Способ контроля технического состояния и регулирования режимов работы газотранспортного комплекса

 

Изобретение относится к транспортированию газа. Технический результат, достигаемый изобретением, - расширение функциональных возможностей способа, позволяющих определять оптимальные режимы работы газотранспортного комплекса и обеспечивать его наивысший КПД. Способ включает в себя измерение параметров газового потока, передачу измерительной информации и ее обработку на центральном диспетчерском пункте, причем в качестве измеряемых параметров газового потока используют давление, расход и температуру, на валу газоперекачивающего агрегата измеряют крутящий момент и частоту вращения, по полученным данным вычисляют механическую энергию на валу газоперекачивающего агрегата и кинетическую энергию потока газа в трубопроводе, определяют коэффициент полезного действия газотранспортного комплекса, сравнивают его с номинальным значением, рассчитанным для заданного режима работы, и по результатам сравнения судят о техническом состоянии и эффективности работы газотранспортного комплекса.

Изобретение относится к области транспортирования газа в трубопроводах и предназначено для определения технического состояния и эффективности работы газотранспортного комплекса, включающего в себя газоперекачивающие агрегаты и трубопроводную магистраль.

Известен способ обнаружения неисправностей гидромагистрали путем измерения и сравнения перепадов давлений, причем гидромагистраль разбивают на участки с предварительно определенными номинальными гидравлическими сопротивлениями, измеряют перепады давления каждого по потоку участка магистрали, сравнивают перепады давления с учетом номинальных гидравлических сопротивлений участков и по результатам сравнения судят о неисправности магистрали [1].

Недостаток этого способа связан с тем, что он позволяет контролировать состояние только трубопроводной магистрали и не дает возможности оценивать эффективность работы всего газотранспортного комплекса.

Известен способ обнаружения утечки в участке напорной сети путем измерения градиентов давления на концах участка, определения изменений градиентов по сравнению с предыдущим циклом измерений и знака взаимной корреляционной функции между этими изменениями, суммирования изменений каждого градиента, начиная с цикла, в котором взаимная корреляционная функция принимает отрицательное значение, и кончая циклом, в котором она принимает нулевое значение, причем градиент давления измеряют на всем участке, запоминают его значение в предыдущем цикле, при изменении знака взаимной корреляционной функции на отрицательный, запомненное значение градиента задерживают до окончания суммирования, после чего делят разность между полученными суммами на значение градиента давления на всем участке и по результату судят об относительной величине утечки [2].

Недостатки этого способа связаны с его ограниченными возможностями, позволяющими обнаруживать только утечки в трубопроводе.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ контроля и регулирования режима работы трубопровода для транспорта жидкости или газа, включающий сбор информации о параметрах транспортной системы, передачу, прием и обработку ее на центральном диспетчерском пункте, запись данных, выработку регулирующего сигнала на исполнительные механизмы управления параметрами транспортируемого продукта, причем в качестве информации о параметрах транспортной системы используют данные контроля за напряженно-деформированным состоянием трубопровода, осуществляемого с помощью термо- и тензометрических датчиков, а в качестве контролируемых параметров используют данные о перемещении стенки трубы и ее температурном состоянии [3].

Недостатки этого способа связаны с его ограниченными возможностями, не позволяющими определять техническое состояние и эффективность работы газотранспортного комплекса в целом.

Технический результат, достигаемый изобретением, - расширение функциональных возможностей способа, позволяющих определять оптимальные режимы работы газотранспортного комплекса и обеспечивать его наивысший КПД.

Технический результат достигается тем, что в известном способе контроля и регулирования режимов трубопровода, включающем в себя измерение параметров газового потока, передачу измерительной информации и ее обработку на центральном диспетчерском пункте, согласно изобретению в качестве измеряемых параметров газового потока используют давление, расход и температуру, на валу газоперекачивающего агрегата дополнительно измеряют крутящий момент и частоту вращения, по полученным данным вычисляют механическую энергию на валу газоперекачивающего агрегата и кинетическую энергию потока газа в трубопроводе, определяют коэффициент полезного действия газотранспортного комплекса, сравнивают его с номинальным значением, рассчитанным для данного режима работы, и по результатам сравнения судят о техническом состоянии и эффективности работы газотранспортного комплекса.

Основной задачей газотранспортного комплекса является транспортирование газа в заданном объеме и в заданное время с минимальными затратами. Транспортируемый газ представляет собой материальную среду массой m, которую необходимо перемещать со скоростью v, для чего ей сообщается кинетическая энергия W_k Обычно транспортируемый газ учитывается в объемных единицах, поэтому масса газа находится по формуле m = ρ•V, где ρ - плотность газа; V - объем транспортируемого газа.

Объем газа вычисляется по показаниям расходомеров, установленных на магистральном газопроводе: V = Q • t.

Здесь Q - объемный расход, измеренный расходомером; t - время измерения.

Объемный расход связан со скоростью потока газа выражением Q = S • v где S - эффективная площадь проходного сечения трубопровода,
v - скорость потока газа.

Учитывая приведенные выше выражения, получим формулу для кинетической энергии потока газа

Это выражение определяет кинетическую энергию, которой должен обладать поток газа на конечном участке магистрального газопровода, чтобы обеспечить заданный расход газа Q и переместить заданный объем газа V за время t.

Реальный газ обладает еще и внутренней энергией W_B, поэтому полная энергия газа характеризуется его энтальпией:
W_Э = W_К + W_В.

Задачей газокомпрессорного агрегата является обеспечение потока газа таким исходным количеством энергии, чтобы на конечном участке магистрального газопровода получить требуемую кинетическую энергию газа.

Сжатый компрессором газ приобретает потенциальную энергию, характеризуемую тремя параметрами: давлением P, объемом V и температурой t. Эта энергия и представляет собой энтальпию газа W_Э.

При сжатии газ приобретает высокую температуру, поэтому применяются меры для его охлаждения перед подачей в магистральный трубопровод. Часть энергии газа теряется в виде теплового потока W_Т.

Потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую энергию движения газа. Часть этой энергии тратится на преодоление сил сопротивления движению в виде потока энергии W_С. Оставшаяся часть энергии выделяется на конечном участке газопровода в виде кинетической энергии W_К и внутренней энергии газа W_В. На основании закона сохранения энергии можно записать
W_Э = W_Т + W_С + W_К + W_В.

Полезной является энергия движения газа W_К.

К компрессору от двигателя подводится механическая энергия, определяемая выражением
W_M = M•ω•t_в = M•2πN•t,
где М - крутящий момент на валу компрессора;
ω - угловая скорость вращения;
t - время вращения;
N - частота вращения вала.

Эффективность работы газотранспортного комплекса, включающего в себя газокомпрессорный агрегат и магистральный трубопровод, характеризуется коэффициентом полезного действия, определяемого формулой

Коэффициент К учитывает потери энергии в компрессоре, связанные с рассеянием тепловой энергии, преодолением сил трения, с механическими потерями.

Эффективным с энергетической точки зрения является такой режим работы газотранспортного комплекса, при котором коэффициент К достигает максимума.

Учитывая, что плотность газа рассчитывается по формуле

где P - давление газа;
R - газовая постоянная;
Т - температура газа,
для определения кинетической энергии потока газа достаточно измерять три его параметра: давление, расход и температуру.

Предложенный способ определения состояния и эффективности работы газотранспортного комплекса осуществляется следующим образом.

Для заданных режимов работы газотранспортного комплекса рассчитывают номинальные значения коэффициентов полезного действия:

где W_КН - номинальное значение кинетической энергии потока газа в трубопроводе;
W_МН - номинальное значение механической энергии, подводимой к компрессору.

Значения К_Н заносятся в блок памяти компьютера центрального диспетчерского пункта.

В процессе работы газотранспортного комплекса периодически измеряют параметры газового потока: давление P, расход Q и температуру T, а на валу газоперекачивающего агрегата измеряют крутящий момент M и частоту вращения N. Полученные данные передают в центральный диспетчерский пункт, где вычисляют механическую энергию на валу газоперекачивающего агрегата и кинетическую энергию потока газа в трубопроводе и определяют реальный коэффициент полезного действия газотранспортного комплекса

Полученные значения коэффициента полезного действия К сравнивают с номинальным значением этого коэффициента К_H.

Эффективным считается такой режим работы газотранспортного комплекса, при котором выполняется условие
K = K_H.

При нарушении нормального режима работы компрессора, возникновении аварийных ситуаций или появлении утечек в трубопроводе имеет место неравенство
K < K_H.

По степени отклонения К от К_H судят о состоянии газотранспортного комплекса.

Предложенный способ контроля технического состояния и регулирования режимов работы газотранспортного комплекса по сравнению с существующими способами имеет более широкие функциональные возможности, так как за счет использования имеющейся информации позволяет одновременно контролировать и режим работы газоперекачивающего агрегата, и состояние магистрального трубопровода, а также определять эффективность работы газотранспортного комплекса в целом.

Источники информации
1. А. с. N 1038693 "Способ обнаружения неисправностей гидромагистрали", МПК (3) F 17 D 5/00, Б.и. N 32, 1983 г.

2. А. с. N 1176139 "Способ обнаружения утечки в участке напорной сети", МПК (4) F 17 D 5/02, Б.и. N 32, 1985 г.

3. А. с. N 1839706 "Способ контроля и регулирования режима работы трубопровода для транспорта жидкости или газа", МПК (5) F 17 D 5/00, Б.и. N 48-47, 1993 г.

Формула изобретения

Способ контроля технического состояния и регулирования режимов работы газотранспортного комплекса, включающий в себя измерение параметров газового потока, передачу измерительной информации и ее обработку на центральном диспетчерском пункте, отличающийся тем, что в качестве измеряемых параметров газового потока используют давление, расход и температуру, на валу газоперекачивающего агрегата измеряют крутящий момент и частоту вращения, по полученным данным вычисляют механическую энергию на валу газоперекачивающего агрегата и кинетическую энергию потока газа в трубопроводе, определяют коэффициент полезного действия газотранспортного комплекса, сравнивают его с номинальным значением, рассчитанным для заданного режима работы, и по результатам сравнения судят о техническом состоянии и эффективности работы газотранспортного комплекса.