КАЛИБРОВКА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ВЕНТИЛЯТОРОВ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
Конференция: XCVII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
Секция: Электротехника
XCVII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
КАЛИБРОВКА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ВЕНТИЛЯТОРОВ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
CALIBRATION OF DIAGNOSTIC CRITERION OF THERMOTECHNICAL STATE AT CONTROL OF ELECTRIC DRIVES OF FANS OF GAS AIR COOLING UNITS
Maskov Linar Ramilevich
Electrician for repair and maintenance of electrical installations, Gazprom Dobycha Yamburg LLC, Russia, Novy Urengoy
Аннотация. В статье рассматривается задача повышения эффективности управления электротехническим комплексом аппаратов воздушного охлаждения газа на основе разработки диагностического критерия теплотехнического состояния. Разработаны интегральный и секционный диагностические показатели, учитывающие реальные условия эксплуатации и многоступенчатую структуру охлаждения. Показано, что интегральный показатель обладает ограниченной чувствительностью к локальному снижению эффективности секций. Для повышения достоверности диагностики предложена калибровка пороговых значений диагностического критерия.
Abstract. The article considers the task of increasing the efficiency of controlling the electrical complex of gas air cooling units based on the development of a diagnostic criterion for the thermal state. Integral and sectional diagnostic indicators have been developed, taking into account the actual operating conditions and the multi-stage cooling structure. It has been shown that the integral indicator has limited sensitivity to local decreases in the efficiency of sections. To increase the reliability of diagnostics, the calibration of the diagnostic criterion threshold values has been proposed.
Ключевые слова: аппарат воздушного охлаждения газа, электротехнический комплекс, диагностический критерий, теплотехническое состояние, управление электроприводами.
Keywords: gas air cooling unit, electrical complex, diagnostic criterion, thermotechnical condition, electric drive control.
Аппарат воздушного охлаждения (АВО) газа являются ключевыми элементами технологических систем подготовки и транспорта природного газа, обеспечивающими требуемый температурный режим и устойчивую работу оборудования. Эффективность работы АВО газа определяется состоянием теплообменных поверхностей и режимами работы электроприводов вентиляторов в составе многодвигательного электротехнического комплекса (ЭТК) [1–3].
Для количественной оценки теплотехнического состояния теплообменного оборудования применяется безразмерный критерий, основанный на сравнении фактической и эталонной паспортной эффективности охлаждения (тепловой нагрузки):
, (1)
где 
– коэффициент теплотехнического состояния,
– фактическая эффективность охлаждения,
– паспортная эффективность охлаждения,
– фактическая тепловая нагрузка,
– паспортная тепловая нагрузка.
Использование критерия (1) ограничено рядом факторов:
1) оценка теплотехнического состояния в одной точке измерения;
2) не учитывается многоступенчатая структура теплообменного аппарата, включающего последовательно работающие секции;
3) не позволяет восстановить теплотехническое состояние отдельной секции по измеренной эффективности многоступенчатой системы охлаждения.
Перечисленные ограничения обусловливают необходимость разработки аналитического диагностического подхода, обеспечивающего корректную оценку теплотехнического состояния, как отдельных секций, так и аппарата в целом с учётом реальных условий эксплуатации. Решение данной задачи требует использования моделей, учитывающих зависимость эффективности от расхода газа и особенности многоступенчатых схем охлаждения.
Для устранения ограничений и получения более полной оценки параметров работы АВО газа предлагается ввести усовершенствованный диагностический подход, основанный на сопоставление регрессионной модели, определяемой по паспортной лучевой характеристике АВО газа, с интегральным показателем тепловой эффективности [4], учитывающим реальные условия эксплуатация, позволяющий ввести новый интегральный критерий теплотехнического состояния одного аппарата:
, (2)
где 
– интегральный показатель тепловой эффективности,
– относительный расход газа.
Критерий (2) учитывает паспортную зависимость эффективности от расхода и обеспечивает корректное сравнение фактического и номинального режимов в реальных условиях эксплуатации. Для анализа состояния отдельной секции аппарата предлагается ввести секционный диагностический показатель, основанный на восстановлении эффективности секции по измеренным параметрам аппарата:
, (3)
где 
– секционный диагностический показатель,
– паспортная эффективность охлаждения секции,
– номер секции.
Выражение (3) представляет собой интегральный критерий теплотехнического состояния секции для многоступенчатой схемы охлаждения газа. Диапазон возможных значений 
показывает степень отклонения теплопередающей способности от номинальных параметров, что позволяет выделить нормальный, переходный и критический режимы работы оборудования. Для оценки влияния снижения эффективности секции выполнен анализ чувствительности критерия теплотехнического состояния для одной секции, одного аппарата (2 секции) и двух аппаратов (4 секции, схема двухступенчатого охлаждения) (табл.1).
Таблица 1.
Влияние снижения эффективности секции на коэффициент теплотехнического состояния
|
Снижение эффективности секции, % |
Одна секция, Ксек |
Один аппарат, К2 |
Два аппарата, К4 |
|
5 |
0,95 |
0,963 |
0,981 |
|
10 |
0,90 |
0,924 |
0,959 |
|
15 |
0,85 |
0,884 |
0,935 |
|
20 |
0,80 |
0,843 |
0,909 |
|
25 |
0,75 |
0,800 |
0,880 |
|
30 |
0,70 |
0,756 |
0,849 |
|
35 |
0,65 |
0,711 |
0,814 |
|
40 |
0,60 |
0,664 |
0,776 |
Проведённый расчёт показал, что при последовательном включении секций эффективность аппарата или группы аппаратов становится менее чувствительной к снижению эффективности отдельной секции. Даже при значительном падении эффективности одной секции (20 %) суммарный критерий для двух аппаратов остаётся близким к единице, что приводит к искажённой оценке реального состояния оборудования. Выявленная особенность ограничивает возможность использования интегрального критерия для диагностики локальных изменений теплотехнического состояния и требует дополнительной корректировки его пороговых значений.
Для корректной оценки состояния оборудования предлагается ввести калибровку пороговых значений критериев, основанную на сопоставлении их с одинаковыми уровнями падения эффективности секций, что позволит перейти к единой шкале чувствительности. Предлагаемая интерпретация критерия (3) может служить основанием для принятия решений о необходимости очистки, диагностики или корректировки режимов функционирования ЭТК АВО газа с учетом предлагаемой идентификации критерия теплотехнического состояния по шкалам чувствительности (табл.2).
Таблица 2.
Идентификация критерия теплотехнического состояния по шкалам чувствительности
|
Уровень состояния |
Одна секция, Ксек |
Один аппарат, К2 |
Два аппарата, К4 |
Характеристика |
|---|---|---|---|---|
|
норма |
Ксек≥0,9 |
К2≥0,93 |
К4≥0,96 |
потеря эффективности секции ≤ 10 %, теплопередача близка к паспортной |
|
умеренное загрязнение |
0,8≤Ксек≤0,9 |
0,85≤К2≤0,93 |
0,91≤К4≤0,96 |
10–20 % падение эффективности секции, требуется очистка |
|
существенное загрязнение |
0,7≤Ксек≤0,8 |
0,78≤К2≤0,85 |
0,85≤К4≤0,91 |
20–30 % падение эффективности секции, заметное ухудшение теплообмена |
|
сильное загрязнение / дефект |
Ксек<07 |
К2<0,78 |
К4<0,85 |
потеря эффективности секции > 30 %, требуется срочная очистка и диагностика |
Предлагаемая калибровка пороговых значений критерия теплотехнического состояния обеспечивает корректную диагностику, как отдельных секций, так и аппарата в целом, а также позволяет использовать данный критерий в качестве управляющей переменной в системе дискретного управления электроприводами вентиляторов АВО газа. В этом случае диагностический критерий выполняет не только функцию индикатора состояния оборудования, но и функцию элемента обратной связи, на основе которого формируются управляющие воздействия, связанные с включением, отключением и перераспределением нагрузки между вентиляторами.
