрев газа перед редуцированием с целью предотвращения гидратообразования, коммерческий учет расхода газа, подаваемого потребителям с целью обеспечения взаиморасчетов с потребителями.





Рис. 1. Общая схема ГРС


Общая схема газораспределительной станции приведена на рис. 1. В состав ГРС входит ряд технологических блоков и узлов основного и вспомогательного назначения. К основному технологическому оборудованию станции относятся: узел очистки газа, узел предотвращения гидратообразования, узел подогрева газа, узел редуцирования газа, узел коммерческого измерения расхода газа, узел одоризации газа.

К вспомогательному оборудованию относятся: система связи и телемеханики, система контроля загазованности, система охранной и пожарной сигнализации, электрохимзащита, система отопления и вентиляции, система контроля и автоматики, в том числе САУ ГРС, КИП и А и др. Строительство и реконструкция ГРС осуществляются с применением блочно-комплектного оборудования одного производителя либо компонуются проектным путем.

ГРС работает следующим образом. Газ высокого давления из магистрального газопровода поступает на вход станции через входной кран 2. В пылеуловителях (ПУ) происходит очистка технологического газа от механических частиц и жидкости. Очищенный от механических примесей и конденсата газ поступает в подогреватель газа (БПГ), где нагревается для предупреждения гидратообразования при редуцировании. Подогретый газ поступает далее в одну из ниток редуцирования, где снижается до заданного давления (РД). Редуцированный газ проходит узел замера газа (ЗУ) и поступает в блок одоризации, где одорируется и подается потребителю.

Все потребители газа используют его неравномерно. Потребление газа изменяется по месяцам, дням недели или календарным дням, по часам суток. В зависимости от отрезка времени, в течение которого расход газа считают постоянным, различают: сезонную неравномерность, или неравномерность, по месяцам года; суточную неравномерность или неравномерность по дням недели, месяца или года; часовую неравномерность, или неравномерность по часам суток. Неравномерность расходования газа обусловлена многими факторами: климатическими условиями, режимом работы предприятий и их оборудования, укладом жизни населения и газооборудованием квартир. Неравномерность потребления существенно сказывается на экономических и технических показателях систем газоснабжения.

Расход газа по месяцам года описывается годовыми графиками. Графики позволяют правильно планировать спрос на газ, определять необходимую мощность регуляторов, планировать ремонтные работы на газовых сетях и их сооружениях. Наибольшую неравномерность потребления газа создает отопительный сезон. Неравномерность графика сезонного потребления характеризуется двумя коэффициентами: неравномерности потребления Км, равным отношению расхода газа за данный месяц к среднемесячному расходу за год (мощностная характеристика), и несбалансированности годового потребления Кг, равным отношению количества газа, потребляемого больше (или меньше) среднего уровня, к годовому потреблению (объемная характеристика). Неравномерность потребления газа по сезонам выравнивается с помощью хранилищ газа и потребителей - регуляторов. Наибольшие трудности возникают при удовлетворении суточных пиковых нагрузок, возникающих при низких наружных температурах (при морозах). Для покрытия суточной неравномерности отопительной нагрузки вводят ограничения на подачу газа промышленным предприятиям, которые переводят газоиспользующие установки на жидкое котельное топливо.

Суточная неравномерность по дням недели зависит от уклада жизни населения, режима работы предприятий и изменения температуры наружного воздуха. При отсутствии резких колебаний наружной температуры потребление газа в квартирах в течение первых четырех дней недели примерно равномерное. В пятницу расход газа возрастает и достигает максимума в субботу. Наибольшей неравномерностью характеризуются предпраздничные дни, максимальный расход газа в квартирах приходится на 31 декабря.

Часовая неравномерность описывается суточным графиком, характеризуемым двумя пиками — утренним и вечерним. Суточные графики характеризуются коэффициентом неравномерности и коэффициентом суточной несбалансированности. Второй показатель представляет собой отношение количества газа, которое способно обеспечить спрос на газ при его равномерной подаче, к суточному потреблению. Он определяется максимальной разностью между интегральной прямой подачи газа и интегральной кривой его потребления. Для выравнивания суточного графика используют аккумулирующую способность магистральных газопроводов. В ночные часы, когда потребление падает, газ накапливается в газопроводах, давление газа растет, а в пики потребления аккумулированный газ используется и давление в магистральных газопроводах падает. Пример графика суточного расхода газа приведен на рис. 2. Из графика видно, что ночью город потребляет значительно меньше газа. Пик потребления газ приходится на обеденное время, но из-за аккумулирующей способности трубопровода он несколько скомпенсирован и сдвинут на час дальше.




Рис. 2. График суточного расхода газа городом Печора


Средства автоматизации ГРС (САУ ГРС) предназначены для повышения надежной и стабильной работы ГРС и обеспечения непрерывной подачи газа потребителям.

Задачами контроля и управления являются обнаружение отклонений от установленных режимов работы, контроль целостности цепей запорной арматуры, контроль исправности вытяжных и приточных вентиляторов, контроль целостности цепей аналоговых датчиков и достоверности аналоговых параметров, защита потребителя от повышения и понижения давления, отключение приточных вентиляторов при пожаре, включение вытяжных вентиляторов при загазованности, аварийный останов ГРС, аварийный останов подогревателя газа по прорыву трубного пучка, регулирование расхода, давления и температуры газа на выходе ГРС, управление клапаном одоризатора газа, слив конденсата из пылеуловителя по достижению верхнего уровня, поддержание заданного давления или расхода газа на выходе по заданным критериям ограничения потребителя.

Как правило, системы контроля и управления — это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами.

Нижний уровень – уровень объекта (контроллерный) – включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC – Programming Logical Controoller). Как правило, задачи управления решаются на контроллерном уровне.

Для уменьшения человеческого фактора, связанного с неправильной эксплуатацией сложного технологического оборудования, необходимо внедрение средств автоматизации на основе человекомашинного интерфейса, интуитивно понятного человеку, которые должны обобщать, структурировать и систематизировать информацию.

Верхний уровень включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. В основном в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.

Актуальность АРМ оператора ГРС состоит в необходимости повышения эффективности взаимодействия оператора (диспетчера) с системой и сведения к нулю его критических ошибок при управлении; сокращении времени на обработку информации, на поиск необходимой информации; улучшении качества контроля и учета аналоговых и дискретных параметров; управлении технологическим оборудованием, т.е. повышении эффективности работы оператора.




Рис. 3. Структурная схема системы контроля и управления ГРС


Функции, которые выполняет АРМ САУ ГРС:
  • обеспечение механизма регистрации пользователей для защиты от несанкционированного управления технологическим оборудованием ГРС;
  • отображение на мониторе мнемосхем крановой обвязки и технологического оборудования ГРС в форме видеокадров, выполненных по принципу многоуровневого вложения от общего к частному;
  • визуализация на мониторе информации от датчиков и сигнализаторов о состоянии технологического оборудования ГРС, а также информации, поступающей от локальных САУ в реальном масштабе времени (подогревателей газа и др.);
  • отображение аналоговых параметров, в том числе в виде трендов за заданный промежуток времени, и контроль их достоверности;
  • отображение уставок аналоговых параметров с возможностью их изменения;
  • отображение состояний исполнительных механизмов и контроль их исправности;
  • дистанционное управление исполнительными механизмами (кранами, вентиляторами, ДКД);
  • регистрация и архивирование информации с согласованной глубиной ретроспективы о состоянии крановой обвязки ГРС, состоянии технологического оборудования, аварийных и предаварийных ситуациях, действиях оператора (по управлению технологическим оборудованием, изменению уставок технологических параметров);
  • отображение и регистрация учета расхода газа по нескольким замерным узлам (мгновенного, суточного, месячного расхода), изменение конфигурационных параметров, в том числе с учетом химического состава газа;
  • выполнение расчетных задач в объеме и по формулам, представляемым заказчиком;
  • отображение текущей аварийной и предупредительной информации в журнале текущих тревог;
  • звуковое оповещение оператора об аварийной ситуации, включающее аварийную и предупредительную звуковую сигнализацию;
  • автоматическая генерация и печать журналов оператора;
  • ведение архивов журналов событий, трендов и журналов оператора.

Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи. Взаимодействие АРМ с САУ ГРС осуществляется по сети Ethernet. Структурная схема представлена на рис. 3.

Внедрение таких систем на газораспределительных станциях приобретает особое значение, так как позволяет обеспечить эффективную работу ГРС в заданных режимах, повысить качество работы, обеспечить безаварийность и экологическую безопасность, повысить производительность труда.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Данилов А.А. Газораспределительные станции / А.А. Данилов, А.И. Петров. – СПб.: Недра, 1997. – 240 с.


AUTOMATION WORKSTATION SYSTEM OF GASDISTRIBUTION STATION


A.S. Miroshnikov, S.P. Serdobincev


This article is about the automation control system of gasdistribution station. Technical and algorithmic features, structure and functionality automation control system are described.