專利名稱：天然氣發動機-往復式壓縮機組仿真系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種仿真系統，尤其是天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統。
背景技術：
目前，仿真是利用模型對系統特性實現再現并對系統進行試驗研究的一門技術。1982年，我國研制成功了第一套火電仿真機組，1990年研制出第一臺東 北電網仿真系統。較早出現的電網仿真系統主要為帶盤臺的模式，它占用空間 較大， 一般在培訓中心集中布置。電網仿真系統研究也只側重于調度員的曰常 搡作，而故障診斷和處理的研究不深，暫態過程的仿真也只能釆用"事故再現" 和"事故預想"的方法，不能隨意仿真電網的事故。另外事故處理的答案完全 由教練員根據經驗得出，缺乏智能性，很難得到最佳的處理措施，加上國內現 場基礎數據普遍較差，系統維護水平不高，有時產生不正確的仿真結果會誤導 運行人員。 發明內容為了克服現有仿真系統的不足，本發明提供一套完整的天然氣發動機一往 復式壓縮機組仿真系統，提供了一種高效、真實的用于天然氣發動機-往復式 壓縮機運行、維護技術人員培訓的教學手段，并給出了天然氣發動機-往復式 壓縮機組對象的數學模型。本發明解決其技術問題所釆用的技術方案是天然氣發動機一往復式壓縮 機組仿真系統，它的仿真系統硬件結構包括仿真計算機、就地控制柜、外部 設備、網絡交換機、學員機；仿真系統軟件結構包括仿真系統軟件主界面、啟動子系統、冷卻子系統、潤滑子系統、燃料氣子系統、工藝氣子系統、機組 故障處理子系統。機組就地控制柜包含仿真PLC、操作面板和觸摸屏，仿真PLC負責管理觸摸 屏及搡作面板，實現機組邏輯控制。PLC和軟件模擬的各個系統、觸摸屏通過 0PC進行數據通訊。仿真計算機實現機組運行參數的模擬以及各種操作界面的實 現；PLC與仿真計算機之間底層的通訊方式采用RS485,應用層由iFix的驅動 程序提供；仿真計算機與各學員機之間底層通訊方式采用以太網，應用層遵循 0PC規范。燃料氣子系統主要模擬燃料供給及燃燒系統工藝流程。由下列數學模型組 成燃料氣手動球閥模型、燃料氣孔板模型、儀表氣手動球閥模型、燃料氣針 閥模型、安全閥模型、止回闔模型、分離器模型、液位計模型、調壓閥模型、 燃料氣控制閥模型、燃料氣壓力控制閩模型、渦輪透平模型、壓氣機模型、膨 脹節模型、消音器模型。模擬的參數包括燃料氣進氣溫度、壓力；燃料氣空 燃比；發動機排氣溫度；渦輪壓縮機排氣壓力、溫度；中冷器進口空氣溫度； 中冷器出口空氣溫度等。潤滑油子系統主要模擬潤滑系統工藝流程和工藝參數。由分配塊、注油器、 壓縮機、油泵、調壓閥、安全閩、油水換熱器、溫控閥、過濾器、針閥、排油 球閥、Y型過濾器、手動球閥、加熱器電機、加熱器、止回閥、高位油箱、排油 球閥、撓性接管、等元件的數學模型組成。模擬的參數包括壓縮機油溫、油 壓、油位；發動機油溫、油壓、油位；自勵式三通調節閥進出口油溫等。啟動子系統模擬啟動系統的操作工藝流程和工藝參數。啟動系統由啟動氣 手動控制球閥、啟動氣Y型過濾器、啟動氣撓性接管、啟動氣氣控繼動閥、馬 達、啟動氣電磁閥、啟動氣手動控制互鎖閩、預后潤滑電磁閩、預后潤滑氣控繼動閥、預后潤滑調壓閥、預后潤滑安全閥、預后潤滑油霧器、預后潤滑油泵等元件的數學模型組成。模擬的參數包括各控制閥的開關狀態、氣動馬達轉 速、預后潤滑泵轉速等。冷卻子系統模擬冷卻系統工藝流程和工藝參數。由夾套水泵、撓性接管、 溫控閱、蝶閥、手動球閥、空冷器、膨脹水箱、手動球閥、加熱器電機、加熱 器、止回閥、輔助水泵、透平換熱、發動機油水換熱器、壓縮機油水換熱器、 手動球閥、溫控閥、蝶閎、膨脹水箱等元件的數學模型組成。模擬的參數包括 夾套冷卻水溫度；輔助水溫度、中冷器入口、出口水溫；冷油器出口、入口水 溫；冷卻器出口、入口水溫等。工藝氣子系統模擬工藝氣系統工作流程，主要由洗滌氣罐，壓縮機組，遠 控閥門，換熱器等。工藝氣子系統可分為濾氣系統，壓縮機組和換熱系統。濾 氣系統包括進氣管，洗滌(氣)罐，此系統主要完成對進入壓縮機組內的工藝 氣進行凈化；壓縮機組模擬完成對工藝氣壓縮的操作，壓縮機和發動機同軸連 動，當發動機啟動，壓縮機也開始啟動，若氣路中有氣體供給，壓縮機將對氣 體壓縮加壓，使其壓力增高，待進入輸氣主管道；換熱系統包括換熱器和風扇， 模擬完成壓縮機加壓后氣體的冷卻操作。仿真系統的報警功能是這樣實現的首先，在系統運行時，PLC不斷掃描事 先定義好的一些重要參數(掃描是通過PLC和仿真計算機之間的網絡通信實現 的，并遵循OPC協議規范)。當仿真計算機中的某個工藝參數超過報警上限時， 一方面模型機會在畫面上顯示報警信息，另一方面，PLC也很快就會知道，立即 顯示在觸摸屏上。如果某個工藝參數達到停機動作值，PLC將立即向模型機發出 停機信號，整個系統將會進入停機狀態。各參數的報警上限值和停機值是在觸 摸屏上設置并保存在PLC中的。此仿真系統的各個子系統相對獨立，又相互影響，能夠完整的模擬天然氣 發動機-往復式壓縮機組的運行工況，和實際機組的運行工況完全一致。各個 子系統都設置了在機組實際運行時可能遇到的故障，供學員在培訓時學習怎么 處理機組運行時遇到的故障。實際系統就地控制盤面板包括兩部份 一部分為壓縮機控制盤，另一部分 為發動機控制盤。在仿真系統中將實際系統控制盤面板的兩部分都放到一個PLC 控制柜上，為了區別兩個部分，將它們分為兩個區域，如附圖3所示。其中下 面的部分為發電機控制盤，上面的部分為壓縮機組控制盤。在觸摸屏主界面上 集成了機組觸摸屏的所有界面，以及發動機的顯示屏界面。在主界面的最左下 角，有一個隱藏的進入觸摸屏設置的按鈕，如果在特殊情況需要設置觸摸屏的 相關參數，按主界面的最左下角進入。緊急停機是一種非正常停機，包括壓縮機組就地緊急停機、遠程PC緊急停 機和站控ESD緊急停機及DCS (北京調度中心)緊急停機。機組緊急停機的過程如 下當機組由于保護系統動作或釆取緊急停機措施后，機組將自動完成下列動 作切斷燃料氣供給，關閉空氣冷卻器，機組將打開加載閥，關閉進口閥、出 口閥，然后打開泄放閥進行放空。緊急停機后，發動機和壓縮機沒有后潤滑。本發明的有益效果是，提供了一種高效、真實的用于天然氣發動機-往復 式壓縮機運行、維護技術人員培訓的教學手段，并給出了天然氣發動機-往復 式壓縮機組對象的數學模型。其能運用計算機模擬仿真技術將天然氣發動機一 往復式壓縮機組的操作、運行及故障的現場狀況在實驗室的仿真計算機上演示 出來，為培訓人員提供一個連續的實時運行的環境，培訓人員可在該環境下進 行搡作、監控和故障處理。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統的仿真系統硬件結構示意圖。圖2是天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統的仿真系統軟件結構示意圖。圖3是天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統的就地控制柜結構示意圖。 圖4是天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統的機組緊急停機流程示意圖。圖中l.仿真計算機，2.就地控制柜，3.外部設備，4.網絡交換機，5.學員 機，6.仿真系統軟件主界面，7.啟動子系統，8.冷卻子系統，9.潤滑子系統， IO.燃料氣子系統，11.工藝氣子系統，12.機組故障處理子系統，13.壓縮機組 控制盤，14.發動機控制盤，15.得到機組緊急停機命令，16.切斷燃料氣供給， 17.關閉空氣冷卻器，18.打開加載閥，19.關閉進口閩、出口閥，20.打開泄放 閥放空。
具體實施方式
在圖l、 2、 3中，天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統，它是仿真計 算機(1)通過網線與仿真機組就地控制柜(2)相連的同時還連接有計算機外 部設備(3)以及網絡交換機(4),網絡交換機又和學員機(5)連接，實現數 據通信。仿真系統的軟件結構部分主要分七個大的模塊仿真系統主界面(6) 和啟動子系統、(7)冷卻子系統(8)、潤滑子系統(9)、燃料氣子系統(10)、 工藝氣子系統(ll)、機組故障處理子系統(12),六個子系統是并列的，都包 含在仿真系統軟件主界面內，通過一定的方式進行數據通信。機組就地控制柜 包含兩個部分壓縮機組控制盤U3)和發動機控制盤(14),它們相對獨立，都通過網絡交換機和仿真計算機相連。在圖4中，當機組由于保護系統動作或釆取緊急停機措施后，首先機組將 接到緊急停機命令U5),然后機組將自動完成下列動作切斷燃料氣供給(16)， 關閉空氣冷卻器U7),機組將打開加載閥(18),關閉進口閥、出口閥(19)， 然后打開泄放閥(20)進行放空。緊急停機后，發動機和壓縮機沒有后潤滑。
權利要求
1、 一種天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統，其特征是它的仿真系 統硬件結構包括仿真計算機、就地控制柜、外部設備、網絡交換機、學員機; 仿真系統軟件結構包括仿真系統軟件主界面、啟動子系統、冷卻子系統、潤 滑子系統、燃料氣子系統、工藝氣子系統、機組故障處理子系統。
2、 根據權利要求l所述的天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統，其特 征是就地控制柜包含壓縮機組控制盤。
3、 根據權利要求l所述的天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統，其特 征是就地控制柜包含發動機控制盤。
全文摘要
一種天然氣發動機—往復式壓縮機組仿真系統。它的仿真系統硬件結構包括仿真計算機、就地控制柜、外部設備、網絡交換機、學員機；仿真系統軟件結構包括仿真系統軟件主界面、啟動子系統、冷卻子系統、潤滑子系統、燃料氣子系統、工藝氣子系統、機組故障處理子系統。這種天然氣發動機一往復式壓縮機組仿真系統，提供了一種能顯著提高培訓效率的方法，使得用戶能在仿真系統上為培訓人員提供一個直觀的、連續的、實時運行環境。在該環境下可實現天然氣發動機—往復式壓縮機機組的啟停機操作、運行工況監控和故障處理、培訓及技術考核等內容。
文檔編號G09B25/02GK101311988SQ20071001561
公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月21日 優先權日2007年5月21日
發明者任福建, 馮曉東, 青 劉, 劉彥花, 尹小彬, 白雪峰, 趙安新, 鄒振春, 鄭鴻宇, 郝建勛, 陸丕明, 韋榮方 申請人:中國石油天然氣管道局;德州中油管道天然氣壓縮技術有限公司