Энергосберегающие режимы работы установок охлаждения природного газа
Ключевые слова:
транспорт газа, аппараты воздушного охлаждения, электропривод вентиляторов, оптимизация алгоритмов управления
Аннотация
Статья посвящена повышению энергоэффективности установок газовоздушного охлаждения магистральных компрессорных станций путем замены дискретного регулирования скорости вращения вентиляторов на непрерывное. Отмечены проблемы электромагнитной совместимости элементов электротехнического комплекса компрессорных станций при использовании большого количества частотно-регулируемых приводов вентиляторов. Рассмотрена возможность комбинированного управления частотой вращения вентиляторов. предусматривающего регулирование только части аппаратов воздушного охлаждения в составе установки охлаждения. Сформулированы задача и критерий оптимизации комбинированного управления с учетом ограничений на управляющие воздействия и требований технологического процесса. С использованием метода неопределенных множителей Лагранжа решена задача оптимизации режимов регулирования. Рассмотрены варианты алгоритма оптимального управления дискретно- и частотно-регулируемыми приводами аппаратов воздушного охлаждения с учетом нелинейного распределения температуры газа по длине теплообменника. Проведен анализ их эффективности. Предложена методика оценки экономии электроэнергии при использовании частотного и комбинированного способов регулирования скорости вращения вентиляторов.
Литература
1. Шайхутдинов А.З., Лифанов В.А., Маланичев В.А. Современные АВО газа – ресурс энергосбережения в газовой отрасли. – Газовая промышленность, 2010, № 9, c. 40–41.
2. Калинин А.Ф. Регулирование и оптимизация режимов работы системы охлаждения на КС. – Газовая промышленность, 2005, № 1, c. 47–50.
3. Устинов Е.В. Уменьшение энергопотребления аппаратов воздушного охлаждения газа. – Газовая промышленность, 2011, № 8, с. 54–57.
4. Белоусенко И.В. и др. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике газовой промышленности. М.: Недра-Бизнесцентр, 2002, 300 с.
5. Данилушкин А.И., Крайнов В.Г., Мигачева Л.А. Оптимизация стационарного распределения нагрузки аппаратов воздушного охлаждения газа. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2011, № 3 (31), с. 159–164.
6. Артюхов И.И. и др. Ресурсосберегающая технология охлаждения газа на компрессорных станциях. – Вестник Саратовского государственного технического университета, 2011, т. 1, № 3 (54), c. 25–32.
7. Кумар Б.К., Выгонюк П.И. Система автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения сырого природного газа. – Вестник Казахского национального технического университета им. К.И. Сатнаева, 2011, № 1 (83), c. 67–71.
8. Абакумов А.М. и др. Энергетическая эффективность установок охлаждения природного газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2019, № 3, c. 95–104.
9. Artyukhov I. et al. Energy Efficiency Analysis of Control Algorithms for Fan Electric Drives in Gas Air-Cooling Plants. – Proceedings of ICEPP 2021. Lecture Notes in Civil Engineering, 2021, pp 46–55, DOI: 10.1007/978-3-030-86047-9_5.
10. Аршакян И.И., Тримбач А.А. Повышение эффективности работы установок охлаждения газа. – Газовая промышленность, 2006, № 12, с. 52–55.
11. Артюхов И.И., Бочкарева И.И., Тримбач A.A. Качество электроэнергии в системе электроснабжения газотурбинной компрессорной станции в условиях оснащения установок охлаждения газа частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов. – Вестник Саратовского государственного технического университета, 2011, т. 4, № 2 (60), c. 165–170.
12. Бочкарева И.И. Обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых установок охлаждения газа с источниками электроснабжения: автореф. дис. … канд. техн. наук. Саратов: 2012, 19 с.
13. Абакумов А.М., Кузнецов П.К. Комбинированное управление электроприводами вентиляторов установок охлаждения газа. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2021, № 3, c. 67–82.
14. Крайнов В.Г. Оптимизация режимов работы электроприводов установок охлаждения газа при транспортировке: автореф. дис. … канд. техн. наук. Самара: 2014, 24 с.
15. Абакумов А.М., Зубков Ю.В., Абакумов О.А. Оптимизация стационарных режимов работы установок охлаждения газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов. – Известия вузов. Электромеханика, 2024, т. 67, № 1, c. 36–45.
16. Алимов С.В., Данилушкин И.А., Мосин В.Н. Моделирование установившихся процессов теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения газа. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2010, № 2 (26), c. 178–186.
17. СТО 2-3.5-510-2010. Установки и аппараты воздушного охлаждения газа. Технические требования. Стандарт организации ОАО «Газпром», 2011, 35 с.
18. Тримбач А.А. Совершенствование электротехнических комплексов установок охлаждения компримированного газа: дис. … канд. техн. наук. Саратов: 2007, 179 с.
19. Фираго Б.И., Павлячик Л. КПД асинхронного электродвигателя при частотном управлении с различными видами нагрузок. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2001, № 3, с. 52–59.
20. Соколова Е.М., Мощинский Ю.А. Оценка эффективности классических законов управления частотно-регулируемых асинхронных двигателей. – Электричество, 2019, № 12, с. 14–20.
#
1. Shayhutdinov A.Z., Lifanov V.A., Malanichev V.A. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Industry), 2010, No. 9, pp. 40–41.
2. Kalinin A.F. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Indust-ry), 2005, No. 1, pp. 47–50.
3. Ustinov E.V. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Indust-ry), 2011, No. 8, pp. 54–57.
4. Belousenko I.V. et al. Novye tehnologii i sovremennoe oborudovanie v elektroenergetike gazovoy promyshlennosti (New Technologies and Modern Equipment in Electrical Power Plants of Gas Industry). M.: Nedra-Biznestsentr, 2002, 300 p.
5. Danilushkin A.I., Kraynov V.G., Migacheva L.A. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2011, No. 3 (31), pp. 159–164.
6. Artyuhov I.I. et al. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Saratov State Technical University), 2011, vol. 1, No. 3 (54), pp. 25–32.
7. Kumar B.K., Vygonyuk P.I. Vestnik Kazahskogo natsional’nogo tehnicheskogo universiteta im. K.I. Satnaeva – in Russ. (Bulletin of Kazakh Scientific Technical University), 2011, No. 1 (83), pp. 67–71.
8. Abakumov A.M. et al. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2019, No. 3, pp. 95–104.
9. Artyukhov I. et al. Energy Efficiency Analysis of Control Algorithms for Fan Electric Drives in Gas Air-Cooling Plants. – Proceedings of ICEPP 2021. Lecture Notes in Civil Engineering, 2021, pp 46–55, DOI: 10.1007/978-3-030-86047-9_5.
10. Arshakyan I.I., Trimbach A.A. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Industry), 2006, No. 12, pp. 52–55.
11. Artyuhov I.I., Bochkareva I.I., Trimbach A.A. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Saratov State Technical University), 2011, vol. 4, No. 2 (60), pp. 165–170.
12. Bochkareva I.I. Obespechenie elektromagnitnoy sovmestimos-ti chastotno-reguliruemyh ustanovok ohlazhdeniya gaza s istochnikami elektrosnabzheniya: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk (Ensuring Electromagnetic Compatibility of Frequency-Controlled Gas Cooling Units with Power Supply Sources: Dis. Abstract. … Cand. Sci. (Eng.)). Saratov: 2012, 19 p.
13. Abakumov A.M., Kuznetsov P.K. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2021, No. 3, pp. 67–82.
14. Kraynov V. G. Optimizatsiya rezhimov raboty elektroprivodov ustanovok ohlazhdeniya gaza pri transportirovke: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk (Optimization of the Operating Modes of Electric Drives of Gas Cooling Units During Transportation: Dis. Abstract … Cand. Sci. (Eng.)). Samara: 2014, 24 p.
15. Abakumov A.M., Zubkov Yu.V., Abakumov O.A. Izves-tiya vuzov. Elektromehanika – in Russ. (Bulletin of Universities. Electro-mechanics), 2024, vol. 67, No. 1, p. 36–45.
16. Alimov S.V., Danilushkin I.A., Mosin V.N. Vestnik Sa-marskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2010, No. 2 (26), pp. 178–186.
17. STO 2-3.5-510-2010. Ustanovki i apparaty vozdushnogo ohlazhdeniya gaza. Tehnicheskie trebovaniya. Standart organizatsii OAO «Gazprom» (Installations and Devices for Air Cooling of Gas. Technical Requirements. The Standard of the Organization of OJSC "Gazprom"), 2011, 35 p.
18. Trimbach A.A. Sovershenstvovanie elektrotehnicheskih kompleksov ustanovok ohlazhdeniya komprimirovannogo gaza: dis. … kand. tehn. nauk (Improvement of Electrical Complexes of Compressed Gas Cooling Units: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)). Saratov: 2007, 179 p.
19. Firago B.I., Pavlyachik L. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob’‘edineniy SNG – in Russ. (Power Industry. News of Higher Educational Institutions and Energy Associations of the CIS), 2001, No. 3, pp. 52–59.
20. Sokolova E.M., Moshchinskiy Yu.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 12, pp. 14–20
2. Калинин А.Ф. Регулирование и оптимизация режимов работы системы охлаждения на КС. – Газовая промышленность, 2005, № 1, c. 47–50.
3. Устинов Е.В. Уменьшение энергопотребления аппаратов воздушного охлаждения газа. – Газовая промышленность, 2011, № 8, с. 54–57.
4. Белоусенко И.В. и др. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике газовой промышленности. М.: Недра-Бизнесцентр, 2002, 300 с.
5. Данилушкин А.И., Крайнов В.Г., Мигачева Л.А. Оптимизация стационарного распределения нагрузки аппаратов воздушного охлаждения газа. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2011, № 3 (31), с. 159–164.
6. Артюхов И.И. и др. Ресурсосберегающая технология охлаждения газа на компрессорных станциях. – Вестник Саратовского государственного технического университета, 2011, т. 1, № 3 (54), c. 25–32.
7. Кумар Б.К., Выгонюк П.И. Система автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения сырого природного газа. – Вестник Казахского национального технического университета им. К.И. Сатнаева, 2011, № 1 (83), c. 67–71.
8. Абакумов А.М. и др. Энергетическая эффективность установок охлаждения природного газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2019, № 3, c. 95–104.
9. Artyukhov I. et al. Energy Efficiency Analysis of Control Algorithms for Fan Electric Drives in Gas Air-Cooling Plants. – Proceedings of ICEPP 2021. Lecture Notes in Civil Engineering, 2021, pp 46–55, DOI: 10.1007/978-3-030-86047-9_5.
10. Аршакян И.И., Тримбач А.А. Повышение эффективности работы установок охлаждения газа. – Газовая промышленность, 2006, № 12, с. 52–55.
11. Артюхов И.И., Бочкарева И.И., Тримбач A.A. Качество электроэнергии в системе электроснабжения газотурбинной компрессорной станции в условиях оснащения установок охлаждения газа частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов. – Вестник Саратовского государственного технического университета, 2011, т. 4, № 2 (60), c. 165–170.
12. Бочкарева И.И. Обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых установок охлаждения газа с источниками электроснабжения: автореф. дис. … канд. техн. наук. Саратов: 2012, 19 с.
13. Абакумов А.М., Кузнецов П.К. Комбинированное управление электроприводами вентиляторов установок охлаждения газа. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2021, № 3, c. 67–82.
14. Крайнов В.Г. Оптимизация режимов работы электроприводов установок охлаждения газа при транспортировке: автореф. дис. … канд. техн. наук. Самара: 2014, 24 с.
15. Абакумов А.М., Зубков Ю.В., Абакумов О.А. Оптимизация стационарных режимов работы установок охлаждения газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов. – Известия вузов. Электромеханика, 2024, т. 67, № 1, c. 36–45.
16. Алимов С.В., Данилушкин И.А., Мосин В.Н. Моделирование установившихся процессов теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения газа. – Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2010, № 2 (26), c. 178–186.
17. СТО 2-3.5-510-2010. Установки и аппараты воздушного охлаждения газа. Технические требования. Стандарт организации ОАО «Газпром», 2011, 35 с.
18. Тримбач А.А. Совершенствование электротехнических комплексов установок охлаждения компримированного газа: дис. … канд. техн. наук. Саратов: 2007, 179 с.
19. Фираго Б.И., Павлячик Л. КПД асинхронного электродвигателя при частотном управлении с различными видами нагрузок. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2001, № 3, с. 52–59.
20. Соколова Е.М., Мощинский Ю.А. Оценка эффективности классических законов управления частотно-регулируемых асинхронных двигателей. – Электричество, 2019, № 12, с. 14–20.
#
1. Shayhutdinov A.Z., Lifanov V.A., Malanichev V.A. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Industry), 2010, No. 9, pp. 40–41.
2. Kalinin A.F. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Indust-ry), 2005, No. 1, pp. 47–50.
3. Ustinov E.V. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Indust-ry), 2011, No. 8, pp. 54–57.
4. Belousenko I.V. et al. Novye tehnologii i sovremennoe oborudovanie v elektroenergetike gazovoy promyshlennosti (New Technologies and Modern Equipment in Electrical Power Plants of Gas Industry). M.: Nedra-Biznestsentr, 2002, 300 p.
5. Danilushkin A.I., Kraynov V.G., Migacheva L.A. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2011, No. 3 (31), pp. 159–164.
6. Artyuhov I.I. et al. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Saratov State Technical University), 2011, vol. 1, No. 3 (54), pp. 25–32.
7. Kumar B.K., Vygonyuk P.I. Vestnik Kazahskogo natsional’nogo tehnicheskogo universiteta im. K.I. Satnaeva – in Russ. (Bulletin of Kazakh Scientific Technical University), 2011, No. 1 (83), pp. 67–71.
8. Abakumov A.M. et al. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2019, No. 3, pp. 95–104.
9. Artyukhov I. et al. Energy Efficiency Analysis of Control Algorithms for Fan Electric Drives in Gas Air-Cooling Plants. – Proceedings of ICEPP 2021. Lecture Notes in Civil Engineering, 2021, pp 46–55, DOI: 10.1007/978-3-030-86047-9_5.
10. Arshakyan I.I., Trimbach A.A. Gazovaya promyshlennost’ – in Russ. (Gas Industry), 2006, No. 12, pp. 52–55.
11. Artyuhov I.I., Bochkareva I.I., Trimbach A.A. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Saratov State Technical University), 2011, vol. 4, No. 2 (60), pp. 165–170.
12. Bochkareva I.I. Obespechenie elektromagnitnoy sovmestimos-ti chastotno-reguliruemyh ustanovok ohlazhdeniya gaza s istochnikami elektrosnabzheniya: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk (Ensuring Electromagnetic Compatibility of Frequency-Controlled Gas Cooling Units with Power Supply Sources: Dis. Abstract. … Cand. Sci. (Eng.)). Saratov: 2012, 19 p.
13. Abakumov A.M., Kuznetsov P.K. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2021, No. 3, pp. 67–82.
14. Kraynov V. G. Optimizatsiya rezhimov raboty elektroprivodov ustanovok ohlazhdeniya gaza pri transportirovke: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk (Optimization of the Operating Modes of Electric Drives of Gas Cooling Units During Transportation: Dis. Abstract … Cand. Sci. (Eng.)). Samara: 2014, 24 p.
15. Abakumov A.M., Zubkov Yu.V., Abakumov O.A. Izves-tiya vuzov. Elektromehanika – in Russ. (Bulletin of Universities. Electro-mechanics), 2024, vol. 67, No. 1, p. 36–45.
16. Alimov S.V., Danilushkin I.A., Mosin V.N. Vestnik Sa-marskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Samara State Technical University. Series: Technical Sciences), 2010, No. 2 (26), pp. 178–186.
17. STO 2-3.5-510-2010. Ustanovki i apparaty vozdushnogo ohlazhdeniya gaza. Tehnicheskie trebovaniya. Standart organizatsii OAO «Gazprom» (Installations and Devices for Air Cooling of Gas. Technical Requirements. The Standard of the Organization of OJSC "Gazprom"), 2011, 35 p.
18. Trimbach A.A. Sovershenstvovanie elektrotehnicheskih kompleksov ustanovok ohlazhdeniya komprimirovannogo gaza: dis. … kand. tehn. nauk (Improvement of Electrical Complexes of Compressed Gas Cooling Units: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)). Saratov: 2007, 179 p.
19. Firago B.I., Pavlyachik L. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob’‘edineniy SNG – in Russ. (Power Industry. News of Higher Educational Institutions and Energy Associations of the CIS), 2001, No. 3, pp. 52–59.
20. Sokolova E.M., Moshchinskiy Yu.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 12, pp. 14–20
