CN202531406U

CN202531406U - 燃气型天然气压缩机燃气自适应控制系统

Info

Publication number: CN202531406U
Application number: CN2011205419066U
Authority: CN
Inventors: 韩永强; 高朋; 柳旭; 许允; 田径; 解方喜; 姜北平
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2021-12-22

Abstract

本实用新型提供一种燃气型天然气压缩机燃气自适应控制系统，控制单元(26)分别与电控比例阀I(5)、电控比例阀II(14)、起动机I(9)、起动机II(18)、动力燃气质量流量计I(6)、动力燃气质量流量计II(15)、动力燃气压力传感器I(7)、动力燃气压力传感器II(16)、温压传感器I(20)、温压传感器II(24)、压缩燃气质量流量计I(21)和压缩燃气质量流量计II(23)连接；电控比例阀I(5)与动力燃气供给管I(4)连接，电控比例阀II(14)与动力燃气供给管II(13)连接；温压传感器I(20)和压缩燃气质量流量计I(21)置于压缩机低压进气管(19)上；温压传感器II(24)和压缩燃气质量流量计II(23)置于压缩机高压出气管(22)上；动力燃气质量流量计I(6)和动力燃气压力传感器I(7)置于动力燃气供给管I(4)上；动力燃气质量流量计II(15)和动力燃气压力传感器II(16)置于动力燃气供给管II(13)上。本实用新型具有系统简单、可移植性强和成本较低的优点。

Description

燃气型天然气压缩机燃气自适应控制系统

技术领域

本实用新型属于燃气型天然气压缩机节能降耗领域，具体涉及控制单元根据压缩机的高效负荷范围、压气站出口压力及流量需求来选择不同的压缩机工作组合并实现对各压缩机动力燃气量的自动调节，以在满足压气站出口高压天然气负荷要求基础上，尽可能减少动力燃气消耗量。利用本实用新型提供的技术方案不仅能为压气站节省大量的天然气资源，还能减少温室气体的排放。

背景技术

为实现我国在哥本哈根气候大会上确立的到2020年单位GDP碳排放比2005年减少40％-45％的目标，节能减排已成为各行各业普遍关注的问题。我国部分天然气压气站目前配备的燃气型压缩机组，需通过人工调节动力燃气量，从而控制压缩机转速以满足压气站出口压力及流量需求，此种调节方式精度有限，而且无法实现实时调节以保证正在运行的压缩机组始终处于相应的高效负荷范围。如果全面更换现有燃气型天然气压缩机组，周期太长且代价昂贵，因此最经济有效的方式就是对原有压缩机进行节能技术改造，以降低压缩机动力燃气量消耗并提高压气站的自动化运营程度。

发明内容

本实用新型为克服现有技术中的不足，提供了一种燃气自适应控制系统，以取代原有用人工选择压气机组的启停及人工调节节气门开度来调节压缩机转速的方法。

本实用新型燃气型天然气压缩机燃气自适应控制系统由控制单元、燃气型天然气压缩机组、温压传感器、质量流量计和电控比例阀组成，其中控制单元26分别与电控比例阀I 5、电控比例阀II 14、起动机I 9、起动机II 18、动力燃气质量流量计I 6、动力燃气质量流量计II 15、动力燃气压力传感器I 7、动力燃气压力传感器II 16、温压传感器I 20、温压传感器II24、压缩燃气质量流量计I 21和压缩燃气质量流量计II 23连接。

所述燃气型天然气压缩机组由燃气型压缩机体I 1、压缩机高压出气缓冲罐I 2、压缩机低压进气缓冲罐I 3、动力燃气供给管I 4、飞轮I 8、起动机I 9、燃气型压缩机体II 10、压缩机高压出气缓冲罐II 11、压缩机低压进气缓冲罐II 12、动力燃气供给管II 13、飞轮II 17、起动机II 18、压缩机低压进气管19、压缩机高压出气管22和压缩机排气管25组成。燃气型压缩机体I 1分别与压缩机高压出气缓冲罐I 2、压缩机低压进气缓冲罐I 3、动力燃气供给管I 4和压缩机排气管25连接；燃气型压缩机体II 10分别与压缩机高压出气缓冲罐II 11、压缩机低压进气缓冲罐II 12、动力燃气供给管II 13和压缩机排气管25连接；压缩机低压进气管19分别与压缩机低压进气缓冲罐I 3和压缩机低压进气缓冲罐II 12连接；高压出气管22 分别与压缩机高压出气缓冲罐I 2和压缩机高压出气缓冲罐II 11连接。

所述温压传感器及质量流量计包括动力燃气质量流量计I 6、动力燃气质量流量计II 15、动力燃气压力传感器I 7、动力燃气压力传感器II 16、温压传感器I 20、温压传感器II 24、压缩燃气质量流量计I 21和压缩燃气质量流量计II 23。温压传感器I 20和压缩燃气质量流量计I 21置于压缩机低压进气管19上；温压传感器II 24和压缩燃气质量流量计II 23置于压缩机高压出气管22上；动力燃气质量流量计I 6和动力燃气压力传感器I 7置于动力燃气供给管I 4上；动力燃气质量流量计II 15和动力燃气压力传感器II 16置于动力燃气供给管II 13上。上述温压传感器及质量流量计全部与控制单元26连接。

所述电控比例阀I 5与动力燃气供给管I 4连接，电控比例阀II 14与动力燃气供给管II13连接，其功能是实现对燃气型压缩机动力用燃气量的精确控制，以代替现有技术中人工调节节气门开度来调节压缩机转速的方法。

所述控制单元26由单片机、驱动电路板I、驱动电路板II和继电器构成。动力燃气质量流量计I 6、动力燃气质量流量计II 15、温压传感器I 20、压缩燃气质量流量计I 21和温压传感器II 24与控制单元26中单片机的A/D转换通道I相连接；动力燃气压力传感器I 7、动力燃气压力传感器II 16和压缩燃气质量流量计1123与控制单元26中单片机的A/D转换通道II相连接；起动机I 9、起动机II 18通过继电器、驱动电路板I与控制单元中单片机的I/O口模块相连接；电控比例阀I 5、电控比例阀II 14通过驱动电路板II与控制单元中单片机的PWM通道相连接，单片机通过控制PWM波形占空比来实现动力燃气的定量调节。控制单元26需要建立如下控制MAP模型：压缩机自启动_停机MAP模型和燃气量自适应控制MAP。所述的压缩机自启动_停机MAP模型拟实现的功能是依据压气站出口高压天然气负荷要求和测定的各个压缩机组合最佳效率区，由控制单元26选择该压缩机组合的启停；所述的燃气量自适应控制MAP拟实现的功能是依据压气站出口高压天然气负荷要求、压缩机自启动_停机MAP模型、动力燃气压力和电控比例阀I 5、电控比例阀II 14的流量特性，由控制单元26分别控制电控比例阀I 5、电控比例阀II 14的开度以调节各压缩机动力燃气量。

由于采用了上述改进措施，本实用新型具有如下的有益效果：采用占空比控制式比例阀调节动力燃气量，控制精度高，响应速度快，且通过与上述温压传感器II 24配合使用可以实现动力燃气量的实时闭环调节，以保证压气站出口高压天然气压力稳定；根据压缩机自启动_停机MAP模型，由控制单元26选择相应压缩机的启停，从而获得最佳的压缩机组合；以上两种技术结合使用，不仅能为气矿节省大量的天然气能源，还能减少温室气体的排放。

附图说明

图1为本实用新型提供的燃气自适应控制系统的结构示意图。

图2为图1中所示控制单元组成框图。

结合附图在其上标记以下附图标记：

1.燃气型压缩机体I 2.压缩机高压出气缓冲罐I 3.压缩机低压进气缓冲罐I 4.动力燃气供给管I 5.电控比例阀I 6.动力燃气质量流量计I 7.动力燃气压力传感器I 8.飞轮I 9.起动机I 10.燃气型压缩机体II 11.压缩机高压出气缓冲罐II 12.压缩机低压进气缓冲罐II 13.动力燃气供给管II 14.电控比例阀II 15.动力燃气质量流量计II 16.动力燃气压力传感器II 17.飞轮II 18.起动机II 19.压缩机低压进气管20.温压传感器I 21.压缩燃气质量流量计I 22.压缩机高压出气管23.压缩燃气质量流量计II 24.温压传感器II 25.压缩机排气管26.控制单元

具体实施方式

下面结合附图1、2对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述：

模型建立：为了获得最佳控制方式，减小动力燃气量消耗，需掌握压气站实时负荷情况，现场测定各个机组不同负荷下的效率，确定每个压缩机及其不同组合对应的高效负荷范围，从而构建压缩机自启动_停机MAP模型和燃气量自适应控制MAP。具体实施方法如下：控制单元26通过采集动力燃气质量流量计I 6、动力燃气质量流量计II 15、温压传感器I 20、温压传感器II 24、压缩燃气质量流量计I 21和压缩燃气质量流量计II 23的信号，根据燃气型压缩机设计说明书提供的效率计算公式，即通过比燃气消耗率来衡量各个机组不同负荷下的效率，其中比燃气消耗率是指动力燃气消耗量与压缩机轴功率之比，由于压缩机进出口天然气压力一般比较稳定或仅在较小范围内波动，也可以通过动力燃气消耗量与压缩燃气量之比来简化衡量各个机组不同负荷下的效率，将结果预存入控制单元26中，从而构建压缩机自启动_停机MAP模型；根据压气站出口高压天然气负荷要求和压缩机自启动_停机MAP模型确定各压缩机动力燃气分配量，再由各压缩机动力燃气分配量，动力燃气压力传感器I 7、动力燃气压力传感器II 16信号和电控比例阀I 5、电控比例阀II 14的流量特性确定电控比例阀I 5、电控比例阀II 14的开度，从而构建燃气量自适应控制MAP；各压缩机的启停和电控比例阀I 5、电控比例阀II 14的开度均由控制单元26控制，使得不同压缩机组合均尽可能工作在最佳组合效率区。综上所述，需要测量的具体参数包括动力用燃气消耗量，动力用燃气压力，压缩燃气低压进气温度、压力、流量，压缩燃气高压出气温度、压力、流量。利用现有传感器或增设传感器每间隔一段时间记录(自动记录)一次上述参数，记录间隔和持续时间可随实际情况作出调整。

本实用新型燃气自适应控制系统工作流程描述如下：控制单元26通过采集压缩燃气质量流量计II 23、动力燃气压力传感器I 7和动力燃气压力传感器II 16的信号，查找压缩机自启动_停机MAP模型，从而确定压缩机的工作组合及流量分配，再通过查找燃气量自适应控制MAP，调节各工作压缩机电控比例阀I 5、电控比例阀II 14的开度，使得不同压缩机组合均能工作在最佳组合效率区。压缩机的启停由单片机及驱动电路板等构成的控制单元26控制，控制软件采用阈值带法减小启停频率，初步设定压气站出口高压天然气压力在设定需求压力±5％的范围内偏离，以满足供气要求并减小动力燃气量(转速)调节频率。由压气站实时负荷情况(高压出气管压缩燃气量)、压缩机自启动_停机MAP模型和燃气量自适应控制MAP共同决定电控比例阀I 5、电控比例阀II 14的初始位置，再由温压传感器II 24测得压缩机高压出气管22中燃气的压力与设定出口压力值作比较，实现闭环反馈控制，工作着的天然气压缩机动力燃气量实时由电控比例阀I 5、电控比例阀II 14调节。

以上仅以2台燃气型天然气压缩机为例说明了本实用新型技术方案的结构原理，按此方案完全可以利用到更多的天然气压缩机组合中。

实际应用中电控比例阀I 5、电控比例阀II 14可用以下两种方式代替：利用步进电机带动节气门调节装置，实现自动控制；利用车用CNG喷嘴进行占空比控制。压缩机组的动力机除选用燃气型发动机外，亦可采用柴油机、汽油机等动力机械。压缩介质亦可以是空气、氮气等其他可压缩性气体。

Claims

1.一种燃气型天然气压缩机燃气自适应控制系统，其特征在于：控制单元(26)分别与电控比例阀I(5)、电控比例阀II(14)、起动机I(9)、起动机II(18)、动力燃气质量流量计I(6)、动力燃气质量流量计II(15)、动力燃气压力传感器I(7)、动力燃气压力传感器II(16)、温压传感器I(20)、温压传感器II(24)、压缩燃气质量流量计I(21)和压缩燃气质量流量计II(23)连接；电控比例阀I(5)与动力燃气供给管I(4)连接，电控比例阀II(14)与动力燃气供给管II(13)连接；温压传感器I(20)和压缩燃气质量流量计I(21)置于压缩机低压进气管(19)上；温压传感器II(24)和压缩燃气质量流量计II(23)置于压缩机高压出气管(22)上；动力燃气质量流量计I(6)和动力燃气压力传感器I(7)置于动力燃气供给管I(4)上；动力燃气质量流量计II(15)和动力燃气压力传感器II(16)置于动力燃气供给管II(13)上。

2.根据权利要求1所述的燃气型天然气压缩机燃气自适应控制系统，其特征在于：控制单元(26)由单片机、驱动电路板I、驱动电路板II和继电器构成；动力燃气质量流量计I(6)、动力燃气质量流量计II(15)、温压传感器I(20)、压缩燃气质量流量计I(21)和温压传感器II(24)与控制单元(26)中单片机的A/D转换通道I相连接；动力燃气压力传感器I(7)、动力燃气压力传感器II(16)和压缩燃气质量流量计II(23)与控制单元(26)中单片机的A/D转换通道II相连接；起动机I(9)、起动机II(18)通过继电器、驱动电路板I与控制单元中单片机的I/0口模块相连接；电控比例阀I(5)、电控比例阀II(14)通过驱动电路板II与控制单元中单片机的PWM通道相连接，单片机通过控制PWM波形占空比来实现动力燃气的定量调节。