RU2611120C1

RU2611120C1 - Device adaptive control of expansion turbines

Info

Publication number: RU2611120C1
Application number: RU2015144683A
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Воробьев; Сергей Николаевич Пахомов; Геннадий Юрьевич Царьков; Михаил Владимирович Панарин
Original assignee: Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула"
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2017-02-21

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to a turbine building art, namely to devices regulating turbines and can be used at gas distribution plants for the recovery of the pressurized gas energy and electricity generation. The device comprises a lock and the bypass valves with actuators and position sensors, regulator, switch modes, normalizing and scaling amplifiers, comparison blocks, pressure sensor in the line of low pressure, the load sensor of the external electric network, the adder, the frequency-adjustable wrench, an electric gas heater , setting devices of the maximum and minimum load values in electrical circuits, external power supply and gas heater, Schmidt triggers, reversible counter.

EFFECT: invention provides an increase in reliability of the turbo expander by mechanical load on its shaft stabilization, when the electrical load fluctuations in the external power supply through the redeployment of the electrical energy in the natural gas heating in the input line system.

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 с входом турбины, по меньшей мере, одного из турбодетандеров, а выход одного из турбодетандеров соединен с потребительским газопроводом конечного давления (Патент RU 2221192 C2, кл. F17D 1/04, F25В 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, published on January 10, 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 плавного изменения величины потока газа, проходящего через турбодетандер в зависимости от изменения нагрузки в электрической сети, что снижает надежность работы устройства в целом.The known device for regulating the pressure in the gas line does not provide a smooth change in the magnitude of the gas flow passing through the turboexpander depending on changes in the load in the electrical network, which reduces the reliability of the device as a whole.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является 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 двух клапанов так, что когда один клапан открыт, то другой закрыт, байпасный клапан с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления и регулирующий орган с приводом и датчиком положения. (Патент RU 2110022 C1, кл. F25В 49/02, опубл. 27.04.1998).Closest to the proposed invention is a turboexpander control system mounted 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, a bypass valve with an actuator and a position sensor installed on a by-pass line connecting the stop valve to the low-pressure line and regulates pilot member with the drive and encoder. (Patent RU 2110022 C1, CL F25B 49/02, publ. 04/27/1998).

Основной недостаток данного устройства состоит в том, что при колебаниях электрической нагрузки во внешней электросети меняется механическая нагрузка на валу турбодетандера и режим его работы, что приводит к нестабильной работе и снижению надежности оборудования.The main disadvantage of this device is that with fluctuations in the electrical load in the external power supply, the mechanical load on the shaft of the turboexpander and its mode of operation change, which leads to unstable operation and a decrease in the reliability of the equipment.

Технический результат изобретения состоит в повышении надежности работы турбодетандера посредством стабилизации механической нагрузки на его валу при колебаниях электрической нагрузки во внешней электросети путем перераспределения части электрической энергии на нагрев природного газа во входной магистрали системы.The technical result of the invention is to increase the reliability of the turboexpander by stabilizing the mechanical load on its shaft during fluctuations in the electrical load in the external electrical network by redistributing part of the electric energy to heat natural gas in the input line of the system.

Для достижения технического результата в устройство адаптивного регулирования турбодетандера, 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, байпасный клапан с приводом и датчиком положения, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, регулирующий орган с приводом и датчиком положения, дополнительно введены переключатель режимов работы, управляющий вход которого соединен с датчиком положения стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном, первый вход переключателя режимов работы через первый нормирующий усилитель и первый блок сравнения соединен с датчиком давления в магистрали низкого давления, датчик нагрузки внешней электрической сети через фильтр, частотный преобразователь и выпрямитель соединен с электрическим генератором на валу турбодетандера, выход датчика нагрузки внешней электрической сети через второй нормирующий усилитель соединен с первыми входами второго, третьего и четвертого блоков сравнения и через первый масштабирующий усилитель с входом сумматора, выход первого блока сравнения через первый корректор задатчика давления и первый задатчик соединен со вторым входом второго блока сравнения, выход которого через второй масштабирующий усилитель соединен с управляющим входом частотно-регулируемого ключа, силовой вход которого соединен с выходом выпрямителя, а выход с электрическим подогревателем газа в магистрали высокого давления и со вторыми входами пятого и шестого блоков сравнения и через второй масштабирующий усилитель с входом сумматора, первые входы пятого и шестого блоков сравнения соединены соответственно с задатчиками максимального и минимального значений нагрузки в цепи электрического подогревателя газа в магистрали высокого давления, выходы пятого и шестого блоков сравнения через первый и второй триггеры Шмидта соединены с входами первого и второго элементов «И» соответственно, первые входы третьего и четвертого блоков сравнения соединены соответственно с задатчиками максимального и минимального значений нагрузки в цепи внешней электросети, а выходы через третий и четвертый триггеры Шмидта соединены с входами первого и второго элементов «И», первые входы седьмого и восьмого блоков сравнения соединены соответственно с задатчиками максимального и минимального значений давления в магистрали низкого давления, вторые входы с выходом первого блока сравнения, а выходы через пятый и шестой триггеры Шмидта соединены с входами первого и второго элементов «И», выход первого элемента «И» через первый одновибратор соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, а выход второго элемента «И» через второй одновибратор соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика через цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом девятого блока сравнения, выход которого соединен со входом привода регулирующего органа, выход датчика положения регулирующего органа соединен со вторым входом девятого блока сравнения и через третий масштабирующий усилитель с входом сумматора, выход которого соединен со вторым входом переключателя режимов работы, выход переключателя режимов работы соединен с первым входом десятого блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком положения байпасного клапана, а выход соединен с входом привода байпасного клапана, задатчик значения низкого давления соединен с первым входом первого блока сравнения, регулирующий орган с приводом и датчиком положения установлен на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления.To achieve a technical result, an adaptive control device for a turboexpander installed on a gas distribution station between high and low pressure lines contains a stop 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, a bypass valve with an actuator and a position sensor installed on a bypass line connecting the stop valve to the low pressure manifold, a control unit with a drive and a position sensor, an operating mode switch is additionally introduced, the control input of which is connected to a position valve of the stop valve connected to the stop valve, the first input of the operating mode switch is connected to the pressure sensor in the low pressure line through the first normalizing amplifier and the first comparison unit , the load sensor of the external electrical network through a filter, a frequency converter and a rectifier connected to an electric generator on the shaft of the turbo expander, the output of dates The load of the external electric network through the second normalizing amplifier is connected to the first inputs of the second, third and fourth comparison units and through the first scaling amplifier with the input of the adder, the output of the first comparison unit through the first corrector of the pressure setter and the first setter is connected to the second input of the second comparison unit, output which, through a second scaling amplifier, is connected to the control input of a frequency-adjustable key, the power input of which is connected to the output of the rectifier, and the output is electrically gas heater in the high pressure line and with the second inputs of the fifth and sixth comparison blocks and through the second scaling amplifier with the adder input, the first inputs of the fifth and sixth comparison blocks are connected respectively to the setpoints of the maximum and minimum load values in the circuit of the electric gas heater in the high pressure line , the outputs of the fifth and sixth comparison blocks through the first and second Schmidt triggers are connected to the inputs of the first and second elements "And", respectively, the first inputs the third and fourth comparison units are connected respectively to the settings of the maximum and minimum load values in the external power circuit, and the outputs through the third and fourth Schmidt triggers are connected to the inputs of the first and second elements “And”, the first inputs of the seventh and eighth comparison units are connected respectively to the settings of the maximum and the minimum pressure values in the low-pressure line, the second inputs with the output of the first comparison unit, and the outputs through the fifth and sixth Schmidt triggers are connected to the inputs of the first and second “I” elements, the output of the first “I” element through the first one-shot is connected to the subtracting input of the reversible counter, and the output of the second “And” element through the second one-shot is connected to the summing input of the reverse counter, the output of the reverse counter through the digital-to-analog converter is connected to the first the input of the ninth block of comparison, the output of which is connected to the input of the drive of the regulatory body, the output of the position sensor of the regulatory body is connected to the second input of the ninth block of comparison a scaling amplifier with an adder input, the output of which is connected to the second input of the operating mode switch, the output of the operating mode switch is connected to the first input of the tenth comparison unit, the second input of which is connected to the bypass valve position sensor, and the output is connected to the bypass valve actuator input, low value adjuster pressure is connected to the first input of the first comparison unit, a regulating body with a drive and a position sensor is installed on a shunt line connecting the stop valve to the line Yu low pressure.

На чертеже представлена структура устройства адаптивного регулирования турбодетандера.The drawing shows the structure of a device for adaptive regulation of a turboexpander.

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, байпасный клапан 4 с приводом 5 и датчиком положения 6, установленный на отводной линии, связывающей стопорный клапан 3 с магистралью низкого давления, регулирующий орган 7 с приводом 8 и датчиком положения 9, переключатель режимов 10 работы, управляющий вход которого соединен с датчиком положения 11 стопорного клапана, связанного со стопорным клапаном 3, первый вход переключателя режимов 10 работы через первый нормирующий усилитель 12 и первый 13 блок сравнения соединен с датчиком давления 14 в магистрали низкого давления, датчик нагрузки внешней электрической сети 15 через частотный преобразователь 16, фильтр 17 и выпрямитель 18 соединен с электрическим генератором 19 на валу турбодетандера 20, выход датчика нагрузки внешней электрической сети 15 через второй нормирующий усилитель 21 соединен с первыми входами второго 22, третьего 23 и четвертого 24 блоков сравнения и через первый масштабирующий усилитель 25 с входом сумматора 26, выход первого 13 блока сравнения через первый корректор 27 задатчика давления 28 и первый задатчик соединен со вторым входом второго 22 блока сравнения, выход которого через второй масштабирующий усилитель 29 соединен с управляющим входом частотно-регулируемого ключа 30, силовой вход которого соединен с выходом выпрямителя 18, а выход с электрическим подогревателем 31 газа в магистрали высокого давления и со вторыми входами пятого 32 и шестого 33 блоков сравнения и через второй масштабирующий усилитель 34 с входом сумматора 26, первые входы пятого 32 и шестого 33 блоков сравнения соединены соответственно с задатчиками максимального 35 и минимального 36 значений нагрузки в цепи электрического подогревателя 31 газа в магистрали высокого давления, выходы пятого 32 и шестого 33 блоков сравнения через первый 37 и второй 38 триггеры Шмидта соединены с входами первого 39 и второго 40 элементов «И» соответственно, первые входы третьего 23 и четвертого 24 блоков сравнения соединены соответственно с задатчиками максимального 41 и минимального 42 значений нагрузки в цепи внешней электросети, а выходы через третий 43 и четвертый 44 триггеры Шмидта соединены с входами первого 39 и второго 40 элементов «И», первые входы седьмого 45 и восьмого 46 блоков сравнения соединены соответственно с задатчиками максимального 47 и минимального 48 значений давления в магистрали низкого давления, вторые входы с выходом первого 13 блока сравнения, а выходы через пятый 49 и шестой 50 триггеры Шмидта соединены с входами первого 39 и второго 40 элементов «И», выход первого 39 элемента «И» через первый одновибратор 51 соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 52, а выход второго 40 элемента «И» через второй одновибратор 53 соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 52, выход реверсивного счетчика 52 через цифроаналоговый преобразователь 54 соединен с первым входом девятого 55 блока сравнения, выход которого соединен с входом привода 8 регулирующего органа, выход датчика 9 положения регулирующего органа соединен со вторым входом девятого 55 блока сравнения и через третий масштабирующий усилитель 56 с входом сумматора 26, выход которого соединен со вторым входом переключателя режимов 10 работы, выход переключателя режимов 10 работы соединен с первым входом десятого 57 блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком положения 6 байпасного клапана, а выход соединен с входом привода 5 байпасного клапана, задатчик значения низкого давления 58 соединен с первым входом первого 14 блока сравнения, регулирующий орган 7 с приводом 8 и датчиком положения 9 установлен на шунтирующей линии, связывающей стопорный клапан 3 с магистралью низкого давления.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, bypass valve 4 with an actuator 5 and a position sensor 6 mounted on a by-pass line connecting the stop valve 3 to the low pressure line, a regulating body 7 with an actuator 8 and a position sensor 9, an operating mode switch 10, controlling the first input of which is connected to the position sensor 11 of the stop valve connected to the stop valve 3, the first input of the mode switch 10 through the first normalizing amplifier 12 and the first 13 comparison unit is connected to a pressure sensor 14 in the low-pressure line, the load sensor of the external electrical network 15 through the frequency converter 16, the filter 17 and the rectifier 18 is connected to an electric generator 19 on the shaft of the turboexpander 20, the output of the load sensor of the external electric network 15 through the second normalizing amplifier 21 is connected the first inputs of the second 22, third 23 and fourth 24 comparison blocks and through the first scaling amplifier 25 with the input of the adder 26, the output of the first 13 block of the comparison through the first corrector 27 of the pressure setter 28 and the first setter is connected to the second input of the second 22 block of comparison, the output of which the second scaling amplifier 29 is connected to the control input of the variable frequency key 30, the power input of which is connected to the output of the rectifier 18, and the output with an electric gas heater 31 in the high-pressure line and with the input inputs of the fifth 32 and sixth 33 comparison blocks and through the second scaling amplifier 34 with the input of the adder 26, the first inputs of the fifth 32 and sixth 33 comparison blocks are connected respectively to the setpoints of the maximum 35 and minimum 36 load values in the circuit of the electric gas heater 31 in the high-pressure line , the outputs of the fifth 32 and sixth 33 comparison blocks through the first 37 and second 38 Schmidt triggers are connected to the inputs of the first 39 and second 40 "And" elements, respectively, the first inputs of the third 23 and fourth 24 comparison blocks I are connected respectively to the setpoints of maximum 41 and minimum 42 load values in the external power supply circuit, and the outputs through the third 43 and fourth 44 Schmidt triggers are connected to the inputs of the first 39 and second 40 I elements, the first inputs of the seventh 45 and eighth 46 comparison units are connected respectively, with setpoints of maximum 47 and minimum 48 values of pressure in the low-pressure line, the second inputs with the output of the first 13 comparison unit, and the outputs through the fifth 49 and sixth 50 Schmidt triggers are connected to the inputs of the first 39 and second about 40 “And” elements, the output of the first 39 “And” elements through the first one-shot 51 is connected to the subtracting input of the reversible counter 52, and the output of the second 40 “And” elements through the second single-vibrator 53 is connected to the summing input of the reverse counter 52, the output of the reverse counter 52 through a digital-to-analog converter 54 connected to the first input of the ninth 55 comparison unit, the output of which is connected to the input of the drive 8 of the regulatory body, the output of the sensor 9 of the position of the regulatory body is connected to the second input of the ninth 55 of the comparison unit and through this scaling amplifier 56 with the input of the adder 26, the output of which is connected to the second input of the mode switch 10, the output of the mode switch 10 is connected to the first input of the tenth 57 comparison unit, the second input of which is connected to the position sensor 6 of the bypass valve, and the output is connected to the input of the bypass valve actuator 5, the low pressure value setter 58 is connected to the first input of the first 14 of the comparison unit, the regulating body 7 with the actuator 8 and the position sensor 9 is installed on the shunt line connecting the lock valve 3 with a low pressure manifold.

Устройство адаптивного регулирования турбодетандера работает следующим образом. При открытии стопорного клапана 3 по команде запуска турбодетандера поток газа поступает на турбодетандер 20, вал которого нагружен электрическим генератором 19. Вырабатываемое электрическое напряжение преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя 18, сглаживается на фильтре 17 и преобразуется в напряжение промышленной частоты частотным преобразователем 16. Величина нагрузки внешней электрической сети измеряется датчиком нагрузки внешней электрической сети 15 потребителей.The adaptive regulation of the turboexpander operates as follows. When the stop valve 3 is opened by a command to start the turboexpander, the gas flow enters the turboexpander 20, the shaft of which is loaded with an electric generator 19. The generated electrical voltage is converted to direct voltage using a rectifier 18, smoothed on the filter 17 and converted into voltage of the industrial frequency by the frequency converter 16. The value the load of the external electrical network is measured by the load sensor of the external electrical network of 15 consumers.

Величина нагрузки внешней электросети, как правило, изменяется во времени, иногда в больших пределах, например дневная и ночная нагрузка сильно различаются.The magnitude of the load of the external power supply, as a rule, varies over time, sometimes over a wide range, for example, day and night loads vary greatly.

Это приводит к изменению режимов работы турбодетандера 20 и электрического генератора 19, механическая нагрузка на валу турбодетандера 20 изменяется, что приводит к колебаниям скорости его вращения и снижению надежности работы оборудования.This leads to a change in the operating modes of the turboexpander 20 and the electric generator 19, the mechanical load on the shaft of the turboexpander 20 changes, which leads to fluctuations in the speed of rotation and a decrease in the reliability of the equipment.

Для обеспечения стабилизации механической нагрузки на валу турбодетандера 20 при колебаниях электрической нагрузки во внешней электросети часть вырабатываемой электрической энергии направляется на подогрев природного газа во входной магистрали системы. Это не только стабилизирует работу турбодетандера 20, но и повышает эффективность работы системы в целом за счет подогрева природного газа во входной магистрали. Для этого часть электрической энергии с выпрямителя 18 при колебаниях нагрузки во внешней электрической сети перераспределяется через частотно-регулируемый ключ 30 на электрический подогреватель 31 газа.To ensure the stabilization of the mechanical load on the shaft of the turboexpander 20 during fluctuations in the electrical load in the external power supply, part of the generated electric energy is directed to the heating of natural gas in the input line of the system. This not only stabilizes the operation of the turboexpander 20, but also increases the overall efficiency of the system due to the heating of natural gas in the input line. For this, part of the electrical energy from the rectifier 18 during load fluctuations in the external electrical network is redistributed through a frequency-adjustable key 30 to the electric gas heater 31.

При снижении нагрузки во внешней электросети сигнал с датчика нагрузки внешней электрической сети 15 через второй нормирующий усилитель 21 подается на второй 22 блок сравнения. Если давление в магистрали низкого давления, измеряемое датчиком давления 14, находится в пределах, установленных задатчиком значения низкого давления 58, то сигнал с первого 13 блока сравнения через первый корректор 27 задатчика давления 28 на второй 22 блок сравнения не поступает, и все снижение нагрузки во внешней электросети компенсируется посредством второго масштабирующего усилителя 29 и частотно-регулируемого ключа 30, увеличивая нагрузку на электрический подогреватель 31 газа.When reducing the load in the external electrical network, the signal from the load sensor of the external electrical network 15 through the second normalizing amplifier 21 is supplied to the second 22 block comparison. If the pressure in the low-pressure line, measured by the pressure sensor 14, is within the limits set by the setpoint of the low pressure value 58, then the signal from the first 13 of the comparison unit through the first corrector 27 of the pressure setter 28 does not enter the second 22 of the comparison unit, and the whole load reduction external power supply is compensated by a second scaling amplifier 29 and a variable frequency key 30, increasing the load on the electric gas heater 31.

Если давление в магистрали низкого давления, измеряемое датчиком давления 14, выходит за установленные задатчиком значения низкого давления 58 пределы, то сигнал с первого 13 блока сравнения через первый корректор 27 задатчика давления 28 поступает на второй 22 блок сравнения, который корректирует нагрузку на электрический подогреватель 31 газа и, соответственно, на турбодетандер 20, тем самым регулируя поток газа и величину давления в магистрали низкого давления.If the pressure in the low-pressure line, measured by the pressure sensor 14, exceeds the limits set by the master for the low pressure 58, the signal from the first 13 block of the comparison through the first corrector 27 of the pressure gauge 28 enters the second 22 block of comparison, which adjusts the load on the electric heater 31 gas and, accordingly, to the turboexpander 20, thereby regulating the gas flow and the pressure in the low pressure line.

Максимальное и минимальное значения величины электрической нагрузки, направляемой на электрический подогреватель 31 газа, устанавливаются с помощью задатчиков максимального 35 и минимального 36 значений нагрузки в цепи электрического подогревателя 31. В случае превышения максимального значения нагрузки в цепи электрического подогревателя 31 на выходе пятого 32 блока сравнения формируется сигнал, который через первый 37 триггер Шмидта поступает на первый 39 элемент «И». В случае снижения величины нагрузки в цепи электрического подогревателя 31 меньше минимального на выходе шестого 32 блока сравнения формируется сигнал, который через второй 38 триггер Шмидта поступает на второй 40 элемент «И».The maximum and minimum values of the electric load directed to the electric gas heater 31 are set using the adjusters maximum 35 and minimum 36 load values in the circuit of the electric heater 31. If the maximum load value is exceeded in the circuit of the electric heater 31 at the output of the fifth 32 comparison unit is formed the signal, which through the first 37 Schmidt trigger arrives at the first 39 element "And". In the case of a decrease in the load in the circuit of the electric heater 31 is less than the minimum at the output of the sixth 32 comparison unit, a signal is generated which, through the second 38 Schmidt trigger, enters the second 40 “And” element.

Значение измеренной нагрузки в цепи внешней электросети сравнивается с заданными величинами с помощью задатчиков максимального 41 и минимального 42 значений нагрузки и посредством третьего 23 и четвертого 24 блоков сравнения, третьего 43 и четвертого 44 триггеров Шмидта формируются сигналы, поступающие на первый 39 и второй 40 элементы «И» соответственно.The value of the measured load in the external power circuit is compared with the specified values using the adjusters of maximum 41 and minimum 42 load values, and through the third 23 and fourth 24 comparison blocks, third 43 and fourth 44 Schmidt triggers, signals are generated that arrive at the first 39 and second 40 elements And correspondingly.

Также на первый 39 и второй 40 элементы «И» формируются сигналы посредством седьмого 45 и восьмого 46 блоков сравнения, задатчиков максимального 47 и минимального 48 значений давления в магистрали низкого давления, подключенных через пятый 49 и шестой 50 триггеры Шмидта.Also, signals are generated to the first 39 and second 40 “I” elements by means of the seventh 45 and eighth 46 comparison units, maximum 47 and minimum 48 pressure values in the low-pressure line connected through fifth 49 and sixth 50 Schmidt triggers.

В результате на входах первого 39 элемента «И» все сигналы устанавливаются в случае достижения предельно минимального значения нагрузки в цепи внешней электросети, предельно максимального значения нагрузки в цепи электрического подогревателя и максимально допустимого значения давления в магистрали низкого давления. На выходе первого 39 элемента «И» формируется высокий уровень напряжения, который вызывает срабатывания первого одновибратора 51, соединенного с вычитающим входом реверсивного счетчика 52, значение последнего уменьшится и через цифроаналоговый преобразователь 54 сигнал поступит на девятый 55 блок сравнения, связанный с приводом 8 регулирующего органа 7. Привод 8 регулирующего органа 7 сработает и подзакроет регулирующий орган 7, выравнивая значение величины давления в магистрали низкого давления.As a result, at the inputs of the first 39 “I” element, all signals are set if the maximum minimum load value in the circuit of the external power supply network, the maximum maximum load value in the circuit of the electric heater and the maximum allowable pressure value in the low pressure line are reached. At the output of the first 39 "And" element, a high voltage level is formed, which triggers the first one-shot 51 connected to the subtracting input of the reverse counter 52, the value of the latter will decrease and the signal will go through the digital-to-analog converter 54 to the ninth 55 comparison unit connected to the drive 8 of the regulatory body 7. The actuator 8 of the regulatory body 7 will operate and close the regulatory body 7, aligning the value of the pressure in the low pressure line.

В случае достижения предельно максимального значения нагрузки в цепи внешней электросети, предельно минимального значения нагрузки в цепи электрического подогревателя и минимально допустимого значения давления в магистрали низкого давления на выходе второго 40 элемента «И» формируется высокий уровень напряжения, который вызывает срабатывания второго одновибратора 53, соединенного с суммирующим входом реверсивного счетчика 52, значение последнего увеличится и через цифроаналоговый преобразователь 54 сигнал поступит на девятый 55 блок сравнения, связанный с приводом 8 регулирующего органа 7. Привод 8 регулирующего органа 7 сработает и приоткроет регулирующий орган 7, выравнивая значение величины давления в магистрали низкого давления. В результате обеспечивается поддержание параметров в допустимых значениях.In case of reaching the maximum maximum value of the load in the circuit of the external power supply network, the maximum minimum value of the load in the circuit of the electric heater and the minimum allowable value of pressure in the low pressure line, a high voltage level is formed at the output of the second 40 “I” element, which causes the operation of the second one-shot 53 connected with the summing input of the reverse counter 52, the value of the latter will increase and through the digital-to-analog converter 54, the signal will go to the ninth block 55 The equations associated with the drive 8 7. Regulator actuator 8 Regulator work 7 and slightly open the regulator 7, leveling value of pressure in the low pressure line. As a result, the parameters are maintained in acceptable values.

Текущее положение регулирующего органа 7 измеряется датчиком положения 9 и через третий масштабирующий усилитель 56 подается на сумматор 26. Текущее значение нагрузки внешней электросети измеряется датчиком нагрузки внешней электрической сети 15 и через второй нормирующий усилитель 21 и первый масштабирующий усилитель 25 подается на сумматор 26. Текущее значение нагрузки в цепи электрического подогревателя 31 через второй масштабирующий усилитель 34 подается на сумматор 26. В результате на выходе сумматора 26 формируется сигнал, пропорциональный текущему значению потока газа, протекающему через турбодетандер 20 и регулирующий орган 7.The current position of the regulator 7 is measured by the position sensor 9 and fed through the third scaling amplifier 56 to the adder 26. The current load value of the external power supply is measured by the load sensor of the external power network 15 and through the second normalizing amplifier 21 and the first scaling amplifier 25 is supplied to the adder 26. The current value the load in the circuit of the electric heater 31 through the second scaling amplifier 34 is supplied to the adder 26. As a result, a signal proportional to first current value of the gas stream flowing through turboexpander 20 and the regulator 7.

Этот сигнал через замкнутый контакт переключателя режимов 10 работы подается на десятый 57 блок сравнения и привод 5 байпасного клапана 4. На десятом 57 блоке сравнения происходит сравнение сигналов от сумматора 26 и датчика положения 6 и по разности корректируется положение байпасного клапана 4. В результате текущее положение байпасного клапана 4 соответствует пропусканию такого потока газа, который в текущее время проходит через турбодетандер 20 и регулирующий орган 7.This signal is supplied through the closed contact of the operating mode switch 10 to the tenth 57 comparison unit and the bypass valve 5 actuator 4. At the tenth 57 comparison unit, the signals from the adder 26 and the position sensor 6 are compared and the position of the bypass valve 4 is adjusted by difference. As a result, the current position the bypass valve 4 corresponds to the transmission of such a gas stream, which currently passes through the turboexpander 20 and the regulatory body 7.

В случае возникновения аварийных ситуаций или необходимости вывода турбодетандера 20 из работы на стопорный клапан 3 подается соответствующая команда, и стопорный клапан 3 переключает поток газа, закрывая подачу на турбодетандер 20 и регулирующий орган 7 и открывая подачу на байпасный клапан 4. Так как текущее положение байпасного клапана 4 соответствует пропусканию такого потока газа, который в текущее время проходит через турбодетандер 20 и регулирующий орган 7, скачков давления газа в магистрали низкого давления в случае возникновения аварийных ситуаций и вывода турбодетандера 20 из работы не происходит. Давление поддерживается от датчика давления 14 в магистрали низкого давления посредством задатчика значения низкого давления 58, первого 13 блока сравнения и первого нормирующего усилителя 12. Этим обеспечивается повышение надежности газоснабжения в аварийных ситуациях.In the event of an emergency or if the turbo expander 20 needs to be put out of operation, the corresponding valve is given to the stop valve 3, and the stop valve 3 switches the gas flow, shutting off the flow to the turboexpander 20 and the regulating body 7 and opening the flow to the bypass valve 4. Since the current position of the bypass valve 4 corresponds to the transmission of such a gas stream, which is currently passing through the turboexpander 20 and the regulatory body 7, gas pressure spikes in the low pressure line in the event of turbo expander 20 of the work does not take place Riina situations and output. The pressure is maintained from the pressure sensor 14 in the low-pressure line by means of a low-pressure value setter 58, the first 13 comparison unit and the first normalizing amplifier 12. This ensures increased reliability of gas supply in emergency situations.

Такое техническое решение обеспечивает повышение надежности работы турбодетандера посредством стабилизации механической нагрузки на его валу при колебаниях электрической нагрузки во внешней электросети путем перераспределения части электрической энергии на нагрев природного газа во входной магистрали системы.This technical solution provides increased reliability of the turboexpander by stabilizing the mechanical load on its shaft during fluctuations in the electrical load in the external power supply by redistributing part of the electric energy to heat natural gas in the input line of the system.

Claims

An adaptive control device for a turboexpander installed on a gas distribution station between high and low pressure lines, comprising a stop valve made in the form of two valves that are mechanically connected to each other and pass gas into separate outlet lines so that when one valve is open, the other is closed, bypass a valve with an actuator and a position sensor mounted on a branch line connecting the stop valve to the low-pressure line, a regulating body with an actuator and a posit characterized in that the operating mode switch is additionally introduced into the device, the control input of which is connected to a position valve of the stop valve connected to the stop valve, the first input of the mode switch through the first normalizing amplifier and the first comparison unit is connected to the pressure sensor in the low pressure line , the load sensor of the external electric network through a frequency converter, a filter and a rectifier is connected to an electric generator on the shaft of the turbo expander, the output of the sensor to the external electrical network through the second normalizing amplifier is connected to the first inputs of the second, third and fourth comparison units and through the first scaling amplifier with the input of the adder, the output of the first comparison unit through the first corrector of the pressure setter and the first setter is connected to the second input of the second comparison unit, the output of which through the second scaling amplifier it is connected to the control input of the frequency-adjustable key, the power input of which is connected to the output of the rectifier, and the output is with an electric a gas heater in the high-pressure line and with second inputs of the fifth and sixth comparison blocks and through a second scaling amplifier with an adder input, the first inputs of the fifth and sixth comparison blocks are connected respectively to the setpoints of the maximum and minimum load values in the circuit of the electric gas heater in the high-pressure line, the outputs of the fifth and sixth comparison blocks through the first and second Schmidt triggers are connected to the inputs of the first and second elements "And", respectively, the first inputs of the third о and the fourth comparison blocks are connected respectively to the settings of the maximum and minimum load values in the circuit of the external power supply network, and the outputs through the third and fourth Schmidt triggers are connected to the inputs of the first and second elements “I”, the first inputs of the seventh and eighth comparison blocks are connected respectively to the settings of the maximum and the minimum pressure values in the low-pressure line, the second inputs with the output of the first comparison unit, and the outputs through the fifth and sixth Schmidt triggers are connected to the inputs of the first and the second element “I”, the output of the first element “I” through the first one-shot is connected to the subtracting input of the reversible counter, and the output of the second element “And” through the second one-shot is connected to the summing input of the reverse counter, the output of the reverse counter through a digital-to-analog converter is connected to the first input the ninth comparison unit, the output of which is connected to the input of the drive of the regulatory body, the output of the position sensor of the regulatory body is connected to the second input of the ninth comparison unit and through the third scale a booster amplifier with an adder input, the output of which is connected to the second input of the operating mode switch, the output of the operating mode switch is connected to the first input of the tenth comparison unit, the second input of which is connected to the bypass valve position sensor, and the output is connected to the bypass valve actuator input, low value setter pressure is connected to the first input of the first comparison unit, a regulating body with an actuator and a position sensor is installed on a shunt line connecting the stop valve to the low-pressure line th pressure.