Прогнозирование рабочей точки центробежного турбокомпрессора и совершенствование алгоритма АСУТП противопомпажной защиты на основе математического моделирования
П.А. Шомов, Д.А. Шинкевич, И.К. Муравьев, С.М. Кулагин, Д.А. Праньков
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 4, сс. 12—18
Скачать PDF
Состояние вопроса. Центробежные компрессоры большой производительности высокого и среднего давлений применяются в газотранспортных системах ПАО «ГАЗПРОМ», на металлургических комбинатах, предприятиях нефтяной, химической промышленности и др. Одним из факторов, влияющих на надежность обеспечения технологических процессов, является прогнозирование явления помпажа в целях недопущения аварии на центробежных компрессорах. При этом унифицированного алгоритма прогнозирования явления помпажа при изучении литературных источников не выявлено. Настоящее исследование посвящено разработке имитационной модели турбокомпрессорного агрегата, предназначенного для обеспечения доменной печи дутьем с требуемыми технологическими параметрами.
Материалы и методы. В качестве объекта имитационного моделирования выбран центробежный турбокомпрессор К-5500-41-1М с паровой турбиной К-22-90-2М. Рассмотрены режимы работы турбокомпрессора с учетом термодинамических параметров воздуха от –35 до +35 оС по фактическим и прогнозируемым характеристикам турбокомпрессора с учетом его технического состояния. Имитационная модель разработана на базе теплогидравлического кода (HS), который является модулем среды динамического моделирования SimInTech.
Результаты. Представлены результаты вычислительного моделирования турбокомпрессорного агрегата, состоящего из турбины, компрессора, системы охлаждения, кинематической связи между паровой турбиной и ротором компрессора. Разработана динамическая визуализация положения рабочей точки компрессора на газодинамической характеристике в целях мониторинга и определения безаварийной работы компрессора (контроль зоны помпажа). Описаны способы регулирования частоты вращения ротора посредством изменения механизма управления паровой турбины (регулирующего парового клапана). Рассмотрены изменения характеристики сети в зависимости от положения воздушно-разгрузочного клапана (СНОРТ) в целях изменения параметров дутья на нагнетании компрессора.
Выводы. Разработанная имитационная модель может быть использована для анализа и моделирования режимов работы турбокомпрессорных агрегатов, позволяет создавать и настраивать режимы работы центробежных компрессоров на промышленных предприятиях, предоставляет возможность визуализации рабочей точки, определения допустимой рабочей области, учета запаса по помпажу, оценки влияния параметров окружающего воздуха, а также возможность создать на ее базе новый алгоритм АСУТП турбокомпрессора.
1. Шомов П.А. Повышение энергетической эффективности магистральных газопроводов за счет изменения режимных и конструктивных параметров // Промышленная энергетика. – 2023. – № 11. – С. 28–35.
2. Коршиков Г.В. Энциклопедический словарь-справочник по металлургии. – Липецк: Липецкое издательство Госкомпечати РФ, 1998. – 779 с.
3. Черкасский В.М., Романова Т.М., Кауль Р.А. Насосы, компрессоры, вентиляторы: учеб. пособие для энергетических вузов и факультетов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1968. – 304 с.
4. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров / И.Г. Хисамеев, В.А. Максимов, Г.С. Баткис, Я.З. Гузельбаев. – Казань: Изд-во «ФЭН», 2010. – 671 с.
5. Осинцев В.В., Форостов В.М., Жиргалова Т.Б. Газодинамические расчеты центробежных компрессорных машин: учеб. пособие / Челяб. политехн. ин-т им. Ленинского комсомола. – Челябинск: ЧПИ, 1989. – 89 с.
6. Среда динамического моделирования технических систем SimInTech: Практикум по моделированию систем автоматического регулирования / Б.А. Карташов, Е.А. Шабаев, О.С. Козлов, А.М. Щекатуров. – М.: ДМК Пресс, 2017. – 424 с.
7. Хадиев М.Б., Зиннатуллин Н.Х., Нафиков И.М. Механизм помпажа в центробежных компрессорах // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – № 16. – С. 249–255.
8. Щекатуров А.М., Корсаков А.Р. SimInTech: Методика моделирования динамики паротурбинной установки. – М.: ДМК Пресс, 2021. – 242 с.
9. Шинкевич Д.А., Муравьев И.К., Сурков М.Д. Особенности регулирования центробежного компрессора при работе на потребителя с жестко заданными параметрами // Энергетические системы: X Междунар. науч.-техн. конф. (ICES-2024B): сб. трудов. Белгород, 2024. – Т. 9, № 3. – С. 66–71.