Компанией CCS разработан ряд систем управления и регулирования турбоагрегатов, включая регулятор топлива газовой турбины (GTC), регулятор частоты вращения паровой турбины (STC), антипомпажный регулятор (SPC) и станционный регулятор (SC).
Для реализации наших запатентованных алгоритмов в системах используются платформы только ведущих мировых производителей программно-технических средств. Все функционально-прикладные модули разработаны в соответствии с конкретными правилами и требованиями, предъявляемыми к системам управления и регулирования турбоагрегатов, что обеспечивает их совместимость с пакетами поставщиков программного обеспечения:
• Реализация важнейших функций управления и регулирования турбоагрегатов на любой аппаратной платформе, совместимой со стандартом IEC61131 и обеспечивающей многоуровневые классы надёжности SIL2 и SIL3. Заказчик может выбрать платформу по своему усмотрению, что позволит снизить потребности предприятия в дополнительных запасных частях, а также расходы на обучение персонала.
• Специализированные экраны настройки и обслуживания для тестирования и проверки конкретных параметров турбоагрегата, как, например, тестирование электронной защиты от превышения частоты вращения (электронный автомат безопасности) и проверки настройки границы помпажа компрессора.
• Конфигурирование, эксплуатация и обслуживание всех модулей управления и регулирования турбоагрегатов выполняется с помощью программного пакета человеко-машинного интерфейса (HMI), поставляемого по выбору заказчика. В функционально-прикладных модулях используются ограниченные предопределенные комплекты параметров.
Наши функционально-прикладные модули управления и регулирования турбоагрегатов могут быть также интегрированы в существующую систему управления технологической линии компрессоров. Такая интеграция приводит к повышению степени работоспособности и надежности системы управления компрессорной линией, а также снижению себестоимости системы, поскольку в этом случае становятся лишними предназначенные для модулей управления и регулирования турбоагрегатов процессоры, стойки или блоки питания. CCS гарантирует, что уже на стадии проектирования системы управления и регулирования турбины/компрессора учитывается то, что контроллер ПЛК общего назначения или система SCADA должны соответствовать требованиям по быстродействию и наличию всех встроенных функций, необходимых для обеспечения оптимального интегрированного управления турбоагрегатами и регулирования параметров процесса.
Регулятор топлива для газовой турбины
Функционально-прикладной модуль регулирования топлива для газовых турбин (GTC) разработки компании CCS обеспечивает универсальный и экономичный способ управления промышленными и авиационными газотурбинными установками.
В дополнение к регулированию частоты вращения и мощности, регулятор также обеспечивает защиту от превышения температуры, частоты вращения или давления, а также регулирование расхода топлива при выполнении последовательностей пуска и останова агрегата. Регулятор топлива (GTC) может использоваться для управления одно- или многовальными турбинами, используемыми для привода турбооборудования с регулируемой частотой вращения или синхронных генераторов. Такие функции регулятора, как резервирование входных каналов, система обнаружения неисправностей, стратегии выживания и резервирование регуляторов, определяют новый, более экономичный подход к проблеме отказоустойчивости для таких аппаратных систем по сравнению с предыдущими системами.
Ограничивающее регулирование
В регуляторе топлива предусмотрены контуры ограничения частоты вращения всех валов ГТУ, а также возможность задавать для каждого вала максимальные обороты, при которых подается предупредительный сигнал или срабатывает электронная защита по превышению частоты вращения. Кроме того, имеется возможность проводить тест на превышение частоты вращения, позволяющий увеличивать частоту вращения турбины до тех пор, пока не сработает основная защита от превышения частоты вращения турбины (автомат безопасности), после чего это максимальное значение фиксируется и может использоваться при задании других значений. Повышение и снижение частоты вращения может ограничиваться как заданием диапазона расхода топлива, так и установкой предельных значений темпа изменения расхода топлива и частоты вращения турбины. Регулятор топлива имеет следующие контуры регулирования: • контур регулирования частоты вращения ротора высокого давления (NHP); • контур ограничения частоты вращения ротора высокого давления (NHP); • контур ограничения частоты вращения ротора низкого давления (NLP); • контур регулирования давления в нагнетании осевого компрессора (CDP); • контур регулирования частоты вращения силовой турбины (NPT); • контур регулирования температуры продуктов сгорания (EGT); • контур ограничения по максимальному открытию топливного клапана; • контур ограничения по минимальному открытию топливного клапана. Используя многоконтурный ПИД модуль разработки CCS, можно сконфигурировать дополнительные контуры регулирования (до 10 контуров).
Модернизация систем управления газовых турбин, часто включает в себя модернизацию топливных регулирующих клапанов, насосов и другого сопутствующего оборудования. В случаях, когда планируется использовать два вида топлива, в проекты добавляется дополнительная система подачи топлива. Фирма CCS предлагает комплексное проектирование и поставку топливных систем газовых турбин, совместимых с системой управления, и установку этих систем «под ключ». Регулятор топлива может быть использован как для новых, так и для модернизируемых агрегатов. Он может быть сконфигурирован практически для любой газовой турбины в соответствии с техническими требованиями завода-изготовителя. Обычно он используется в составе существующей системы управления технологической линии компрессоров. Такая интеграция приводит к повышению степени работоспособности и надежности системы управления компрессорной линией, а также снижению стоимости системы, поскольку в этом случае предназначенные для регулятора топлива процессор, стойка и блок питания не требуются. Регулятор GTC полностью совместим с нашими регуляторами предотвращения помпажа (SPC), станционным регулятором (SC) и программным пакетом оптимизации производства. Наш функционально-прикладной модуль регулирования топлива (GTC) обеспечивает эффективную защиту и управление газовой турбиной заказчика как при пусковых условиях, так и в процессе нормальной (или аварийной) работы при минимальном вмешательстве оператора.
Регулятор частоты вращения для паровых турбин
Функционально-прикладной модуль регулирования частоты вращения для паровых турбин (STC) разработки компании CCS обеспечивает полностью автоматизированное управление частотой вращения как в нормальном режиме работы турбины, так и при выполнении последовательностей пуска и останова, включая предотвращение работы при критических частотах вращения. Регулятор предлагает универсальный и экономичный способ регулирования частоты вращения ротора паровой турбины или мощности приводимого ей генератора, а также обеспечивает защиту от превышения частоты вращения и управление автоматическими последовательностями пуска и останова.
CCS предлагает модернизацию как механических, так и ранних электронных систем управления частотой вращения турбины, построенных на различных аппаратных платформах. Наш специализированный пакет инженерного обеспечения по модернизации существующих систем управления включает полный комплект элементов цифрового управления, а также все необходимые механические модификации, требуемые для модернизации существующих гидравлических или пневматических регуляторов работы турбины.
Регулятор STC также может быть запрограммирован для управления и защиты турбопривода и приводимого им оборудования. Нарушения при выполнении пусковых операций представляют, возможно, наибольшую опасность для эксплуатационной долговечности турбины. Во избежание повреждений и для снижения износа турбины, необходимо выполнять прогрев турбины на соответствующих пониженных оборотах. Пусковые процедуры должны прерываться, если не удовлетворены различные предпусковые условия (например, требуемое давление масла смазки). При пуске и останове не должна допускаться работа турбины при частотах вращения, которые могут вызвать вибрацию или другие разрушительные процессы.
Несоблюдение этих требований может привести к чрезмерному износу или повреждению турбины. Для снижения вероятности таких последствий, регулятор частоты вращения для паровых турбин обеспечивает автоматическое управление последовательностями пуска и останова, включая прецизионное регулирование частоты вращения при работе в режимах пониженных оборотов (idle), настраиваемые параметры темпа нагружения, предотвращающие работу турбины в диапазонах критической частоты вращения, а также дискретные входы разрешения пуска, в соответствии с техническими спецификациями производителя турбины.
Основные функции: • Регулирование частоты вращения; • Регулирование мощности; • Защита от сброса нагрузки; • Коррекция по параметрам пара; • Предпусковой прогрев; • Тестирование защиты турбины от раскрутки; • Защита от раскрутки; • Полное тестирование регулирующих клапанов. С помощью многоконтурного модуля ПИД-регулирования компании CCS могут быть сконфигурированы дополнительные контуры регулирования (до 10 контуров) с возможностями резервирования.
Регулятор STC может быть сконфигурирован для работы с любым типом промышленных паровых турбин. Обычно он используется в составе существующей системы управления технологической линии компрессоров. Такая интеграция приводит к повышению степени работоспособности и надежности системы управления компрессорной линии, а также снижению себестоимости системы, поскольку в этом случае предназначенные для регулятора частоты вращения процессор, стойка и блок питания не требуются.
Регулятор SТC полностью совместим с нашими регуляторами предотвращения помпажа (SPC), станционным регулятором (SC) и программным пакетом оптимизации производства.
Наш функционально-прикладной модуль регулирования частоты вращения (SТC) обеспечивает эффективную защиту и управление паровой турбиной заказчика как при пусковых условиях, так и в процессе нормальной (или аварийной) работы при минимальном вмешательстве оператора.
Регулятор предотвращения помпажа
Созданный и разработанный CCS антипомпажный регулятор или регулятор предотвращения помпажа (SPC - Surge Prevention Controller) обеспечивает эффективную и надёжную защиту центробежных и осевых компрессоров от помпажа.
Методика CCS по точному определению границы помпажа в условиях постоянно изменяющихся параметров процесса позволяет установить линию настройки антипомпажного регулирования таким образом, чтобы обеспечивать оптимальную безопасную зону регулирования при надёжной защите агрегата от помпажа без необходимости рециркуляции или сброса рабочей среды. Построенный на независимой аппаратной платформе контроллер обеспечивает полностью интегрированное многоконтурное антипомпажное регулирование многосекционных компрессоров.
Преимущества • Запатентованный метод расчёта близости к границе помпажа: расстояние рабочей точки компрессора до границы помпажа определяется на основании двух независимых методов расчёта: (1) по степени сжатия (Rc) и (2) по расходу через компрессор (dP). Этот метод обеспечивает повышенную точность расчётов, что особенно важно для многоступенчатых компрессоров и компрессоров с боковым подводом. • Контуры ПИД-регулирования: для выполнения антипомпажной защиты компрессора в регуляторе SPC предусмотрено два контура ПИД-регулирования. Один из модулей ПИД-регулирования используется для удержания рабочей точки компрессора ниже заданного значения перепада давления при условиях помпажа путём добавления зоны безопасности, определяемой на основе значения степени сжатия (Rс). Второй модуль ПИД-регулирования управляет положением рабочей точки компрессора для её удержания выше заданного значения расхода при условиях помпажа путём добавления зоны безопасности, определяемой на основе значения расхода через компрессор (dP).
• Алгоритмы оценки скорости изменений (ROC): благодаря разработанному CCS методу вычисления скорости изменения параметров по полевым сигналам, а также алгоритму предотвращения (детектирования) помпажа, помпаж компрессора может быть остановлен в течение первого цикла путём ступенчатого открытия рециркуляционного клапана и смещения линии настройки антипомпажного регулирования на заданное расстояние. • Удобный для оператора метод оценки положения границы помпажа компрессора: упрощённая калибровка регулятора и оценка положения границы помпажа компрессора с помощью стандартных экранов HMI и без необходимости для оператора выполнять расчёты. После того, как точка помпажа зарегистрирована, регулятор выполняет автоматическую конфигурацию во избежание ошибок при выполнении настройки вручную. • Счётчики помпажных хлопков компрессора: в системе предусмотрены независимые счётчики помпажных хлопков компрессора, что позволяет настроить команду на останов компрессора в случае длительного помпажа, вызванного, например, неисправностью антипомпажного клапана. • Алгоритмы воздействия по производной: во время быстрого уменьшения расхода вблизи линии настройки антипомпажного регулирования, алгоритм воздействия по производной открывает антипомпажный клапан до того, как рабочая точка достигнет линии настройки антипомпажного регулирования. • Переменные коэффициенты пропорциональности: при быстром перемещении рабочей точки компрессора в направлении уменьшения расхода до значений, выходящих за пределы допустимого запаса по безопасности, стандартное управляющее воздействие ПИ-регулирования усиливается за счёт прибавления коэффициента пропорциональности для ускорения открытия антипомпажного клапана.
• Корректирующие функции: автоматическое переключение в автоматический режим для защиты компрессора от повреждений из-за ошибок оператора. • Ограничивающее регулирование: регулятор SPC включает дополнительный многоцелевой контур ПИД-регулирования, предназначенный для выполнения ограничивающего регулирования параметров, например, давления в нагнетании или всасывании компрессора за счёт увеличения скорости рециркуляции.
• Запатентованные алгоритмы выживания: даже в случае потери сигналов от датчиков расхода через компрессор, регулятор будет продолжать выполнять гарантированное автоматическое управление. Непрерывная безопасная работа турбо-оборудования заказчика будет обеспечиваться при любых отказах полевой датчиковой аппаратуры. • Режимы автоматического пуска и останова: в антипомпажном регуляторе SPC предусмотрены дополнительные конфигурируемые алгоритмы плавного пуска и останова (нагрузки и разгрузки) компрессора в соответствии с техническими требованиями производителя и требованиями технологического процесса. • Дополнительная функция по защите компрессора от запирания потока (опция): в конфигурацию регулятора SPC может быть включена функция защиты компрессора от запирания потока. • Упреждающее регулирование: функция интегрирована с другими регуляторами SPC и предназначена для предотвращения взаимовлияния контуров регулирования (развязка) и дестабилизации процесса. • Совместимость: регулятор SPC полностью совместим со станционным регулятором (SC), газотурбинным регулятором (GTC), паротурбинным регулятором (STC) и программным пакетом по оптимизации работы турбомашинного оборудования.
Функционально-прикладной модуль SPC обеспечивает эффективную защиту турбокомпрессора от помпажа как в процессе пуска, так и при нормальной работе компрессора, а также в условиях аварийных ситуаций, при минимальной величине рециркуляции или сброса рабочей среды. Минимизация зоны регулирования приводит к снижению рециркуляции и повышает экономичность работы компрессора на 4-6%.
Регулятор станционный (Регулятор холодной рециркуляции)
Станционный регулятор (SC), созданный и разработанный компанией Continuous Control Solutions, выполняет распределение или выравнивание нагрузки между несколькими технологическими компрессорными линиями заказчика, регулирует производительность одной технологической компрессорной установки, а также может обеспечивать управление клапаном холодной рециркуляции, если таковой установлен.
Регулятор SC может регулировать основной параметр компрессорной станции и / или отдельные параметры турбокомпрессорного агрегата с использованием нескольких ПИД-алгоритмов.
Регулятор поддерживает следующие популярные регулируемые параметры: • Давление во всасывании/нагнетании компрессорной станции или установки; • Степень сжатия компрессорной станции или установки; • Расход через компрессорную станцию или установку.
Регулятор обеспечивает полностью интегрированное многоконтурное выравнивание нагрузки или регулирование производительности на независимой аппаратной платформе.
Распределение или выравнивание нагрузки между параллельно и / или последовательно работающими агрегатами выполняется с помощью определенных оптимальных целевых значений; например, для регулирования с помощью наших основных алгоритмов обычно выбираются такие параметры, как КПД компрессора, минимальное потребление газа или частота вращения. Использование определенного алгоритма для достижения конкретной цели регулирования зависит от состояния агрегата заказчика: • Алгоритм предотвращения помпажа (модуль SPC): Если один из агрегатов приближается к границе помпажа, в то время, как остальные агрегаты работают в нормальных условиях, станционный регулятор передает управление антипомпажному регулятору (SPC), который разгружает нормально работающие агрегаты и принудительно увеличивает нагрузку агрегата, работающего вблизи границы помпажа. • Алгоритм выравнивания нагрузки (LB): Если все агрегаты работают вблизи границы помпажа, алгоритм LB плавно выравнивает их частоту вращения (об / мин) или степень сжатия (Rc), при этом удерживая основной регулируемый параметр процесса. • Алгоритм оптимизации: Если все устройства работают в нормальном режиме (например, далеко от помпажа), управление процессом передается алгоритму оптимизации, который распределяет нагрузку между работающими агрегатами в соответствии с определенными заказчиком целями оптимизации (например, снижение расхода газового топлива).
Станционный регулятор (SC) может регулировать до двух основных переменных процесса; например, (1) станционное давление, в качестве первичной регулируемой переменной и (2) станционный расход, в качестве альтернативной переменной. Кроме того, регулятор SC обеспечивает защитные функции за счет использования ограничивающего регулирования двух переменных. Одной из них, как правило, является станционная температура, а другая может определяться на стадии проектирования. В режиме нормальной работы система управления гарантированно обеспечивает плавный переход между режимами управления основной и альтернативной переменными, а также в режим ограничивающего регулирования.
Другие жизненно важные функции, обеспечиваемые регулятором: • Автоматические последовательности пуска и останова компрессора; • Интеграция с регуляторами предотвращения помпажа (SPC), что предотвращает взаимовлияние контуров и дестабилизацию процесса; • Плавный переход между ручным и автоматическим режимами работы; • Диагностика достоверности входных сигналов и алгоритмы стратегий выживания, которые позволяют удерживать компрессор в сети в случае отказа датчиков; • Упреждающее регулирование: Станционный регулятор SC регулирует давление или расход в коллекторе станции путем прямого манипулирования топливными регулирующими клапанами (или положением входной дроссельной заслонки) каждого из параллельно / последовательно работающих агрегатов с целью снижения потребления топлива при одновременном регулировании основного параметра процесса. • Совместимость: Станционный регулятор SC полностью совместим с нашими регуляторами предотвращения помпажа (SPC), регуляторами топлива газовой турбины (GTC), регуляторами частоты вращения паровой турбины (STC) и программным пакетом оптимизации производства.
Если станция или предприятие заказчика оснащены линией холодной рециркуляции, регулятор холодной рециркуляции (Cold Recycle Controller - CRC) управляет клапаном холодной рециркуляции. При выполнении рециркуляции на любом из агрегатов, регулятор CRC открывает клапан холодной рециркуляции, обеспечивая, таким образом, альтернативный путь прохода газа, что в дальнейшем позволяет закрывать антипомпажный клапан агрегата. В нормальных условиях эксплуатации антипомпажные клапаны и клапаны холодной рециркуляции всех агрегатов закрыты. В случае быстрых и высокоамплитудных возмущений процесса регулятор SPC сначала открывает антипомпажный клапан агрегата и устанавливает его в положение, определяемое расчетной величиной расхода в линии рециркуляции. Затем регулятор CRC постепенно открывает клапан холодной рециркуляции с целью увеличения расхода через линию холодной рециркуляции, что позволяет закрыть антипомпажные клапаны агрегатов.
Наш функционально-прикладной модуль управления компрессорной станцией SC обеспечивает эффективное регулирование производительности турбокомпрессора заказчика как при пусковых условиях, так и в процессе нормальной (или аварийной) работы при минимальном вмешательстве оператора.
Иллюстрации (рисунки и фотографии) могут быть увеличены щелчком мышки
