RU2634161C1 - Device for controlling turbo-expander with adaptation to external load - Google Patents

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: device contains a stop valve, adjusting elements with drives and position sensors, a bypass valve, an operation mode switch, comparator units, normalisation and scaling amplifiers, pressure sensors, an adder, pressure value setters, a mode of operation of the turbo-expander, permissible deviations, an electric generator, a rectifier, a filter, a frequency converter, a load sensor of external electric network, a unit for issue of mean hourly values of gas flow rate, correctors, generators of correcting pulses, adders of consumption and correction.

EFFECT: reliability of the turbo-expander operation and accuracy while maintaining gas pressure in low-pressure line at emergency fluctuations of electric load in external network.

1 dwg

Description

Изобретение относится к технике турбостроения, а именно к устройствам регулирования турбодетандеров, и может быть использовано на газораспределительных станциях для рекуперации энергии сжатого газа и выработки электроэнергии.The invention relates to techniques for turbine construction, and in particular to devices for regulating turbo expanders, and can be used at gas distribution stations for recovering compressed gas energy and generating electricity.

Известна газораспределительная станция с выработкой электроэнергии, содержащая турбодетандеры, каждый из которых включает турбину и расположенный на ее валу электрогенератор, и, по меньшей мере, один нагреватель газа, связанный со входом турбины, по меньшей мере, одного из турбодетандеров, а выход одного из турбодетандеров соединен с потребительским газопроводом конечного давления (Патент RU 2221192 С2, кл. F17D 1/04, F25B 11/00, опубл. 10.01.2004).Known gas distribution station with power generation, containing turboexpander, each of which includes a turbine and an electric generator located on its shaft, and at least one gas heater associated with the turbine inlet of at least one of the turboexpander, and the output of one of the turbine expander connected to the consumer gas pipeline of the final pressure (Patent RU 2221192 C2, class F17D 1/04, F25B 11/00, publ. 10.01.2004).

Данное устройство не обеспечивает высокой надежности работы турбодетандера и точности поддержания давления газа в магистрали низкого давления при существенных изменениях диапазонов нагрузки в электрической сети.This device does not provide high reliability of the turbine expander and the accuracy of maintaining the gas pressure in the low-pressure manifold with significant changes in the load ranges in the electrical network.

Известно устройство для регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, газовую расширительную машину, нагруженную электрическим генератором переменного тока, инвертор, причем газораспределительное устройство выполнено в виде набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми от датчика давления газа выходной магистрали, газовая расширительная машина выполнена в виде нерегулируемого по числу оборотов турбодетандера с парциальным подводом газа к соплам (Патент RU 2223533 С1, кл. F17D 1/04, опубл. 10.02.2004).A device for regulating the pressure in a gas line containing a gas distribution device, a gas expansion machine loaded with an electric alternator, an inverter, the gas distribution device is made in the form of a set of pipes of different diameters with shutters installed on them, controlled by a gas pressure sensor of the output line, The gas expansion machine is made in the form of a turboexpander with a partial gas supply to the lamas (Patent RU 2223533 C1, CL F17D 1/04, publ. 02/10/2004).

Известное устройство для регулирования давления в газовой магистрали не обеспечивает адаптации величины потока газа, проходящего через турбодетандер в зависимости от изменения нагрузки в электрической сети.The known device for regulating the pressure in the gas line does not provide adaptation of the magnitude of the gas flow passing through the turboexpander depending on changes in the load in the electrical network.

Известна система регулирования турбодетандера, установленная на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащая стопорный клапан, выполненный в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии, регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с турбодетандером и байпасный клапан с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления (Патент RU 2110022 С1, кл. F25B 49/02, опубл. 27.04.1998).A known system for regulating a turboexpander installed on a gas distribution station between high and low pressure lines, comprising a check valve made in the form of mechanically connected to each other and passing gas to separate branch lines, a regulating body with a drive and a position sensor, mounted on a branch line connecting a check valve with a turboexpander and a bypass valve with an actuator and a position sensor mounted on a branch line connecting the check valve to the main -pressure (Patent RU 2110022 C1, cl. F25B 49/02, publ. 27.04.1998).

Данное устройство не обеспечивает коррекцию величины потока подаваемого газа высокого давления в зависимости от изменения нагрузки в электрической сети, что снижает точность поддержания давления газа в магистрали низкого давления и надежность работы турбодетандера в условиях возможных существенных изменений диапазонов электрических нагрузок.This device does not provide correction of the flow rate of the high-pressure gas supplied depending on changes in the load in the electric network, which reduces the accuracy of maintaining the gas pressure in the low-pressure line and the reliability of the turbine expander in the conditions of possible significant changes in the ranges of electrical loads.

Наиболее близким является устройство регулирования турбодетандера, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащее стопорный клапан, первый регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с турбодетандером, байпасный клапан с приводом и датчиком положения, второй регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, переключатель режимов работы, блоки сравнения, сумматор, датчики положения байпасного клапана, первого и второго регулирующих органов, приводы, датчик нагрузки внешней электрической сети, электрический генератор, фильтр, выпрямитель и частотный преобразователь (Патент RU 2579301 C1, кл. F25B 49/02, опубл. 10.04.2016).The closest is a control device for a turbo expander installed on a gas distribution station between high and low pressure lines, comprising a stop valve, a first regulating body with an actuator and a position sensor, mounted on a branch line connecting the stop valve with a turbo expander, a bypass valve with an actuator and a position sensor, the second regulatory body with an actuator and a position sensor mounted on a by-pass line connecting the stop valve to the low-pressure line, p operating mode switch, comparison units, adder, position sensors of the bypass valve, first and second regulatory bodies, actuators, load sensor of an external electrical network, electric generator, filter, rectifier and frequency converter (Patent RU 2579301 C1, class F25B 49/02, publ. 04/10/2016).

Данное устройство не обеспечивает адаптации при аварийных отключениях электрической нагрузки во внешней сети и при включении крупных потребителей посредством коррекции величины потока газа в зависимости от резких изменений нагрузки в электрической сети, что снижает точность поддержания давления газа в магистрали низкого давления и надежность работы турбодетандера в условиях возможных существенных изменений электрических нагрузок.This device does not provide adaptation during emergency shutdowns of the electric load in the external network and when large consumers are turned on by correcting the gas flow depending on sudden changes in the load in the electric network, which reduces the accuracy of maintaining the gas pressure in the low-pressure line and the reliability of the turbine expander significant changes in electrical loads.

Задачей изобретения является повышение надежности работы турбодетандера и точности поддержания давления газа в магистрали низкого давления при резких изменениях нагрузки в электрической сети.The objective of the invention is to increase the reliability of the turbine expander and the accuracy of maintaining the gas pressure in the low-pressure manifold with sudden changes in the load in the electrical network.

Техническим результатом является возможность адаптации устройства при аварийных отключениях электрической нагрузки во внешней сети и при включении крупных потребителей посредством коррекции величины потока газа в зависимости от резких изменений нагрузки в электрической сети.The technical result is the ability to adapt the device during emergency outages of the electric load in the external network and when turning on large consumers by correcting the magnitude of the gas flow depending on sudden changes in the load in the electric network.

Для достижения технического результата в устройство регулирования турбодетандера с адаптацией к внешней нагрузке, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащее стопорный клапан, выполненный в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, первый регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с турбодетандером, байпасный клапан с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, второй регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, переключатель режимов работы, управляемый через датчик положения стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном, первый вход переключателя режимов работы через первый блок сравнения и нормирующий усилитель соединен с датчиком давления в магистрали низкого давления, а второй вход переключателя режимов работы соединен с выходом второго блока сравнения, сумматор, первый вход которого соединен с датчиком положения первого регулирующего органа, а второй с датчиком положения второго регулирующего органа, выход сумматора соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком положения байпасного клапана, выход переключателя режимов работы через регулирующий усилитель байпасного клапана соединен с приводом байпасного клапана, второй вход первого блока сравнения соединен с задатчиком величины давления в магистрали низкого давления, выход первого блока сравнения через регулирующий усилитель второго регулирующего органа соединен с приводом второго регулирующего органа, датчик нагрузки внешней электрической сети через частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель соединен с электрическим генератором на валу турбодетандера, выход датчика нагрузки внешней электрической сети через нормирующий усилитель соединен с первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком работы турбодетандера в номинальном режиме, выход третьего блока сравнения через регулирующий усилитель первого регулирующего органа соединен с приводом первого регулирующего органа, дополнительно введены блок выдачи средних почасовых значений расхода газа, датчик давления газа в магистрали высокого давления, первый, второй и третий корректоры, четвертый блок сравнения, задатчики уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений, компараторы уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений, первый и второй генераторы корректирующих импульсов, масштабирующий усилитель, блок измерения расхода газа второго регулирующего органа, сумматор расхода и сумматор коррекции, причем выход блока выдачи средних почасовых значений расхода газа соединен с первым входом первого корректора, выход датчика нагрузки внешней электрической сети через масштабирующий усилитель соединен с первым входом второго корректора, выход блока измерения расхода газа второго регулирующего органа соединен с первым входом третьего корректора, вторые входы первого, второго и третьего корректоров соединены с выходом датчика давления газа в магистрали высокого давления, выход первого корректора соединен с первым входом четвертого блока сравнения, второй вход которого через сумматор расхода соединен с выходами второго и третьего корректоров, выход четвертого блока сравнения через первый вход компаратора уровня верхнего допустимого отклонения и первый генератор корректирующих импульсов соединен со вторым входом сумматора коррекции, а через первый вход компаратора уровня нижнего допустимого отклонения и второй генератор корректирующих импульсов соединен с третьим входом сумматора коррекции, первый вход сумматора коррекции соединен с выходом первого блока сравнения, выход сумматора коррекции соединен с соответствующим приводом второго регулирующего органа, вторые входы компараторов уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений соединены с выходами задатчиков уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений соответственно.To achieve a technical result, a turboexpander control device adapted to external load installed on a gas distribution station between high and low pressure lines contains a check valve made in the form of mechanically connected to each other and passing gas into separate outlet lines of two valves so that when one valve is open, then the other is closed, the first regulatory body with an actuator and a position sensor installed on a branch line connecting the check valve to the turbode a thunderbolt, a bypass valve with an actuator and a position sensor installed on a discharge line connecting the stop valve to the low pressure line, a second regulating body with an actuator and a position sensor installed on the outlet line connecting the stop valve to the low pressure line, the operating mode switch controlled through the position sensor of the stop valve associated with the stop valve, the first input of the mode switch through the first comparison unit and the normalizing amplifier is connected to the sensor pressure in the low-pressure line, and the second input of the mode switch is connected to the output of the second comparison unit, the adder, the first input of which is connected to the position sensor of the first regulatory body, and the second to the position sensor of the second regulatory body, the output of the adder is connected to the first input of the second comparison unit the second input of which is connected to the bypass valve position sensor, the output of the mode switch through the control amplifier of the bypass valve is connected to the bypass valve actuator , the second input of the first comparison unit is connected to the pressure setpoint in the low-pressure line, the output of the first comparison unit through the regulating amplifier of the second regulatory body is connected to the drive of the second regulatory body, the load sensor of the external electrical network through a frequency converter, the filter and the rectifier are connected to the electric generator on turboexpander shaft, the output of the load sensor of the external electric network through a normalizing amplifier is connected to the first input of the third comparison unit, in The input of which is connected to the turbine expander operation master in nominal mode, the output of the third comparison unit through the control amplifier of the first regulatory body is connected to the drive of the first regulatory body, an additional unit for outputting average hourly values of gas flow, a gas pressure sensor in the high-pressure line, first, second and third correctors, fourth comparison unit, adjusters of the levels of upper and lower permissible deviations, comparators of the levels of upper and lower permissible deviations, the first and second corrective pulse generators, a scaling amplifier, a gas flow measuring unit of the second regulator, a flow adder and a correction adder, the output of the hourly average gas flow output unit being connected to the first input of the first corrector, the output of the load sensor of the external electric network through the scaling amplifier is connected with the first input of the second corrector, the output of the gas flow measuring unit of the second regulatory body is connected to the first input of the third corrector, the second inputs p the first, second, and third correctors are connected to the output of the gas pressure sensor in the high-pressure line, the output of the first corrector is connected to the first input of the fourth comparison unit, the second input of which is connected to the outputs of the second and third correctors through the flow adder, the output of the fourth comparison unit through the first input of the comparator the level of the upper permissible deviation and the first generator of correction pulses is connected to the second input of the correction adder, and through the first input of the comparator of the lower level it is permissible about deviations and the second generator of correction pulses is connected to the third input of the correction adder, the first input of the correction adder is connected to the output of the first comparison unit, the output of the correction adder is connected to the corresponding drive of the second regulatory body, the second inputs of the level comparators of the upper and lower permissible deviations are connected to the outputs of the level adjusters upper and lower tolerances, respectively.

На фигуре представлена структура устройства регулирования турбодетандера с адаптацией к внешней нагрузке.The figure shows the structure of a turboexpander control device with adaptation to external load.

Магистрали высокого и низкого давления газораспределительной станции 1 через систему задвижек 2 связаны со стопорным клапаном 3, выполненным в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, первым регулирующим органом 4 с соответствующим приводом 5 и датчиком положения 6, вторым регулирующим органом 7 с соответствующим приводом 8 и датчиком положения 9 и байпасным клапаном 10 с соответствующим приводом 11 и датчиком положения 12. Первый регулирующий орган 4 соединен с турбодетандером 13, вал которого нагружен электрическим генератором 14, соединенным через выпрямитель 15, фильтр 16, частотный преобразователь 17 и датчик нагрузки внешней электрической сети 18 с электросетью потребителей.High-pressure and low-pressure lines of gas distribution station 1 through a valve system 2 are connected to a stop valve 3, made in the form of mechanically connected to each other and passing gas into separate outlet lines of two valves so that when one valve is open, the other is closed by the first regulatory body 4 with the corresponding actuator 5 and the position sensor 6, the second regulatory body 7 with the corresponding actuator 8 and the position sensor 9 and the bypass valve 10 with the corresponding actuator 11 and the position sensor 12. The first p regulates body 4 is coupled to turboexpander 13, which shaft is loaded by an electrical generator 14 coupled via a rectifier 15, a filter 16, frequency converter 17 and a load sensor external electrical network 18 to the electrical consumer.

Переключатель режимов работы 19 управляется датчиком положения 20 стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном 3. Первый вход переключателя режимов работы 19 через первый блок сравнения 21 и нормирующий усилитель 22 соединен с датчиком давления 23 в магистрали низкого давления, а второй вход переключателя режимов работы 19 соединен с выходом второго блока сравнения 24, выход сумматора 25 соединен с первым входом второго блока сравнения 24. Выход переключателя режимов работы 19 через регулирующий усилитель 26 байпасного клапана соединен с приводом байпасного клапана 11.The operating mode switch 19 is controlled by a position sensor 20 of the stop valve connected to the stop valve 3. The first input of the operating mode switch 19 is connected to the pressure sensor 23 in the low pressure line through the first comparison unit 21 and the normalizing amplifier 22, and the second input of the operating mode switch 19 is connected with the output of the second comparison unit 24, the output of the adder 25 is connected to the first input of the second comparison unit 24. The output of the mode switch 19 through the control amplifier 26 of the bypass valve is connected to ivodom bypass valve 11.

Второй вход первого блока сравнения 21 соединен с задатчиком величины давления 27 в магистрали низкого давления. Выход регулирующего усилителя 28 второго регулирующего органа 7 соединен с приводом второго регулирующего органа 8.The second input of the first comparison unit 21 is connected to the setpoint pressure 27 in the low pressure line. The output of the regulatory amplifier 28 of the second regulatory body 7 is connected to the drive of the second regulatory body 8.

Датчик нагрузки внешней электрической сети 18 с электросетью потребителей через нормирующий усилитель 29 соединен с первым входом третьего блока сравнения 30, второй вход которого соединен с задатчиком работы турбодетандера в номинальном режиме 31.The load sensor of the external electrical network 18 with the consumers' power supply network is connected through a normalizing amplifier 29 to the first input of the third comparison unit 30, the second input of which is connected to the turbine expander operation master in nominal mode 31.

Выход третьего блока сравнения 30 через регулирующий усилитель 32 первого регулирующего органа 4 соединен с приводом 5 первого регулирующего органа.The output of the third comparison unit 30 through the control amplifier 32 of the first regulatory body 4 is connected to the drive 5 of the first regulatory body.

Блок выдачи средних почасовых значений 33 расхода газа соединен с первым входом первого 34 корректора. Выход датчика нагрузки внешней электрической сети 18, через масштабирующий усилитель 35 соединен с первым входом второго 36 корректора, выход блока измерения 37 расхода газа второго регулирующего органа 7 соединен с первым входом третьего 38 корректора, вторые входы первого 34, второго 36 и третьего 38 корректоров соединены с выходом датчика давления газа 39 в магистрали высокого давления.The block issuing average hourly values 33 of the gas flow is connected to the first input of the first 34 corrector. The output of the load sensor of the external electrical network 18, through a scaling amplifier 35, is connected to the first input of the second 36 corrector, the output of the gas flow measuring unit 37 of the second regulator 7 is connected to the first input of the third 38 corrector, the second inputs of the first 34, second 36 and third 38 corrector are connected with the output of the gas pressure sensor 39 in the high-pressure line.

Выход первого корректора 34 соединен с первым входом четвертого 40 блока сравнения, второй вход которого через сумматор расхода 41 соединен с выходами второго 36 и третьего 38 корректоров. Выход четвертого 40 блока сравнения через первый вход компаратора уровня верхнего 42 допустимого отклонения и первый генератор 43 корректирующих импульсов соединен со вторым входом сумматора коррекции 44, а через первый вход компаратора уровня нижнего 45 допустимого отклонения и второй генератор 46 корректирующих импульсов соединен с третьим входом сумматора коррекции 44.The output of the first corrector 34 is connected to the first input of the fourth 40 comparison unit, the second input of which through the flow adder 41 is connected to the outputs of the second 36 and third 38 of the correctors. The output of the fourth comparator 40 through the first input of the upper level tolerance 42 comparator and the first correction pulse generator 43 is connected to the second input of the correction adder 44, and through the first input of the lower level 45 comparator of the permissible deviation and the second correction pulse generator 46 is connected to the third input of the correction adder 44.

Первый вход сумматора коррекции 44 соединен с выходом первого блока сравнения 21, выход сумматора коррекции 44 соединен с входом регулирующего усилителя 28 второго регулирующего органа 7.The first input of the correction adder 44 is connected to the output of the first comparison unit 21, the output of the correction adder 44 is connected to the input of the control amplifier 28 of the second regulatory body 7.

Вторые входы компараторов уровней верхнего 42 и нижнего 45 допустимых отклонений соединены с выходами задатчиков уровней верхнего 47 и нижнего 48 допустимых отклонений соответственно.The second inputs of the comparators of the levels of the upper 42 and lower 45 permissible deviations are connected to the outputs of the level adjusters of the upper 47 and lower 48 permissible deviations, respectively.

Устройство регулирования турбодетандера с адаптацией к внешней нагрузке работает следующим образом. При открытии стопорного клапана 3 по команде запуска турбодетандера поток газа через первый 4 регулирующий орган поступает на турбодетандер 13, вал которого нагружен электрическим генератором 14. Вырабатываемое электрическое напряжение преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя 15 и сглаживается на фильтре. Для выработки напряжения с частотой 50 Гц и напряжением 380 В, пригодного для подачи в электросеть, применяется частотный преобразователь 17. Величина нагрузки измеряется датчиком нагрузки внешней электрической сети 18 потребителей.The control device of the turboexpander with adaptation to external load works as follows. When the stop valve 3 is opened by a command to start the turboexpander, the gas flow through the first 4 regulating body enters the turboexpander 13, the shaft of which is loaded with an electric generator 14. The generated voltage is converted to direct voltage using a rectifier 15 and smoothed on the filter. To generate a voltage with a frequency of 50 Hz and a voltage of 380 V, suitable for supply to the power grid, a frequency converter 17 is used. The load value is measured by the load sensor of the external electrical network 18 consumers.

Величина нагрузки внешней электросети, как правило, изменяется во времени. Это приводит к изменению режимов работы турбодетандера 13 и электрического генератора 14, что приводит к снижению надежности работы оборудования и колебаниям давления газа в магистрали низкого давления, что является нежелательным. Для уменьшения этих явлений проводится коррекция величины потока подаваемого на турбодетандер 13 газа высокого давления в зависимости от изменения нагрузки электрической сети. Коррекция производится по величине напряжения от датчика нагрузки внешней электрической сети 18, которое через нормирующий усилитель 29 подается на первый вход третьего блока сравнения 30. Значение нагрузки, отдаваемой во внешнюю электрическую сеть при номинальной работе турбодетандера 13 и электрического генератора 14, устанавливается задатчиком работы турбодетандера в номинальном режиме 31.The magnitude of the load of the external power supply usually changes over time. This leads to a change in the operating modes of the turboexpander 13 and the electric generator 14, which leads to a decrease in the reliability of the equipment and fluctuations in gas pressure in the low pressure line, which is undesirable. To reduce these phenomena, a correction is made of the flow rate of high-pressure gas supplied to the turboexpander 13 depending on a change in the load of the electric network. Correction is made according to the voltage value from the load sensor of the external electric network 18, which is fed through the normalizing amplifier 29 to the first input of the third comparison unit 30. The value of the load transmitted to the external electric network at the rated operation of the turbo expander 13 and the electric generator 14 is set by the turbine expander rated mode 31.

В результате на выходе третьего блока сравнения 30 формируется сигнал рассогласования действительного и номинального режимов работы турбодетандера 13 и электрического генератора 14. Этот сигнал через регулирующий усилитель 32 поступает на привод 5, который корректирует пропускную способность первого регулирующего органа 4. В результате производится коррекция величины потока газа проходящего через турбодетандер 13 в зависимости от значения электрической нагрузки внешней сети.As a result, at the output of the third comparison unit 30, a mismatch signal is generated between the actual and nominal operating modes of the turboexpander 13 and the electric generator 14. This signal through the control amplifier 32 is fed to the drive 5, which adjusts the throughput of the first regulatory body 4. As a result, the gas flow is corrected passing through a turboexpander 13 depending on the value of the electrical load of the external network.

Для снижения величины незначительных колебаний давления газа в магистрали низкого давления используется второй регулирующий орган 7 с соответствующим приводом 8, сигнал коррекции на который через регулирующий усилитель 28 и сумматор коррекции 44 поступает с выхода первого блока сравнения 21. На первый вход первого блока сравнения 21 через нормирующий усилитель 22 подается сигнал с датчика давления 23 в магистрали низкого давления, который сравнивается с требуемой величиной давления, устанавливаемой задатчиком величины давления 27 в магистрали низкого давления.To reduce the magnitude of minor fluctuations in gas pressure in the low-pressure line, a second regulating body 7 is used with an appropriate actuator 8, the correction signal to which through the regulating amplifier 28 and the correction adder 44 is supplied from the output of the first comparison unit 21. To the first input of the first comparison unit 21 through the normalizing the amplifier 22 is supplied with a signal from a pressure sensor 23 in the low-pressure line, which is compared with the required pressure value set by the pressure value setter 27 in the master whether low pressure.

При резких значительных изменений величин нагрузки внешней электросети, например при аварийном отключении внешней электрической нагрузки, срабатывании защиты или при включении крупных потребителей, резко изменяется режим работы турбодетандера 13 и электрического генератора 14, что приводит к значительным колебаниям давления газа в магистрали низкого давления. Для уменьшения этих явлений на четвертом 40 блоке сравнения производится сравнение величин прогнозируемого расхода газа для данного временного диапазона и реального расхода газа.When there are sharp significant changes in the load values of the external power supply, for example, when the external electrical load is switched off accidentally, protection is triggered or when large consumers are turned on, the operation mode of the turbo-expander 13 and electric generator 14 changes dramatically, which leads to significant fluctuations in gas pressure in the low-pressure line. To reduce these phenomena, the fourth comparison block 40 compares the values of the predicted gas flow for a given time range and the actual gas flow.

При этом величина прогнозируемого расхода газа для данного временного диапазона формируется посредством первого корректора 34, на один вход которого подается сигнал с блока выдачи средних почасовых значений 33, реализующего прогнозируемые значения расхода газа во времени, на другой вход - с датчика давления газа 39 для коррекции расхода газа по давлению в магистрали.In this case, the predicted gas flow rate for a given time range is formed by the first corrector 34, to one input of which a signal is supplied from the unit for issuing average hourly values 33, which implements the predicted values of gas flow rate in time, and to the other input, from the gas pressure sensor 39 for correcting the flow rate gas pressure in the highway.

Величина реального расхода газа для текущего времени определяется посредством суммирования на сумматоре расхода 41 значений, одно из которых поступает с датчика нагрузки внешней электрической сети 18 через масштабирующий усилитель 35, пересчитывающий нагрузку в расход газа, и второй 36 корректор для коррекции расхода газа по давлению в магистрали, другое значение поступает с блока измерения 37 расхода газа второго регулирующего органа 7 на третий 39 корректор для коррекции расхода газа по давлению в магистрали.The value of the real gas flow rate for the current time is determined by summing 41 values on the flow adder, one of which comes from the load sensor of the external electric network 18 through a scaling amplifier 35 that recalculates the load into the gas flow rate, and the second 36 corrector for correcting the gas flow rate by pressure in the main , another value comes from the gas flow measuring unit 37 of the second regulatory body 7 to the third 39 corrector for correcting the gas flow by pressure in the line.

В результате на четвертом 40 блоке сравнения формируется сигнал, величина которого зависит от резких значительных изменений величин нагрузки внешней электросети, например при аварийном отключении внешней электрической нагрузки, срабатывании защиты или при включении крупных потребителей.As a result, a signal is generated at the fourth comparison block 40, the magnitude of which depends on sharp significant changes in the load values of the external power supply, for example, during an emergency shutdown of an external electric load, when the protection is activated, or when large consumers are turned on.

Если этот сигнал превышает установленный задатчиком уровень верхнего 47 допустимого отклонения, то срабатывает компаратор уровня верхнего 42 допустимого отклонения, что приводит к формированию сигнала на первом генераторе 43 корректирующих импульсов, который, проходя через сумматор коррекции 44, ускоряет работу регулирующего усилителя 28 второго регулирующего органа 7 посредством привода второго регулирующего органа 8. В результате происходит повышение быстродействия при отработке резких изменений величин нагрузки внешней электросети.If this signal exceeds the level of the upper tolerance 47 set by the master, then the comparator of the level of the upper tolerance 42 is triggered, which leads to the formation of a signal on the first correction pulse generator 43, which, passing through the correction adder 44, accelerates the operation of the control amplifier 28 of the second regulatory body 7 through the drive of the second regulatory body 8. As a result, there is an increase in speed when practicing sharp changes in the load values of the external power supply.

Если сигнал на четвертом 40 блоке сравнения значительно ниже установленного задатчиком уровня нижнего 48 допустимого отклонения, то срабатывает компаратор уровня нижнего 45 допустимого отклонения, что приводит к формированию сигнала на втором генераторе 46 корректирующих импульсов, который проходя через сумматор коррекции 44 ускоряет работу регулирующего усилителя 28 второго регулирующего органа 7 посредством перемещения привода второго регулирующего органа 8 в противоположную сторону.If the signal at the fourth comparison block 40 is significantly lower than the level of the lower 48 permissible deviation set by the master, then the comparator of the level of the lower 45 permissible deviation is triggered, which leads to the formation of a signal at the second correction pulse generator 46, which, passing through the correction adder 44, accelerates the operation of the control amplifier 28 of the second regulatory body 7 by moving the drive of the second regulatory body 8 in the opposite direction.

В результате происходит повышение быстродействия при отработке резких значительных изменений величин нагрузки внешней электросети, например при аварийном отключении внешней электрической нагрузки, срабатывании защиты или при включении крупных потребителей.As a result, there is an increase in speed during the development of sharp significant changes in the load values of the external power supply, for example, during an emergency shutdown of the external electric load, when the protection is activated, or when large consumers are turned on.

При необходимости вывода турбодетандера 13 из работы на стопорный клапан 3 подается соответствующая команда, и стопорный клапан 3 переключает поток газа, закрывая подачу газа на первый 4 и второй 7 регулирующие органы и открывая подачу газа на байпасный клапан 10.If it is necessary to bring the turboexpander 13 out of operation, the corresponding command is sent to the stop valve 3, and the stop valve 3 switches the gas flow, shutting off the gas supply to the first 4 and second 7 control bodies and opening the gas supply to the bypass valve 10.

Для сокращения времени переключения стопорного клапана 3 и снижения колебаний давления газа текущее положение байпасного клапана 10 соответствует сумме положений первого 4 и второго 7 регулирующих органов. Это обеспечивается вторым блоком сравнения 24, на первый вход которого через сумматор 25 подается сигнал с датчика положения 6 первого регулирующего органа 4 и датчика положения 9 второго регулирующего органа 7, а на второй вход - с датчика положения 12 байпасного клапана 10. В результате на выходе второго блока сравнения 24 формируется сигнал коррекции, который при штатной работе через переключатель режимов работы 19 и регулирующий усилитель 26 подается на привод байпасного клапана 11, постоянно поддерживая его величину открытия равной сумме величин открытия первого 4 и второго 7 регулирующих органов.To reduce the switching time of the stop valve 3 and reduce gas pressure fluctuations, the current position of the bypass valve 10 corresponds to the sum of the positions of the first 4 and second 7 regulatory bodies. This is ensured by the second comparison unit 24, to the first input of which, through the adder 25, a signal is supplied from the position sensor 6 of the first regulatory body 4 and the position sensor 9 of the second regulatory body 7, and to the second input from the position sensor 12 of the bypass valve 10. As a result, the output of the second comparison unit 24, a correction signal is generated, which during normal operation through the mode switch 19 and the control amplifier 26 is supplied to the bypass valve actuator 11, constantly maintaining its opening value equal to the sum the opening order of the first 4 and second 7 regulatory bodies.

В процессе вывода турбодетандера 13 из работы датчик положения 20 стопорного клапана переключит переключатель режимов работы 19, соединив выход первого блока сравнения 21 с входом регулирующего усилителя 26 и привода 11 байпасного клапана 10. В результате байпасный клапан 10 будет поддерживать заданную величину в магистрали низкого давления.In the process of putting the turbo expander 13 out of operation, the stop valve position sensor 20 will switch the operation mode switch 19 by connecting the output of the first comparison unit 21 with the input of the control amplifier 26 and the bypass valve actuator 11. As a result, the bypass valve 10 will maintain a predetermined value in the low pressure line.

Такое техническое решение обеспечивает адаптацию при аварийных отключениях электрической нагрузки во внешней сети и при включении крупных потребителей посредством коррекции величины потока газа в зависимости от резких изменений нагрузки в электрической сети, что повышает точность поддержания давления газа в магистрали низкого давления и надежность работы турбодетандера.This technical solution provides adaptation during emergency outages of the electric load in the external network and when large consumers are turned on by correcting the gas flow depending on sudden changes in the load in the electric network, which increases the accuracy of maintaining the gas pressure in the low-pressure line and the reliability of the turbine expander.

Claims (1)

Устройство регулирования турбодетандера с адаптацией к внешней нагрузке, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления, содержащее стопорный клапан, выполненный в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, первый регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с турбодетандером, байпасный клапан с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, второй регулирующий орган с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, переключатель режимов работы, управляемый через датчик положения стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном, первый вход переключателя режимов работы через первый блок сравнения и нормирующий усилитель соединен с датчиком давления в магистрали низкого давления, а второй вход переключателя режимов работы соединен с выходом второго блока сравнения, сумматор, первый вход которого соединен с датчиком положения первого регулирующего органа, а второй с датчиком положения второго регулирующего органа, выход сумматора соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком положения байпасного клапана, выход переключателя режимов работы через регулирующий усилитель байпасного клапана соединен с приводом байпасного клапана, второй вход первого блока сравнения соединен с задатчиком величины давления в магистрали низкого давления, выход регулирующего усилителя второго регулирующего органа соединен с приводом второго регулирующего органа, датчик нагрузки внешней электрической сети через частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель соединен с электрическим генератором на валу турбодетандера, выход датчика нагрузки внешней электрической сети через нормирующий усилитель соединен с первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком работы турбодетандера в номинальном режиме, выход третьего блока сравнения через регулирующий усилитель первого регулирующего органа соединен с приводом первого регулирующего органа, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены блок выдачи средних почасовых значений расхода газа, датчик давления газа в магистрали высокого давления, первый, второй и третий корректоры, четвертый блок сравнения, задатчики уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений, компараторы уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений, первый и второй генераторы корректирующих импульсов, масштабирующий усилитель, блок измерения расхода газа второго регулирующего органа, сумматор расхода и сумматор коррекции, причем выход блока выдачи средних почасовых значений расхода газа соединен с первым входом первого корректора, выход датчика нагрузки внешней электрической сети через масштабирующий усилитель соединен с первым входом второго корректора, выход блока измерения расхода газа второго регулирующего органа соединен с первым входом третьего корректора, вторые входы первого, второго и третьего корректоров соединены с выходом датчика давления газа в магистрали высокого давления, выход первого корректора соединен с первым входом четвертого блока сравнения, второй вход которого через сумматор расхода соединен с выходами второго и третьего корректоров, выход четвертого блока сравнения через первый вход компаратора уровня верхнего допустимого отклонения и первый генератор корректирующих импульсов соединен со вторым входом сумматора коррекции, а через первый вход компаратора уровня нижнего допустимого отклонения и второй генератор корректирующих импульсов соединен с третьим входом сумматора коррекции, первый вход сумматора коррекции соединен с выходом первого блока сравнения, выход сумматора коррекции соединен с входом регулирующего усилителя второго регулирующего органа, вторые входы компараторов уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений соединены с выходами задатчиков уровней верхнего и нижнего допустимых отклонений соответственно.A turboexpander control device adapted to external load installed on a gas distribution station between high and low pressure lines, comprising a check valve made in the form of mechanically connected to each other and passing gas into separate outlet lines of two valves so that when one valve is open, the other is closed, the first regulating body with an actuator and a position sensor installed on a branch line connecting the check valve to the turbo-expander, a bypass valve with an actuator, and yes a position sensor installed on a discharge line connecting the stop valve to the low pressure line, a second regulating body with an actuator and a position sensor installed on a drain line connecting the stop valve to the low pressure line, an operating mode switch controlled via a position valve of the stop valve connected with a stop valve, the first input of the mode switch through the first comparison unit and the normalizing amplifier is connected to a pressure sensor in the low pressure line, the second input of the operating mode switch is connected to the output of the second comparison unit, the adder, the first input of which is connected to the position sensor of the first regulatory body, and the second to the position sensor of the second regulatory body, the output of the adder is connected to the first input of the second comparison unit, the second input of which is connected to the sensor the position of the bypass valve, the output of the mode switch through the control amplifier of the bypass valve is connected to the bypass valve actuator, the second input of the first comparison unit is connected inen with a set point for pressure in the low-pressure line, the output of the regulatory amplifier of the second regulatory body is connected to the drive of the second regulatory body, the load sensor of the external electrical network via a frequency converter, the filter and the rectifier are connected to the electric generator on the shaft of the turbo expander, the output of the load sensor of the external electrical network is a normalizing amplifier is connected to the first input of the third comparison unit, the second input of which is connected to the turbine expander In the normal mode, the output of the third comparison unit through the control amplifier of the first regulatory body is connected to the drive of the first regulatory body, characterized in that the device additionally includes an output unit of average hourly values of the gas flow rate, a gas pressure sensor in the high-pressure line, first, second and third correctors , the fourth block of comparison, adjusters of the levels of upper and lower permissible deviations, comparators of the levels of upper and lower permissible deviations, the first and second generators pulses, a scaling amplifier, a gas flow measuring unit of the second regulatory body, a flow adder and a correction adder, the output of the average hourly gas flow output unit being connected to the first input of the first corrector, the output of the load sensor of the external electric network through the scaling amplifier connected to the first input of the second corrector, the output of the gas flow measuring unit of the second regulatory body is connected to the first input of the third corrector, the second inputs of the first, second and third corrector s are connected to the output of the gas pressure sensor in the high-pressure line, the output of the first corrector is connected to the first input of the fourth comparison unit, the second input of which through the flow adder is connected to the outputs of the second and third correctors, the output of the fourth comparison unit through the first input of the upper tolerance level comparator and the first generator of correction pulses is connected to the second input of the correction adder, and through the first input of the comparator level of the lower permissible deviation and the second generator the projecting pulses are connected to the third input of the correction adder, the first input of the correction adder is connected to the output of the first comparison unit, the output of the correction adder is connected to the input of the regulating amplifier of the second regulatory body, the second inputs of the upper and lower tolerance level comparators are connected to the outputs of the upper and lower allowable level adjusters deviations respectively.

Images