RU2532536C2 - Control system of air coolers - Google Patents

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to fan installations of adjustable performance. The control system of air coolers comprises regulators, temperature sensors, fans and heat exchangers in air coolers, as well as the inlet collector and the outlet collector for the cooled medium. The system additionally comprises a temperature sensor of the cooled medium, mounted on the inlet collector, a temperature sensor of the chilled medium, mounted on the outlet collector, and the administrator of the upper level, electrically connected to all the air cooling units of the system, and also with the temperature sensors of the cooled medium and the chilled medium, mounted on the inlet and outlet collectors. The administrator of the upper level is engaged in the system work exclusively in the event of planned or emergency shutdown of one or several air coolers.

EFFECT: invention is aimed at reliable providing system fault tolerance, simplifying its hardware design.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляторным установкам регулируемой производительности, может быть использовано в системах транспортировки газа и в энергетических установках, где требуется охлаждение воздухом прокачиваемой через теплообменник рабочей среды для поддержания ее заданной температуры.The invention relates to variable-speed fan units, can be used in gas transportation systems and in power plants where cooling is required by air pumped through the heat exchanger of the working medium to maintain its predetermined temperature.

Необходимое понижение температуры природных и попутных нефтяных газов на газовых сборных пунктах, компрессорных станциях магистральных газопроводов и газоперерабатывающих заводах производят в том числе и за счет использования атмосферного воздуха в качестве охлаждающего агента.The necessary lowering of the temperature of natural and associated petroleum gases at gas collection points, compressor stations of main gas pipelines and gas processing plants is carried out, among other things, by using atmospheric air as a cooling agent.

Известна «Система автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения природного газа», патент РФ №2291474, МПК G05D 1/00, F28F 27/00, содержащая частотно-регулируемый привод, управляющий работой электродвигателей вентиляторов и электрически связанный через блок обработки измерительной информации и автоматического управления с датчиками температуры, а также электронный блок датчиков температуры, вычислительный блок и два исполнительных устройства, электрически связанных с блоком обработки измерительной информации и автоматического управления и частотно регулируемым приводом.The well-known "Automatic control system for air-cooled natural gas cooling devices", RF patent No. 2291474, IPC G05D 1/00, F28F 27/00, containing a variable frequency drive that controls the operation of the fan motors and is electrically connected through the measuring information processing and automatic control unit with temperature sensors, as well as an electronic block of temperature sensors, a computing unit and two actuators electrically connected to the processing unit for measuring information and automatic Board and frequency-controlled drive.

Одним из недостатков вышеприведенной системы является достаточная сложность ее аппаратного оформления, что может влиять на снижение отказоустойчивости, надежности работы системы.One of the disadvantages of the above system is the sufficient complexity of its hardware design, which can affect the reduction of fault tolerance, the reliability of the system.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является «Система управления аппаратами воздушного охлаждения», патент РФ №2330993, МПК F04D 27/00, содержащая регулятор и датчик температуры охлаждаемой среды, вентиляторы с приводом, группу теплообменников, трубопроводы подвода к ним охлаждаемой среды и ее отвода в коллектор, из которого охлажденная среда поступает в отводящий трубопровод. Приводы имеют устройство изменения их частоты вращения, на вход которых поступает сигнал с выхода регулятора температуры, на первый вход регулятора поступает сигнал с датчика температуры, а на второй вход - сигнал о требуемой температуре охлаждаемой среды, при этом в качестве привода вентиляторов используются асинхронные электродвигатели.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is “Air Cooler Control System”, RF patent No. 2330993, IPC F04D 27/00, containing a controller and a temperature sensor for the medium to be cooled, fans with a drive, a group of heat exchangers, pipelines for supplying them cooled medium and its discharge into the collector, from which the cooled medium enters the discharge pipe. The drives have a device for changing their speed, the input of which receives a signal from the output of the temperature controller, the signal from the temperature sensor arrives at the first input of the controller, and the signal about the required temperature of the medium to be cooled is received at the second input, and asynchronous electric motors are used as the fan drive.

Основным недостатком вышеприведенной системы является низкое обеспечение отказоустойчивости, поскольку при аварийном отключении центрального регулятора температуры, задающего базовую скорость вращения рабочих колес вентиляторов, прекращается работа всей системы охлаждения в целом.The main disadvantage of the above system is the low reliability of fault tolerance, because during an emergency shutdown of the central temperature controller that sets the base speed of rotation of the impellers of the fans, the entire cooling system as a whole ceases to work.

Техническая задача заявляемого технического решения - надежное обеспечение отказоустойчивости системы, упрощение ее аппаратного оформления.The technical task of the proposed technical solution is reliable ensuring the fault tolerance of the system, simplifying its hardware design.

Технический результат достигается в системе управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащей регуляторы, датчики температуры, вентиляторы и теплообменники в аппаратах воздушного охлаждения, а также входной коллектор и выходной коллектор для охлаждаемой среды, при этом в систему дополнительно введены датчик температуры охлаждаемой среды, установленный на входном коллекторе, датчик температуры охлажденной среды, установленный на выходном коллекторе, и администратор верхнего уровня, электрически связанный со всеми аппаратами воздушного охлаждения системы, а также с датчиками температур охлаждаемой среды и охлажденной среды, установленными на входном и выходном коллекторах. Администратор верхнего уровня включается в работу системы исключительно в случае планового или аварийного отключения одного или нескольких аппаратов воздушного охлаждения. Также при воздушном охлаждении в аппаратах системы используются электронно-коммутируемые вентиляторы со встроенной системой регулирования и управления.The technical result is achieved in a control system for air cooling apparatuses containing regulators, temperature sensors, fans and heat exchangers in air cooling apparatuses, as well as an inlet manifold and an outlet manifold for a cooled medium, while a temperature sensor of a cooled medium mounted on an inlet manifold is additionally introduced into the system , a temperature sensor for the chilled medium mounted on the output manifold, and a top-level administrator electrically connected to all devices ozdushnogo cooling system as well as with temperature sensors medium to be cooled and cooled medium mounted on the inlet and outlet manifolds. The top-level administrator is included in the system only in the event of a planned or emergency shutdown of one or more air-cooling units. Also, with air cooling, the apparatus of the system uses electronically switched fans with an integrated regulation and control system.

Такое конструктивное выполнение заявляемой системы позволяет значительно повысить отказоустойчивость системы за счет введения Администратора верхнего уровня и датчиков температуры на входном и выходном коллекторах, т.е. появляется возможность контроля за работоспособностью независимых блоков аппаратов воздушного охлаждения (АВО), а также, при необходимости, появляется возможность оперативного вмешательства в работу независимых блоков АВО, корректировки уставки температуры охлажденной среды в выходном коллекторе с целью обеспечения надежной бесперебойной работы системы воздушного охлаждения в целом. Использование в заявляемой системе электронно-коммутируемых вентиляторов со встроенной системой регулирования и управления, то есть интегрирование приборов управления непосредственно в конструкцию электронно-коммутируемых вентиляторов, исключение большого объема кабельной продукции, значительно упрощает аппаратное оформление системы, положительно влияет на повышение ее отказоустойчивости.Such a constructive implementation of the inventive system can significantly increase the fault tolerance of the system due to the introduction of the Administrator of the upper level and temperature sensors on the input and output collectors, i.e. it becomes possible to monitor the operability of independent units of air-cooling units (ABO), and also, if necessary, it becomes possible to intervene in the operation of independent ABO units, adjust the temperature setting of the chilled medium in the output manifold in order to ensure reliable uninterrupted operation of the air cooling system as a whole. The use of electronically switched fans with an integrated regulation and control system in the inventive system, that is, the integration of control devices directly into the design of electronically switched fans, the exclusion of a large amount of cable products, greatly simplifies the hardware design of the system, and positively affects the increase of its fault tolerance.

Изобретение иллюстрируется рисунком, на котором показана схема системы управления аппаратами воздушного охлаждения, где:The invention is illustrated in the figure, which shows a diagram of a control system for air coolers, where:

ABO₁ - ABO_n - независимые блоки аппаратов воздушного охлаждения;ABO ₁ - ABO _n - independent units of air coolers;

Д₁ - Д_n - датчики температуры охлажденной среды в независимых блоках аппаратов воздушного охлаждения;D ₁ - D _n - temperature sensors of the chilled environment in the independent units of air-cooling units;

Д_вх - датчик температуры охлаждаемой среды на входном коллекторе;D _I - temperature sensor of the cooled medium at the input manifold;

Д_вых - датчик температуры охлажденной среды на выходном коллекторе;D _o - the temperature sensor of the cooled medium at the output manifold;

САУ - администратор верхнего уровня.ACS - top-level administrator.

Система управления аппаратами воздушного охлаждения работает следующим образом. Объектом управления являются независимые блоки аппаратов воздушного охлаждения (АВО₁, АВО₂,…ABO_n). Через входной коллектор по системе трубопроводов на вход каждого блока АВО подводят охлаждаемую среду, например природный газ, а через выходной коллектор - отводят. В каждом блоке АВО, на выходе, устанавливают датчики температуры (Д₁, Д₂…Д_n определяющие температуру охлажденного природного газа, выходящего соответственно из блоков АВО₁, ABO₂,…ABO_n. При этом каждый блок АВО в системе независим, имеет свою систему управления, автоматически регулирует и поддерживает заданную температуру охлажденного природного газа (Д₁, Д₂…Д_n) независимо от других АВО. На выходном коллекторе системы управления устанавливают датчик температуры Д_вых, определяющий среднюю температуру охлажденного природного газа, т.е. окончательную температуру, с которой охлажденный природный газ отводят из выходного коллектора. Одновременно на входном коллекторе устанавливают датчик температуры Д_вх, показывающий первоначальную температуру природного газа, поступающего из магистрального трубопровода в систему управления независимыми блоками АВО. В систему управления вводят Администратор верхнего уровня, на входы которого подключают датчики температуры Д_вх и Д_вых, а выходы которого по интерфейсной линии связаны с системами управления каждого независимого блока АВО.The control system of air coolers operates as follows. The control object is the independent units of air-cooling units (ABO ₁ , ABO ₂ , ... ABO _n ). A cooled medium, for example, natural gas, is supplied through an inlet manifold through a pipeline system to the inlet of each ABO unit, and is diverted through an outlet manifold. In each ABO block, at the outlet, temperature sensors are installed (D ₁ , D ₂ ... D _n determining the temperature of the chilled natural gas leaving, respectively, ABO ₁ , ABO ₂ , ... ABO _n blocks. Moreover, each ABO block in the system is independent, has its control system, automatically regulates and maintains the set temperature of the chilled natural gas (D ₁ , D ₂ ... D _n ) independently of other ABOs. A temperature sensor D _{o is} installed on the output collector of the control system, which determines the average temperature of the chilled natural gas, i.e. The final temperature with which the cooled natural gas is removed from the exhaust manifold. At the same time, a temperature sensor Д _{Вх is} installed on the inlet manifold, which shows the initial temperature of the natural gas coming from the main pipeline to the control system of the independent ABO units. whose inputs connect temperature sensors D _I and D _o , and whose outputs are connected via an interface line to the control systems of each independent unit OKA ABO.

Администратор верхнего уровня не включается в рабочий процесс охлаждения в блоках АВО, а вводится в систему исключительно для контроля за ее работоспособностью и надежного обеспечения ее отказоустойчивости. Показания датчиков температур Д_вх и Д_вых постоянно поступают на вход Администратора верхнего уровня, который анализирует значения температур и, при необходимости, по интерфейсной линии, связывающей его со всеми системами управления всех работающих независимых блоков АВО, он включается в рабочий процесс, меняя уставку температуры в независимых блоках АВО.The top-level administrator is not included in the cooling workflow in the ABO units, but is entered into the system exclusively to monitor its operability and reliably ensure its fault tolerance. The readings of temperature sensors D _I and D _{o are} constantly fed to the input of the Administrator of the upper level, which analyzes the temperature values and, if necessary, through the interface line connecting it to all control systems of all working independent ABO units, it is included in the work process, changing the temperature setting in independent ABO blocks.

При работе системы возможно плановое или аварийное отключение одного или нескольких блоков АВО. Администратор верхнего уровня определяет выключенный или вышедший из строя блок АВО посредством опроса по интерфейсной линии. Критерии выхода из строя следующие:During the operation of the system, a planned or emergency shutdown of one or several ABO units is possible. The top-level administrator determines whether the ABO unit is turned off or out of order by polling on the interface line. The failure criteria are as follows:

- 1. полностью отключен,- 1. completely disconnected,

- 2. оставшихся рабочих вентиляторов недостаточно для поддержания температуры на заданном уровне (все рабочие вентиляторы АВО работают на номинальной частоте).- 2. the remaining working fans are not enough to maintain the temperature at a given level (all ABO working fans operate at the rated frequency).

Для того чтобы сохранить температуру охлажденного природного газа в выходном коллекторе на заданном уровне, необходимо изменить уставку температуры оставшихся работоспособных блоков АВО в сторону уменьшения на определенное, вычисляемое, значение. Новая уставка температуры вычисляется Администратором верхнего уровня и передается по интерфейсной линии в системы управления всех оставшихся работоспособными блоков АВО.In order to maintain the temperature of the chilled natural gas in the outlet manifold at a predetermined level, it is necessary to change the temperature setting of the remaining operational ABO units in the direction of decreasing by a certain, calculated value. The new temperature setpoint is calculated by the Top Level Administrator and transmitted via the interface line to the control systems of all remaining operational ABO units.

В общем случае, при выходе из строя (выключении) m АВО, необходимо пересчитать уставку температуры (для датчиков Д₁, Д₂…Д_n, за исключением датчиков температуры неработоспособных блоков АВО) выходного коллектора по формуле:In the general case, when m ABO fails (shuts down), it is necessary to recalculate the temperature setting (for sensors D ₁ , D ₂ ... D _n , with the exception of temperature sensors for inoperative ABO units) of the output collector according to the formula:

T_i=(n*Т_уст- m*Т_вх)/(n-m), где:T _i = (n * T _mouth - m * T _I ) / (nm), where:

T_i - новая уставка каждого блока АВО,T _i - the new setting of each block ABO,

Т_уст - уставка температуры на выходном коллекторе (для датчика Д_вых),T _mouth - set temperature on the output manifold (for sensor D _o )

Т_вх - температура на входном коллекторе (показания датчика Д_вх),T _I - temperature at the input manifold (readings of the sensor D _I ),

n - общее число АВО системы,n is the total number of ABO systems,

m - количество вышедших из строя АВО системы.m is the number of failed ABO systems.

Изменение уставки температуры каждого независимого блока АВО происходит один раз, после каждого изменения конфигурации системы. Остальное время работы системы Администратор верхнего уровня находится в режиме контроля за работоспособностью каждого блока АВО.The temperature setting of each independent ABO unit is changed once, after each change in the system configuration. The rest of the system’s operating time, the Top Level Administrator is in the mode of monitoring the operability of each ABO block.

В составе каждого блока АВО заявляемой системы управления используются электронно-коммутируемые вентиляторы со встроенной системой регулирования и управления. Использование электронно-коммутируемых вентиляторов позволяет сконцентрировать приборы управления, интегрировать их непосредственно в конструкцию электронно-коммутируемых вентиляторов, отказаться от большого объема кабельной продукции, т.е. значительно упростить аппаратное оформление системы управления аппаратами воздушного охлаждения.As part of each ABO unit of the claimed control system, electronically-switched fans with a built-in regulation and control system are used. The use of electronically switched fans allows you to concentrate control devices, integrate them directly into the design of electronically switched fans, and to abandon a large volume of cable products, i.e. significantly simplify the hardware design of the control system of air-cooling units.

Введение в состав заявляемой системы управления Администратора верхнего уровня, электрически связанного с системами управления каждого независимого блока АВО, а также с датчиками температур охлаждаемой среды и охлажденной среды, установленными на входном и выходном коллекторах системы, который контролирует бесперебойную работу всей системы управления и, при необходимости, корректирует эту работу, надежно обеспечивает высокую отказоустойчивость системы управления в целом. Применение в заявляемой системе электронно-коммутируемых вентиляторов со встроенной системой регулирования и управления, то есть интегрирование приборов управления непосредственно в конструкцию электронно-коммутируемых вентиляторов, исключение большого объема кабельной продукции, значительно упрощает аппаратное оформление системы, положительно влияет на повышение ее отказоустойчивости.Introduction to the composition of the claimed control system of the Administrator of the upper level, electrically connected with the control systems of each independent ABO unit, as well as with temperature sensors of the cooled medium and the cooled medium installed on the input and output headers of the system, which controls the uninterrupted operation of the entire control system and, if necessary , corrects this work, reliably provides high fault tolerance of the control system as a whole. The use in the inventive system of electronically switched fans with an integrated control and management system, that is, the integration of control devices directly into the design of electronically switched fans, the exclusion of a large amount of cable products, greatly simplifies the hardware design of the system, positively affects the increase of its fault tolerance.

Таким образом, использование заявляемого технического решения при воздушном охлаждении, например, природного газа, позволяет надежно обеспечить отказоустойчивость системы управления, значительно упростить ее аппаратное оформление.Thus, the use of the proposed technical solution for air cooling, for example, natural gas, can reliably ensure the fault tolerance of the control system, greatly simplify its hardware design.

Claims (2)

1. Система управления аппаратами воздушного охлаждения, содержащая регуляторы, датчики температуры, вентиляторы и теплообменники в аппаратах воздушного охлаждения, а также входной коллектор и выходной коллектор для охлаждаемой среды, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены датчик температуры охлаждаемой среды, установленный на входном коллекторе, датчик температуры охлажденной среды, установленный на выходном коллекторе, и администратор верхнего уровня, электрически связанный со всеми аппаратами воздушного охлаждения системы, а также с датчиками температур охлаждаемой среды и охлажденной среды, установленными на входном и выходном коллекторах, при этом администратор верхнего уровня включается в работу системы исключительно в случае планового или аварийного отключения одного или нескольких аппаратов воздушного охлаждения.1. The control system of the air cooling apparatus, comprising regulators, temperature sensors, fans and heat exchangers in the air cooling apparatus, as well as an input manifold and an output manifold for a cooled medium, characterized in that the temperature sensor of the cooled medium mounted on the inlet manifold is additionally introduced into the system , a temperature sensor for the chilled medium mounted on the output manifold, and a top-level administrator electrically connected to all air-cooling units system, as well as with temperature sensors of the cooled medium and the cooled medium installed on the inlet and outlet manifolds, while the top-level administrator is included in the system only in case of a planned or emergency shutdown of one or more air-cooling units. 2. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что при воздушном охлаждении в аппаратах системы используются электронно-коммутируемые вентиляторы со встроенной системой регулирования и управления. 2. The control system according to claim 1, characterized in that when air-cooled in the apparatus of the system, electronically switched fans are used with an integrated regulation and control system.

Images