ПРЕСС-ЦЕНТР

Моделирование показателей энергоэффективности газоперекачивающих агрегатов на основе данных от информационно-управляющей системы

Автоматизация в промышленности 12/2006

Экономика должна быть экономной - это неоспоримое желание всех, кто сталкивается с проблемами рационального использования ресурсов, и в первую очередь - энергоресурсов. Не стоит в стороне от этих вопросов и любое газотранспортное предприятие (ГТП). Энергоресурсы нужны для транспортировки газа. В структуре ГТП работает отдел, специально занимающийся вопросами экономного использования энергоресурсов, потребляемых для нужд транспорта газа.

Всякий раз при формировании отчета энергопотребления сотрудники решают задачу сбора, обработки, оценки достоверности исходной информации.

Собственно достоверность информации не вызывает сомнения. Другое дело, что требования к достоверности информации формулируются в соответствии с технической и методической базой их получения.

Традиционная методическая база весьма разнородна. Это положение исторически сложилось за время существования ГТП. Система оценки характеристик нагнетателей ведется на основании справочников, графиков на бумажных носителях и заводских характеристик.

Получается, что в разных подразделениях измерения трактуются и обрабатываются по-разному. После такой процедуры сведения передаются в центр, для их обобщения и проверки. В центре процесс расчета показателей энергоэффективности повторяется. Как правило, после настройки и согласований результаты расчетов совпадают.

В условиях децентрализованного сбора и обработки исходной информации изложенный выше подход работает и удовлетворяет требованиям практики.

Однако наступили новые времена. В ООО "Тюментрансгаз" внедрена информационно-управляющая система (ИУС). Появилась возможность централизованного получения параметров от первоисточников - с газоперекачивающих агрегатов (ГПА), их нагнетателей. Предстоит решить новый комплекс задач, связанных с обобщением методик расчета показателей энергопотребления, получить достоверные сведения о характеристиках нагнетателей. Учитывая огромный парк нагнетателей и разнообразие истории поставок, ремонтов, эксплуатации, задача получения истинных характеристик нагнетателей не кажется тривиальной.

Достоверность информации энергопотребления требует решения трех основных задач

  1. Унификация оценок действующих характеристик работы нагнетателей.
  2. Разработка механизма выбора рабочих точек нагнетателей.
  3. Реализация единой методики (программы) расчета потребления энергоресурсов как на местах, так и в центре.

Основным фактором, позволяющим перейти к решению обозначенных задач, является внедрение ИУС. Именно в ИУС все параметры или абсолютное их большинство собираются, обрабатываются и хранятся в специализированных базах данных. Этот факт позволяет приступить к расчетам, независимо от места (ЛПУ, ЦДС). Централизованная обработка информации позволяет провести и соответствующую унификацию методов расчета режимов работы ГПА и, как следствие, осуществить контроль рационального потребления энергоресурсов.

Предложенную гипотезу можно обозначить тезисом: "От децентрализованной разноплановой подготовки и расчета данных энергоэффективности - к централизованному сбору, обработке и расчету".

Добавим к основному тезису небольшое уточнение: "Моделирование ситуаций устойчивой работы ГПА и, как следствие, оптимального энергопотребления".

Из такого расширенного определения нашей гипотезы следует, что основой решения всякой задачи будет информация из баз данных. Опираясь на эту информацию, предпринимается попытка провести расчеты энергоэффективности. Однако данные неполны. Для полноценных расчетов мало иметь текущие параметры нагнетателей. Это только замеры, поступающие с соответствующих датчиков. Необходимо знать характеристики нагнетателей. А эти сведения добыть не так уж просто (завод, НИИ, справочники, испытания, практика эксплуатации). Нагнетатели поставлялись в разное время и эксплуатировались в различных режимах. Очевидно, рабочие характеристики нагнетателей сильно отличаются от заявленных в заводских декларациях.

Всем понятно, что корректные расчеты можно провести при наличии информации о рабочих характеристиках нагнетателей ГПА. Следовательно, наличие такого рода справочной информации в системе ИУС также является необходимым условием решения задачи оптимизации энергопотребления и вместе с тем определения оптимальных рабочих режимов самих ГПА.

Здесь кроется еще одна проблема, требующая своего решения. Это задача получения достоверной справочной информации о текущих характеристиках нагнетателей. В случае верного построения справочной системы становится возможным правильно выбрать режим работы ГПА, а следовательно, достичь оптимального расходования энергоносителей. Решение задачи не является тривиальным в силу отсутствия такого рода справочников. Существующие справочники не совсем корректны и вот почему. В силу многообразия более 1200 ГПА, поставляемых на протяжении десятилетий, параметры оборудования разнятся по своей сути. Заводские характеристики, поступающие с новыми ГПА, не вполне соответствуют истинным уже при поставке, а по истечении 10 лет вообще мало что могут сказать об истинном состоянии агрегатов. Есть другие подходы - испытательные таблицы ВНИИГАЗ для различных типов нагнетателей, которые выпускались в виде справочников на бумажных носителях. Мало того что характеристики самого конкретного агрегата отличаются от абстрактно испытанного типа, который и помещен в графики и таблицы, но даже сами графики, нанесенные на бумагу, допускают массу неточностей при поиске рабочей точки агрегата. Дело в том, что искажение происходит уже на этапе тиражирования, переноса на бумагу, и далее добавляются погрешности, допущенные работающим с этими графиками человеком.

Следовательно, требуется установить истинные характеристики нагнетателей. А это обширная исследовательская работа. И только потом можно будет определить режимы оптимального энергопотребления. Далее появится возможность управлять режимами ГПА, чтобы обеспечить максимальную экономию энергопотребления.

Таким образом, в решении задачи следует использовать:

  1. Имеющиеся теоретические наработки ВНИИГАЗ о характеристиках нагнетателей (справочники о характеристиках типовых нагнетателей).
  2. Методики расчета энергоэффективности (обобщить практику на местах).
  3. Данные реального времени о состоянии ГПА.
  4. Моделирование оптимальных режимов энергопотребления.

Необходимо уточнить идеальные расчетные характеристики, найти истинные величины, позволяющие однозначно оценивать расчетные характеристики энергопотребления.

Традиционно такая задача решалась путем специального тестирования ГПА. Для этого на объект поставлялся специализированный испытательный комплекс. Специалисты выводили агрегат из газотранспортной системы и подвергали его комплексным испытаниям, которые позволяли определить достоверные характеристики нагнетателей.

Учитывая территориальную удаленность и количество ГПА, решить такого рода задачу за обозримое время и имея ограниченные финансовые средства не представляется возможным. Предлагается решить задачу другим способом - использовать инструментальный комплекс (ИК) оценки достоверных характеристик нагнетателей ГТП (ИК "Нагнетатель").

Инструментальный комплекс "Нагнетатель"

Исходя из поставленной задачи и условий ее решения, разработан инструментальный комплекс, состоящий из подсистемы сбора информации о рабочих характеристиках ГПА и нагнетателей на ЛПУ. Вся информация собирается и контролируется с автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера. После предварительной обработки данные передаются в базу данных ИУС. Кроме того, в режиме сводок передаются сведения о результатах энергопотребления с ЛПУ в ЦДС. Аналитическая группа в ЦДС производит самостоятельные расчеты энергоэффективности. Используется при этом специальная программа. Остается подобрать рабочие характеристики нагнетателя - рабочие точки. Результаты фиксируются в специальном справочнике подсистемы. Далее, опираясь на информацию от ИУС и актуальные сведения специального справочника, в рабочем режиме производится расчет энергопотребления на ЛПУ.

Методика оценки рабочих характеристик нагнетателей

Компания "РТСофт" по материалам ВНИИГАЗ и указаниям ведущих специалистов ООО "Тюментрансгаз" разработала программу, позволяющую рассчитывать рабочие режимы центробежных нагнетателей природного газа. Прототипом программы послужила ранее созданная система аналогичного назначения. Общее название - Программный комплекс "АГАТ-OnLine", совместная разработка ФГУП РФЦ-ВНИИИТ имени академика Е. И. Забабахина и ООО "Севергазпром". Программный комплекс (ПК) "АГАТ" предназначен для проведения расчетов рабочих режимов центробежных нагнетателей в компрессорном цехе при различных схемах подключения.

В отличии от ПК "АГАТ", в ИК "Нагнетатель" для исследования используется зависимость объемной производительности от степени сжатия (рис. 1). Такой подход привлекает тем, что график - газодинамические характеристики - при изменении исходных данных сдвигается только по оси Y (ось степени сжатия). Это позволяет зафиксировать одну величину. Как следствие, упрощается процедура нахождения сбалансированности показателей и открывается возможность подбора характеристик нагнетателей.

Методика обнаружения зоны устойчивого функционирования

В штатном режиме функционирования рабочая точка агрегата находится в зоне оптимального функционирования и, соответственно, оптимального потребления энергоресурсов. Нарушается условие оптимального расхода энергоресурсов в случае приближения рабочей точки агрегата к зоне помпажа (выход за оптимальную зону функционирования). Оптимальность определяется сбалансированностью параметров нагнетателей. В случае разбалансировки требуется фиксировать состояние технологических параметров, выяснять, какой из параметров или группа параметров вызвали разбалансировку. Установив требуемое равновесие, путем подбора величин параметров удается зафиксировать оптимальные параметры нагнетателей, а следовательно, условий оптимального энергопотребления.

Основное потребительское качество такого инструмента - возможность моделирования поведения ЦБН, расчета его характеристик в зависимости от исходных параметров.

Таким образом, в условиях функционирования ИУС появляется множество возможностей оптимизации обработки информации о состоянии технологического оборудования, в том числе по-новому, более профессионально можно решать задачи экономного использования энергоресурсов, потребляемых для нужд транспорта газа.