Оптимизация стационарных режимов работы установок охлаждения газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов

Alexander M. Abakumov; Yuri V. Zubkov; Oleg A. Abakumov

doi:10.17213/0136-3360-2024-1-36-45

Authors

Alexander M. Abakumov Samara State Technical University
Yuri V. Zubkov Samara State Technical University
Oleg A. Abakumov Samara State Technical University

DOI:

https://doi.org/10.17213/0136-3360-2024-1-36-45

Keywords:

cooling units, natural gas, individual characteristics, air cooling apparatuses, continuous control, fan speed, control optimization

Abstract

The article considers the problem of algorithm optimization for controlling the fan speed in the air-cooling units (ACU) of natural gas taking into account individual characteristics of the units by the criterion of minimum total power on the fan shaft. The method of uncertain Lagrange multipliers is used to solve the problem. The formulation and methodology for solving the problem of optimizing the gas temperature control at the outlet of the cooling unit for apparatuses with different characteristics are presented. The optimum algorithm of controlling the speed of ACU fans taking into account their individual characteristics and restrictions on the maximum speed contains several intervals. Expressions for determining the optimal fan speed of individual ACUs at each control interval have been found. For a particular case the values of the total power on the fans shaft are calculated and the possibility of essential reduction of the power required for cooling when using the optimal control is substantiated. The possibility of implementing optimal control algorithms in the automatic control system closed by the gas temperature at the outlet of the cooling unit is being discussed. The use of optimal control algorithms makes it possible to realize additional potential opportunities for increasing the energy efficiency of natural gas cooling units with frequency-controlled fan drive.

Author Biographies

Alexander M. Abakumov, Samara State Technical University

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor Department of Electromechanics and Automotive Electrical Equipment, Samara State Technical University

Yuri V. Zubkov, Samara State Technical University

Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department Head of «Power Supply of Industrial Enterprises», Samara State Technical University

Oleg A. Abakumov, Samara State Technical University

Postgraduate, Department «Power Supply of Industrial Enterprises», Samara State Technical University

References

Модернизация вентиляторов АВО газа при реконструкции КС МГ / С.В. Алимов, А.О. Прокопец, С.В. Кубаров и др. // Газовая промышленность. 2009. № 4. С. 54 – 56.

Шайхутдинов А.З., Лифанов В.А., Маланичев В.А. Современные АВО газа – ресурс энергосбережения в газовой от-расли // Газовая промышленность. 2010. № 9. С. 40 – 41.

Ресурсосберегающая технология охлаждения газа на компрессорных станциях / И.И. Артюхов, И.И. Аршакян, Р.Ш. Тарисов, А.А. Тримбач, Е.В. Устинов // Вестник Саратовского гос. техн. ун-та. 2011. №1 (54). Вып. 3. С. 25 – 32.

Артюхов И.И. Аршакян И.И., Крылов И.П. Автоматическое управление аппаратами воздушного охлаждения на объектах магистрального транспорта газа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2003. № 1. С. 33 – 36.

Аршакян И.И. Повышение эффективности электротехнических комплексов установок охлаждения газа: автореф. дис … канд. техн. наук. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т 2004. 24 с.

Данилушкин А.И., Крайнов В.Г., Мигачева Л.А. Оптимизация стационарного распределения нагрузки аппаратов воз-душного охлаждения газа // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». 2011. № 3 (31). С. 159 – 164.

Ванчин А.Г. Расчет работы узла воздушного охлаждения газа в условиях компрессорной станции магистрального га-зопровода [Электронный ресурс] // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2013. Вып. № 3. С. 164 – 179. URL: http://www.ogbus.ru (Дата обращения 10.08.23)

Крайнов В. Г. Оптимизация режимов работы электроприводов установок охлаждения газа при транспортировке: ав-тореф. дис … канд. техн. наук. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2014. 24 с.

Алимов C. B. Повышение энергоэффективности стационарных режимов работы установок охлаждения газа с частот-но-регулируемым электроприводом: автореф. дис … канд. техн. наук. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2011. 24 с.

Оптимизация стационарных режимов работы установок охлаждения газа компрессорных станций магистральных га-зопроводов / А.М Абакумов, С.В. Алимов, Л.А. Мигачева, В.Н. Мосин // Изв. вузов. Электромеханика. 2011. № 3. С. 110 – 113.

Абакумов А.М., Алимов С.В., Мигачева Л.А. Аналитическое и экспериментальное исследование стационарных ре-жимов работы установок охлаждения газа компрессорных станций магистральных газопроводов // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». 2010. № 6(28). С. 113 – 117.

Абакумов А.М., Антропов В.Е., Абакумов О.А. Энергетическая эффективность установок охлаждения природного газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». 2019. № 3. С. 95 – 104.

I. Artyukhov. Energy Efficiency Analysis of Control Algorithms for Fan Electric Drives in Gas Air-Cooling Plants/ I. Artyukhov , A. Abakumov, A. Zemtsov, Y. Yerbayev,V. Zakharov // International Conference on Efficient Production and Processing ICEPP / Lecture Notes in Civil Engineering, P. 46-55.

Кумар Б.К., Выгонюк П.И. Система автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения сырого при-родного газа // Вестник казахского национального техн. ун-та им. К.И. Сатнаева. 2011. №1 (83). С. 67 – 71.

Linde R. Advantage of pipelining gas at low temperatures/ R. Linde // Pipe Line Industry. 1984. Vol. 55. No 3. P. 49 – 56.

Abakumov A.M., Stepashkin I.P. Research of the adaptive automatic control system at the natural gas air-cooling unit // 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 16-19 May 2017. doi: 10.1109/ICIEAM.2017.8076297.

Abakumov A.M., Stepashkin I.P. The Adaptive Automatic Control System of Natural Gas Air-Cooling Unit // 2018 Interna-tional Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2018 2019. С. 8602811.

Абакумов А.М., Мигачев А.В., Степашкин И.П. Исследование системы управления аппаратом воздушного охла-ждения природного газа // Известия вузов. Электромеханика. 2016. № 6. С. 130 – 134. DOI:10.17213/0136-3360-206-6-130-134

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 вентиля-торов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. № 4 (60). Вып. 2. С. 165- 170.

Бочкарева И.И. Обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых установок охлаждения газа с источниками электроснабжения: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.09.03. Саратов: Сарат. гос. гехн. ун-т., 2012. 19 с.

Некоторые аспекты применения частотно-регулируемого электропривода в системах воздушного охлаждения ком-примированного газа / И.И. Артюхов, И.И. Аршакян., М.В. Жабский, А.В. Коротков, Н.В. Погоди., А.А. Тримбач // Вестник Саратовского гос. техн. ун-та. 2006. № 1 (100). Вып. 1. С. 20 – 29.