Введение к работе
'
Задача надежного и бесперебойного газоснабжения потребителей России, ближнего и дальнего зарубежья является приоритетной для газотранспортных предприятий. Надежность линейной части магистрального газопровода (МГ) во многом зависит от режима его эксплуатации и условий, способствующих появлению и развитию стресс-коррозии и температурных деформаций. В снижение затрат на транспорт газа существенную составляющую вносит внедрение энергосберегающих решений в процесс охлаждения компримированного газа, обеспечивающих повышение сэока эксплуатации МГ и экономию топливно-энергетических ресурсов. Охлаждение газа производится в установках охлаждения газа (УОГ), состоящих из определенного количества аппаратов воздушного охлаждения (АВО) с электроприводными вентиляторами.
Применяемый в настоящее время дискретный способ регулирования температуры газа обладает рядом недостатков, вызывающих отклонение температурного режима газа от нормируемого, повышенный расход энергетических ресурсов. Он сопряжен с производством трудоемких и травмоопасных работ по сезонной регулировке параметров рабочего колеса вентиляторов. Кроме того, типовые схемы электротехнических комплексов (ЭТК) исключают возможность интеграции УОГ в автоматизированные системы управления технологическим процессом компримирования и транспорта газа. Устранение указанных недостатков возможно только путем совершенствования ЭТК УОГ, процесс которого ранее шел в натравлений улучшения характеристик пускорегулирующей аппаратуры и устройств компенсации реактивной мощности в пусковых и эксплуатационных режимах.
Процессу совершенствования ЭТК УОГ препятствовало отсутствие научно обоснованных подходов к описанию процессов, протекающих в УОГ, и разработанных рекомендаций по применению частотно-регулируемого привода в системах стабилизации температуры в условиях действующей компрессорной станции (КС). Это не позволяет внедрять данные системы по типовым проектным решениям по аналогии с другими технологическими установками вентиляторного либо насосного типа.
Необходимо учитывать, что УОГ эксплуатируются в составе технологического комплекса компрессорного цеха (КЦ) и линейной части МГ, что накладывает особые требования к ЭТК УОГ в части надежности, ремонтопригодности и обеспечения условий электромагнитной совместимости (ЭМС) с остальными потребителями ЭТК КС. На предприятиях транспорта газа эксплуатируются свыше шести тысяч АВО газа различных типов и производителей. В этой связи совершенствование ЭТК УОГ компрессорных станций является актуальной задачей.
Наибольшее распространение получили УОГ, которые построены на базе АВО газа типа 2АВГ-75. Каждый из аппаратов оснащен двумя вентиляторами с диаметром рабочего колеса 5 м, которые приводятся в движение электродвигателями типа ВАСО мощностью 37 кВт. Общее количество электродвигателей УОГ составляет от 20 до 48 единиц. ЭТК именно таких УОГ являются объектом исследования. Особенности применения и влияние частотно-регулируемого, электропривода вентиляторов на процесс охлаждения компримированного газа и на источник электроснабжения являются предметом исследования диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является улучшение энергетических и эксплуатационных характеристик установок, осуществляющих охлаждение газа на компрессорных станциях магистрального газопровода, за счет совершенствования ЭТК.
Основные задачи исследования:
1. На основе анализа факторов, влияющих на энергетические и экс
плуатационные характеристики УОГ, определить направления совершен
ствования ЭТК УОГ, обосновать целесообразность применения частотно-
регулируемого электропривода вентиляторов АВО при создании систем
стабилизации температуры компримированного газа.
2. Получить зависимости, характеризующие влияние технологиче
ских параметров, климатических условий и частоты управления электро
двигателями вентиляторов на температуру охлаждаемого газа, с целью по
лучения данных, необходимых для разработки и проектирования системы
стабилизации температуры компримированного газа.
3. Определить эксплуатационные и стоимостные факторы, влияющие
на выбор схемы управления электродвигателями вентиляторов АВО газа,
обосновать типоразмер и количество преобразователей частоты (ПЧ), не
обходимых для реализации этой схемы.
4. Разработать модель влияния многодвигательного частотно-
регулируемого привода вентиляторов на источники электроснабжения и на
ее основе определить условия, при которых обеспечивается электромаг
нитная совместимость ЭТК УОГ с источниками основного и резервного
электроснабжения.
5. Провести экспериментальные исследования опытно-экспериментального образца ЭТК с целью подтверждения адекватности разработанной математической модели для выбора параметров оборудования, уточнения характеристик УОГ с частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов как объекта управления, получения достоверных данных о величине экономии электрической энергии за счет совершенствования ЭТК.
б. Произвести оценку технико-экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода вентиляторов АБО в системах стабилизации температуры компримированного газа.
Методы исследования. Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники и электрических машин, методы современного компьютерного моделирования. Для проведения экспериментальных исследований использовались приборы для визуального контроля и записи электрических величин.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректным применением положений теоретических основ электротехники, электрических машин и электропривода, апробированных метэдов компьютерного моделирования, а также использованием аттестованных средств измерения при проведении экспериментальных исследований в ЭТК действующих объектов.
На защиту выносятся:
-
Обоснование применения частотно-регулируемого электропривода вентиляторов АВО газа как основного направления совершенствования ЭТК УОГ, эксплуатируемых в условиях широкого изменения технологических параметров и климатических условий.
-
Схема построения ЭТК системы стабилизации температуры ком-примированного газа, обеспечивающая энергоэффективное управление процессом охлаждения при минимальных капитальных затратах на ее реализацию.
-
Результаты расчета регулировочных характеристик УОГ, характеризующих влияние частоты управления электродвигателями вентиляторов на процесс охлаждения газа при различных значениях возмущающих воздействий.
-
Рекомендации по выбору параметров сетевых дросселей, устанавливаемых в цепь питания ПЧ для обеспечения электромагнитной совместимости ЭТК УОГ с источниками электроснабжения.
5. Полученные экспериментальным путем характеристики, отра
жающие эффективность применения частотно-регулируемого электропри
вода вентиляторов при охлаждении компримированного газа и подтвер
ждающие достоверность разработанной модели влияния ЭТК УОГ на ис
точники электроснабжения.
Научная новизна работы.
1. Выявлены факторы, влияющие на процесс охлаждения ra;ia, и предложен способ формирования управляющего воздействия в системе стабилизации его температуры.
2. Получены зависимости, характеризующие изменение температуры
газа на выходе УОГ при изменении частоты напряжения на статорных об
мотках электродвигателей вентиляторов в рабочем диапазоне изменения
возмущающих воздействий.
3. Обоснован выбор схемы построения частотно-регулируемого
электропривода вентиляторов в системе стабилизации температуры ком-
примированного газа.
4. Впервые экспериментальным путем подтверждена эффективность
применения частотно-регулируемого электропривода вентиляторов в сис
темах стабилизации температуры компримированного газа.
Практическая ценность.
-
Показана возможность и обоснована целесообразность применения частотно-регулируемого привода в системах стабилизации температуры газа действующих КС магистрального газопровода.
-
Экспериментально определена величина экономии электрической энергии, расходуемой на охлаждение газа в эксплуатационных условиях компрессорного цеха.
-
Предложены рекомендации, применение которых при разработке и внедрении ЭТК УОГ существующих и проектируемых компрессорных цехов магистрального транспорта газа позволяет обеспечить эффективную и безопасную эксплуатацию электрооборудования.
-
Созданы предпосылки для разработки автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) охлаждения газа в составе АСУ ТП КС.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы предприятием ООО «Тюментрансгаз» при обосновании целесообразности применения частотно-регулируемого электропривода в системах охлаждения газа и разработке технического задания на создание опытно-промышленного образца такой системы. ЗАО «Газмашпроект» разработало, спроектировало и внедрило на КЦ №7 и №10 КС №20 Комсомольского ЛПУ МГ ООО «Тюментрансгаз» автоматизированную систему стабилизации температуры газа. При выборе варианта силовой части, расчете параметров ее элементов и разработке методики комплексных испытаний были использованы положения и рекомендации, содержащиеся в диссертации. Кроме того, результаты данной работы используются в Саратовском государственном техническом университете при изучении спецкурса по электроэнергетике, а также при выполнении дипломных проектов по специальности «Электроснабжение».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международных научно-технических конференциях «Электроприводы переменного тока» (Екатеринбург, 2005), «Эффективность и надежность
электроснабжения промышленных предприятий» (Мариуполь, Украина, 2005), «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2006), Всероссийской конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2005), отраслевом техническом совещании.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, из них 2 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 179 страниц, в том числе 173 страницы основного текста и 6 страниц приложений. Основной текст содержит 61 иллюстрацию и 16 таблиц. Список использованной литературы включает 137 наименований.
