АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ В НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНОМ КОМПЛЕКСЕ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА Российский патент 2008 года по МПК G06F19/00 G05B23/00 

Описание патента на изобретение RU2320007C2

Изобретение относится к области транспортировки нефтепродуктов с помощью насосно-трубопроводного комплекса и может быть использовано для анализа работы оборудования магистрального нефтепровода в реальном масштабе времени.

Современные системы насосно-трубопроводного комплекса магистральных нефтепроводов являются сложными инженерными сооружениями, которые характеризуются:

- большой протяженностью магистральных трубопроводных линий;

- большим разнообразием рельефа местности, по которой проложены магистральные трубопроводные линии;

- большой мощностью насосов на насосных станциях;

- трудностью в измерении количества транспортируемой нефти;

- высокими требованиями к надежности работы всего насосно-трубопроводного комплекса, при которой бы исключались повреждения системы трубопровода, и обеспечивалась надежность работы системы на всем участке ее протяженности.

Особенностью системы нефтепровода является и то, что необходим непрерывный контроль количества транспортируемой нефти от одного потребителя к другому.

Все эти особенности в эксплуатации насосно-трубопроводных комплексов по перекачке нефти и нефтепродуктов требуют новых подходов к управлению ими. Поэтому дальнейшая оптимизация систем магистральных трубопроводов связана с решением ряда крупных проблем, требующих новых научно-обоснованных технических, экономических и технологических решений. Важнейшей из этих проблем является внедрение на насосных станциях системы нефтепровода автоматизированной информационной системы для анализа экономических показателей работы насосных станций и управления технологическими процессами в реальном масштабе времени с использованием ЭВМ. Задачей этой системы является непрерывное измерение и анализ в реальном масштабе времени коэффициента полезного действия (КПД) насоса на каждом насосном агрегате с целью поддержания оптимальных режимов их работы.

Известен / Пат. 2119148 Российская Федерация, МПК6 6 G01F 1/34. Способ измерения массового расхода и плотности жидкости, подаваемой центробежным электронасосом / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №96104446; заявл. 05.03.96 // Бюл. - 1998. - №26 / [1], по которому насосная установка одновременно является объемным и массовым расходомером.

Известен способ непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводных систем для перекачки воды и нефтепродуктов / Пат. 2114325 Российская Федерация, МПК6 G04D 13/06, G01F 1/00. Способ непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводных систем для перекачки воды и нефтепродуктов / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №97101144; заявл. 24.01.97. // Бюл. - 1998.- №18 / [2], по которому ведется анализ работы насосно-трубопроводной системы по производительности насосных агрегатов и падению давления на контролируемом участке трубопровода.

Известен патент на массовый расходомер - плотномер жидкости подаваемой центробежным электронасосом / Пат. 2182697 Российская Федерация, МПК7 G01F 1/86. Массовый расходомер - плотномер жидкости, подаваемой центробежным электронасосом /Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №96117670, заявл. 30.08.96 // Бюл. - 2002. - №14 / [3].

Известен патент РФ на автоматизированную информационную систему для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов / Пат.2165642 Российская Федерация, МПК7 G06F 19/00, F04В 49/06, В 23/00. Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №97108213; заявл. 20.05.97 // Бюл. - 1999. - №13 / [4]. (Принят за прототип).

В соответствии с этим патентом реализуется контроль за работой насосов и насосно-трубопроводного комплекса путем анализа расходов на двух смежных насосных станциях, а также падения давлений на магистральном участке нефтепровода, находящегося между этими насосными станциями, полученных экспериментальным и расчетным путями. Неравенство расходов и давлений является сигналом об аварийном состоянии контролируемого участка нефтепровода. Недостатком этих способов является то, что в них не рассматриваются вопросы, связанные с измерением коэффициента полезного действия насосов.

Техническим результатом изобретения являются - повышение эффективности работы насосов в насосно-трубопроводном комплексе нефтепровода и предотвращение их аварийного отключения.

Технический результат достигается тем, что в известной автоматизированной информационной системе для непрерывного измерения и анализа в реальном масштабе времени коэффициента полезного действия насосов в насосно-трубопроводном комплексе магистрального нефтепровода, содержащей насосы на насосных станциях, магистральные трубопроводы, датчики давления на входе и выходе каждого насоса, электрические счетчики активной энергии у каждого синхронного электродвигателя приводов насосов, микропроцессорный контроллер, систему телемеханики для передачи данных от насосных станций на диспетчерский пункт в ЭВМ, особенностью является то, что измерительные импульсные выходы с электрических счетчиков активной энергии каждого синхронного электродвигателя привода насоса предназначены для подачи на микропроцессорный контроллер для получения в цифровом коде времени между двумя измерительными импульсами, идущими от счетчика активной энергии работающего в данный момент насоса, и номера этого счетчика, выход с упомянутого контроллера вместе с выходами от датчиков давления на входе насоса и на выходе насоса предназначены для подачи в цифровом коде по системе телемеханики на диспетчерский пункт системы нефтепровода к ЭВМ, которая снабжена базой данных по фактическим рабочим и расходным характеристикам насосов и предназначена для вычисления по каждому насосу активной мощности, действующей на валу насоса, давления, создаваемого насосом, расходного коэффициента, объемного расхода жидкости, анализа по среднему значению объемного расхода суточных полученных данных для выявления не менее четырех часов непрерывного стационарного режима работы насоса по расходу, характеризующегося колебанием расхода в пределах трех процентов от среднего значения, а также последующего вычисления по перечисленным данным средних базового и текущего значений коэффициента полезного действия каждого насоса и сравнения указанных текущих значений с базовыми, вычисления ведут по формулам:

текущие значения - расходный коэффициент М

где N - мощность на валу насоса, равная

N=Pcηэд, кВт,

Рс - активная мощность, потребляемая синхронным электродвигателем привода насоса из сети, которая определяемая счетчиком активной энергии с импульсным выходом по формуле

где n - число импульсов счетчика за период измерения, Т - время между импульсами, с, а m - цена одного импульса счетчика, равная

кВт/ число импульсов за кВт·ч,

nс - число импульсов, которое выдает счетчик за один кВт·ч;

ηэд - КПД электродвигателя, который находится из паспортной характеристики электродвигателя в зависимости от мощности, потребляемой из сети на данный момент;

ηэк - эксплуатационный коэффициент насосной установки, характеризующий отклонение действующий рабочей характеристики от номинальной, которые находятся в базе данных ЭВМ.

коэффициент сходимости К равен

где N0, ρ0, N01, ρ01 - соответственно мощность и давление, взятые из паспортной характеристики насосной установки, и мощность и давление, полученные при работе насоса на закрытую задвижку, которые находятся в базе данных ЭВМ, кВт и кг/см2; Мн - расходный коэффициент при работе насоса с номинальными параметрами,

давление, развиваемое насосом, ρ

ρ=ρвыхвх, кг/см2,

где ρвх - давление на входе насоса, кг/см2, ρвых - давление на выходе из насоса, кг/см2;

Объемный расход Q по найденному значению расходного коэффициента М по таблице расходов Q и расходных коэффициентов М

где в измеряемом диапазоне нижний предел - Qмин и Ммин, верхний предел - Qмакс и Ммин,

или по математической зависимости Q=f(M)

базовое значение коэффициента полезного действия насоса в зависимости от вычисленного объемного расхода Q

где в измеряемом диапазоне ηн макс - максимальное значение, ηн мин - минимальное значение,

текущее значение коэффициента полезного действия насоса ηн

в относительных единицах,

или

где ρвх - давление на входе насоса, кг/см2;

ρвых - давление на выходе из насоса, кг/см2,

при этом ЭВМ предназначена также для непрерывного анализа по полученным текущим и расчетным данным непрерывного анализа состояния насосно-трубопроводного комплекса путем построения графиков значений расхода и КПД насосов по всем насосным станциям за контролируемый отрезок времени, сравнения полученных данных с предыдущими значениями, сохраненными в памяти ЭВМ, как по каждому насосу, так и по смежным насосным станциям, и принятия решения о переключении работающего насоса на другой, если упомянутые значения у какого-либо насоса, работающего в номинальном режиме, меньше базовых на определенную величину.

Доказательство существенных отличительных признаков предлагаемой автоматизированной информационной системы для измерения и анализа коэффициента полезного действия насосов в насосно-трубопроводном комплексе магистрального нефтепровода проводилось только по сравнению с указанными выше.

На фиг.1 дана структурная схема рассматриваемой автоматизированной информационной системы.

На фиг.2 даны характеристики насоса НМ 10000 - 210 (Д2=520 мм).

На фиг.3 дана мощностная характеристика насоса НМ 10000 - 210 (Д2=520 мм).

На фиг.4 дана напорная характеристика насоса НМ 10000 - 210 (Д2=520 мм) и ее математическое описание.

На фиг.5 даны паспортные, базовые и текущие КПД насоса НМ 10000 - 210 (Д2=520 мм) и их математическое описание.

На фиг.6 дана расходная характеристика наоса НМ 10000 - 210 (Д2=520 мм).

На фиг.7 дан график расходного коэффициента насоса НМ 10000 - 210 (Д2=520 мм).

На фиг.8 даны значения текущих параметров по насосным станциям и магистральным участкам трубопровода.

На фиг.9 дана таблица текущих значений параметров насосных агрегатов получаемая на диспетчерском пункте насосно-трубопроводной системы.

На фиг.10 даны двухчасовые расходы по насосу НА №4, измеренные «российским методом» и на УУН №20 за период с 1.06 по 18.06.2002 г.

На фиг.11 дана таблица суточного отчета по КПД.

На фиг.12 даны базовые и текущие значения КПД насоса НМ 10000 -210 (Д2=520 мм) на №1 НПС Ерзовка за период 06.06. по 09.08.2002 г.

На фиг.13 дан график тенденции изменения базовых и текущих значений КПД насоса НМ 10000 - 210 (Д2=520 мм) на №1 НПС Ерзовка за период 06.06. по 09.08.2002 г.

Насосно-трубопроводный комплекс магистрального нефтепровода является сложным инженерным сооружением (фиг.1), состоящим из насосных перекачивающих станций (НПС) 1, с подпиточными насосами 2 и магистральных трубопроводов 3 большой протяженности. Каждая НПС 3 состоит из отдельного помещения, где расположены насосные агрегаты, отдельного помещения - операторной НПС 4, где находятся щиты управления и контроля с обслуживающим персоналом. В насосной, как правило, установлено четыре насосных агрегата 5, 6, 7, 8 приводом которых являются синхронные электродвигатели 9, 10, 11, 12, питание к которым подается со щита 13, находящегося вне помещения, где находятся насосные агрегаты. Для измерения мощности, потребляемой каждым синхронным электродвигателем привода насоса, на щите установлены счетчики активной энергии 14, 15, 16, 17. Для измерения давления на входе и выходе каждого насоса насосного агрегата установлены датчики давления 18, 19, 20, 21 - для измерения давления на входе насоса и 22, 23, 24, 25 - для измерения давления на выходе насоса. Для решения других задач на входе и выходе каждой насосной станции до магистрального участка трубопровода и на конечных участках магистрального трубопровода также установлены датчики для измерения давления. Выходы от датчиков давления, установленных на насосах, поданы по системе телемеханики 26, 27, находящейся в операторной 2, на диспетчерский пункт 28 магистрального нефтепровода 3 на ЭВМ 29 с принтером 30. Измерительные импульсы с электрических счетчиков 14, 15, 16, 17 активной энергии каждого синхронного электродвигателя привода насосного агрегата поданы на микропроцессорный контроллер, находящийся в операторной НПС для обработки, с целью получения времени между двумя измерительными импульсами, идущими от счетчика активной энергии работающего в данный момент насоса, и его номера в двоичном коде, и передаются по системе телемеханики в согласованном режиме с действующими давлениями на диспетчерский пункт 28 в ЭВМ 29, которая в реальном масштабе времени, с использованием базы данных, обрабатывает данные по давлениям и мощности по алгоритмам, изложенным в данном способе непрерывного измерения и анализа в реальном масштабе времени коэффициентов полезного действия насосов в насосно-трубопроводном комплексе магистрального нефтепровода 3.

Параметры насоса определяются его рабочей характеристикой. Для примера на фиг.2 дана рабочая характеристика нефтяного магистрального насоса НМ 10000-210 с ротором D - 520 мм и производительностью 12500 м3/ч. На ней дана зависимость мощности от подачи N-Q, напорная характеристика H-Q, коэффициент полезного действия насоса КПД и новая - расходная характеристика M-Q, по патенту РФ №97101144, которая получается путем деления мощности, действующей на валу насоса, на развиваемое насосом давление во всем диапазоне производительности, включая работу насоса на закрытую задвижку на его выходе. На фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6 соответственно даны характеристика зависимости мощности от подачи, напорная, КПД и расходная характеристики, выраженные в математической форме.

Вычисление КПД ведется следующим образом.

Расходный коэффициент М

где N - мощность на валу насоса, равная

N=Pcηэд, кВт,

Рс - активная мощность, потребляемая синхронным электродвигателем привода насоса из сети, которая определяется счетчиком активной энергии с импульсным выходом по формуле

где n - число импульсов счетчика за период измерения, a m - цена одного импульса счетчика, равная, Т - время между импульсами, с

кВт/ число импульсов за кВт·ч,

nс - число импульсов, которое выдает счетчик за один кВт·ч;

ηэд - КПД электродвигателя, который находится из паспортной характеристики электродвигателя в зависимости от мощности, потребляемой из сети на данный момент;

ηэк - эксплуатационный коэффициент насосной установки, характеризующий отклонение действующей рабочей характеристики от номинальной, которые находятся в базе данных ЭВМ.

коэффициент сходимости К равен

где N0, ρ0, N01, ρ01 - соответственно мощность и давление, взятые из паспортной характеристики насосной установки, и мощность и давление, полученные при работе насоса на закрытую задвижку, которые находятся в базе данных ЭВМ, кВт и кг/см2; Мн - расходный коэффициент при работе насоса с номинальными параметрами,

давление, развиваемое насосом, ρ

ρ=ρвыхвх, кг/см2,

где ρвх - давление на входе насоса, кг/см, ρвых - давление на выходе из насоса, кг/см2;

Объемный расход Q по найденному значению расходного коэффициента М по таблице расходов Q и расходных коэффициентов М

где в измеряемом диапазоне нижний предел - Qмин и Ммин, верхний предел - Qмакс и Ммин,

или по математической зависимости Q=f(M)

базовое значение коэффициента полезного действия насоса в зависимости от вычисленного объемного расхода Q

где в измеряемом диапазоне ηн макс - максимальное значение,

ηн мин - минимальное значение,

текущее значение коэффициента полезного действия насоса ηн

где ρвх - давление на входе насоса, кг/см2;

ρвых - давление на выходе из насос, кг/см2,

средние значения объемного расхода за каждые четыре часа суток,

Qcp1=(Q1+Q2+Q3+Q4)/4, м3/ч,

Qcp2=(Q5+Q6+Q7+Q8)/4, м3/ч,

Qcp3=(Q9+Q10+Q11+Q12)/4, м3/ч,

Qcp4=(Q13+Q14+Q15+Q16)/4, м3/ч,

Qcp5=(Q17+Q18+Q19+Q20)/4, м3/ч,

Qcp6=(Q21+Q22+Q23+Q24)/4, м3/ч,

выбираем 4-х часовой диапазон, в котором расход отклоняется от среднего значения не более чем на ±3%

Q1 < или > Qcp1 не больше чем на ±3%,

Q2 < или > Qcp1 не больше чем на ±3%,

Q3 < или > Qcp1 не больше чем на ±3%,

Q4 < или > Qcp1 не больше чем на ±3%.

выбираем диапазон расхода

Q1, Q2, Q3, Q4 при среднем значении расхода Qcp1 вычисляем среднее значение КПД насоса в диапазоне расходов

Q1, Q2, Q3, Q4,

ηср=(η1234)/4, %

сравниваем полученное среднее значение КПД ηср с базовым значением ηб, которое находим из паспортной характеристики насоса по среднему значению вычисленного расхода Qcp1, разница между этими КПД не должна быть больше, чем ±1%

ηсрб не более ±1%,

по полученным текущим и расчетным данным в ЭВМ ведется непрерывный анализ состояния насосно-трубопроводного комплекса, для чего строят графики значений расхода и КПД насосов по всем насосным станциям за контролируемый отрезок времени, сравнивают данные с предыдущими значениями, находящимися в памяти ЭВМ, как по каждому агрегату, так и по смежным насосным станциям, и если эти значения у какого-либо насоса, работающего в номинальном режиме, меньше базовых на определенную величину, то принимается решение о переключении работающего насоса на другой с дальнейшим его осмотром и ремонтом.

Рассмотрим пример расчета коэффициента полезного действия насоса НМ 10000-210 D=520 мм в соответствии с его фактической рабочей характеристикой и расходным коэффициентом М, которые даны в таблице 1, а значения КПД приводного электродвигателя в таблице 2.

Таблица 1Расход Q, м3Мощность N, кВтНапор Н, мДавление ρ, кг/см2Расходный коэффициент М, кВт/(кг/см2)КПД насоса, %05875,838037,95154,8-154,8=005005866,437237,15157,9-154.8-3,11710005848,836436,3161,13-154,8=6,32161500585035635,6164,33-154,8=9,5262620005938,735335,25168,47-154,8=13,673225005999,934634,6173,407-154,8-18,6074030006057,434134,06177,84-154,8-23,044535006156,733733,66182,209-154,8-28,108564000632533233,16190,8-154,8=36584500650032832,77198,35-154,8=47,24635000660032232,2204,97-154,8=50,1696655006759,131731,66213,49-154,8=58,697060006999,731231,16224,64-154,8=69,847365007103,330430,36233,94-154,8=79,1457670007344,829929,86245,97-154,8=91,178075007350,729329,26251,22-154,8=96,428280007418,928428,36261,597-154,8=106,797838500765027827,76275,576-154,8=120,778490007703,427127,06284,678-154,8=129,88869500775026226,17294,14-154,8=141,3486100007855,6253,825,35309,88-154,8=155,0888105007890,224424,37323,8-154,8=1698811000782823423,37334,96-154,8=180,168811500776422021,97359,39-154,8=198,5988120007740213,8221,35362,53-154,8=207,7388

Таблица 2КПД электродвигателей серии СТД напряжением 10 кВ.Р, кВт630800100012501500160020002500КПД, %95,695,896,096,096,596,796,897,0Р, кВт31504000е5000650080001000012500КПД, %97,297,497,597,597,797,997,80

Исходные данные для расчета.

1. Расходная характеристика M-Q на данный тип насоса НМ 10000-210, n=3000 об/мин, D2=520 мм - дана в таблице 1.

2. Экспериментальные данные по замеру на нефтеперекачивающей станции (НПС).

Давления: ρвх=16,88 кг/см2, ρвых=38,4 кг/см2.

3. Мощность, потребляемая электродвигателем привода насоса Рс=7483,0 кВт.

КПД электродвигателя ηэд=97,6% (находится в зависимости от потребляемой мощности из паспортной характеристики электродвигателя).

Данные по замерной установке по коммерческому учету нефти.

Расход объемный Qo=10228,1 м3/ч.

Активная мощность, потребляемая электродвигателем привода насосной установки, вычисляется по счетчику активной энергии.

Время между двумя импульсами - Т=7,697 с, измеренное контроллером.

Коэффициент трансформации трансформатора тока - КТТ=800/5=160.

Коэффициент трансформации трансформатора напряжения КТН=10000/100-100.

Число импульсов счетчика за один кВт·ч (паспортные данные)

nс=1000 имп. кВт/ч.

Число импульсов за период измерения - n=1.

Находим цену одного импульса

кВт за один импульс.

Тогда потребляемая из сети активная мощность равна

КПД электродвигателя ηэд=0,976, который находится из паспортной характеристики электродвигателя в зависимости от мощности, потребляемой из сети на данный момент.

Тогда мощность на валу насоса, N, равна

N=74·83·0,976=7303,4 кВт.

4. Давление, развиваемое насосом, ρ

ρ=38,4-16,88=21,52 кг/см2.

5. Эксплуатационный коэффициент при работе насоса на закрытую задвижку, ηэк

6. Коэффициент сходимости К равен коэффициент сходимости К равен

7. Расходный коэффициент М

8. Объемный расход Qo

.

9. Базовое значение КПД насоса

10. Текущее значение КПД насоса

11. Разница между базовым и текущим значением КПД составляет

Δηi=87-82,162=4,84%.

12. Разница Qρ в измерении объемного расхода на узле учета и в данном эксперименте равна

Qρ=10239,9-10228,1=11,8 м3/ч или 0,12%.

Значение КПД зависит от производительности насоса на момент измерения КПД, это видно на графике фиг.5. В связи с этим для получения объективных данных по КПД необходимо иметь его среднее значение за определенное время суток, когда расход насоса находится в наиболее стационарном режиме минимум в течение четырех часов. Для этого, используя среднесуточные данные, например, указанные в таблице 3, выбираем предел расхода, при котором он имеет наиболее постоянное значение. В рассматриваемой таблице этот диапазон может быть взят в пределах от 4 до 16 часов. При этом среднее значение расхода в этом диапазоне равно:

Qcp=(21600+21674+21543+21680+21605+21302++21460+21519)/8=21548 м3/ч.

Наибольшее отклонение текущего расхода от среднего значения расхода имеется при 12 часах, которое равно 248 м3/ч и составляет в процентах

ΔQcp=(248 100)/21548=1,15%.

Допустимое значение отклонения расхода ±3%. Полученные данные по расходу позволяют использовать его при расчете КПД.

Среднее значение КПД ηср равно

ηср=(η12345678)/8, %;

ηср=(82,16+83+81,6+81,8+82,5+81,1+82,8)/7=82,11, %.

Разница между номинальным базовым значением и средним составляет

Δη=ηнср=87-82,11=4,89%,

что больше 3%. Необходимо останавливать насос на осмотр и ремонт.

В таблице 4 даны многократные результаты сравнительных испытаний по определению КПД насосного агрегата традиционным методом с использованием ультразвукового расходомера для измерения расхода и при определении подачи по "российскому способу" (1). Из полученных данных следует, что расхождение в определении КПД традиционным методом с использованием ультразвукового расходомера для измерения расхода и при определении расхода по "российскому способу" (1) находятся в пределах 0,7-1,6%, а разница в измерении расхода - 0,8-1,2%. Эти данные подтверждают полную обоснованность использования рассматриваемой автоматизированной информационной системы для измерения и анализа КПД насосов.

Автоматизированная информационная система по непрерывному измерению и анализу в реальном масштабе времени коэффициента полезного действия насосов в насосно-трубопроводном комплексе магистрального нефтепровода работает в непрерывном режиме, выдавая данные с помощью ЭВМ, находящейся на центральном диспетчерском пункте в реальном масштабе времени, одновременно по всем насосным станциям контролируемого участка нефтепровода. При этом ЭВМ по заданной программе выдает следующие данные.

1. Значение текущих параметров работающих насосов. Образец таких данных показан на фиг.8 для насосно-перекачивающей станции Ерзовка. В них отражены значения давлений на насосах, насосной станции и магистральных трубопроводах, значения мощности, потребляемой насосным агрегатом, объемный и массовый расход, КПД насоса с указанием номера работающего агрегата.

2. Все текущие измерения хранятся в памяти ЭВМ и могут в любое время быть использованы для анализа работы насосно-трубопроводной системы. Образцы этих данных показаны на фиг.9. Из этих данных следует, что процесс измерения идет в непрерывном режиме с интервалом примерно одной минуты.

3. Для периодического контроля за работой насосно-трубопроводной системы данные по двухчасовым расходам на насосных станциях выдаются на суточный сверочный лист подачи с соответствующей датой и номером насоса, которые затем в любое время могут быть анализированы и сопоставлены с расходами, получаемыми другими техническими средствами. Пример сверочного листа дан на фиг.1, из которого следует, что интегральное расхождение значения расхода за сутки, полученного "российским способом" по патенту на изобретение (1) и на узле учета, составляет 0,354%. По двухчасовым данным, полученным в сверочных листах, строятся графики. Пример такого графика дан на фиг.10.

По суточному контролю за параметрами насосов ЭВМ выдает отчет по КПД насосов за заданную дату времени. Отчет составляется путем анализа по среднему значению суточных данных с целью выявления непрерывного стационарного режима работы насоса по расходу в течение не менее четырех часов при колебании расхода в пределах трех процентов от среднего значения и по ним строят графики. Образец такого отчета дан на фиг.11. Основу этого отчета составляют сведения о значения базовых и текущих КПД насосов.

4. По полученным данным в суточных отчетах по КПД строят графики базовых и текущих значений КПД. Образец такого графика дан на фиг.12.

5. Полученные графики базовых и текущих значений КПД затем анализируются путем математического описания по линейному закону базовых и текущих значений КПД. Полученные линейные зависимости характеризуют тенденцию изменения текущего КПД. Пример такого графика показан на фиг.13, из которого следует, что за контролируемый отрезок времени текущие значения КПД насоса не изменились. Данные по результатам контроля, полученные вначале, затем периодически запоминаются. По полученным многократным данным за заданный период времени строят графики значений КПД по всем насосным станциям за контролируемый отрезок времени и сравнивают их с базовыми значениями, находящимися в памяти ЭВМ по каждому агрегату, и если эти значения у какого-либо насосного агрегата, работающего в номинальном режиме, меньше базовых значений, то принимается решение о переключении работающего насоса на другой с дальнейшим его осмотром и ремонтом.

Коэффициент полезного действия каждого насосного агрегата является одним из основных экономических показателей их работы. В настоящее время измерение КПД производится периодически с большими трудностями из-за отсутствия надежных средств измерения производительности насосных агрегатов, без знания которой определение этих параметров невозможно. Систем для непрерывного контроля за КПД не существует. Все это не позволяет объективно в реальном масштабе времени оценивать КПД насосов, что не исключает наличия больших эксплуатационных затрат и возможности их аварийного выхода из строя. В предлагаемой автоматизированной информационной системе, построенной на базе вышеотмеченных патентов РФ, по которым насосный агрегат одновременно является расходомером, возможно вести непрерывное измерение производительности насосов и в реальном масштабе времени определять их КПД.

Критерий изобретения "промышленная применимость" подтверждается тем, что использование предлагаемой автоматизированной информационной системы для непрерывного измерения и анализа в реальном масштабе времени КПД насосов в насосно-трубопроводном комплексе магистрального трубопровода дает значительный экономический эффект в сумме 110 тыс.руб. в год на один насос производительностью 12500 м3/ч, что позволит найти широкое применение на всех насосно-трубопроводных комплексах магистрального нефтепровода.

Источники информации

1. Пат. 2119148 Российская Федерация, МПК6 G01F 1/34. Способ измерения массового расхода и плотности жидкости, подаваемой центробежным электронасосом / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №96104446; заявл. 05.03.96. // Бюл. - 1998. - №26.

2. Пат. 2114325 Российская Федерация, МПК6 G04D 13/06, G01F 1/00. Способ непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводных систем для перекачки воды и нефтепродуктов / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №97101144; заявл. 24.01.97. // Бюл. - 1998. - №18.

3. Пат. 2182697 Российская Федерация, МПК7 7G01F1/86. Массовый расходомер-плотномер жидкости, подаваемой центробежным электронасосом / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №96117670; заявл. 30.08.96 // Бюл. - 2005. - №14.

4. Пат. 2165642 Российская Федерация, МПК7 G06F 19/00, F04В 49/06, В 23/00. Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. - №97108213 - заявл. 20.05.97 // Бюл. - 1999. - №13.

Таблица 3Сверочный лист подачи за 02-06-30ВремяПаповкаБугурусланЕврзовкаКомсомолецУНН2000221600100215164000221674100216486000221543100216488000221680100217311000022160510021818120002213021002172714000221460100215871600022151910021587180002214801002171420000221714100217962200022194210021960000022217710021885Сумма259694260617+-, %-0,354

Похожие патенты RU2320007C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ В НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНОМ КОМПЛЕКСЕ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА 2003
  • Кричке Владимир Оскарович
  • Кричке Виктор Владимирович
  • Громан Александр Оттович
RU2277186C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И МЕСТА УТЕЧКИ В МАГИСТРАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ МЕЖДУ ДВУМЯ СМЕЖНЫМИ НАСОСНЫМИ СТАНЦИЯМИ НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНОГО КОМПЛЕКСА ПО ПЕРЕКАЧКЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 2007
  • Кричке Владимир Оскарович
  • Кричке Виктор Владимирович
  • Громан Александр Оттович
RU2362134C1
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНЫМ КОМПЛЕКСОМ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫМИ НАСОСАМИ ДЛЯ ОТКАЧКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОЧНЫХ ВОД 2012
  • Кричке Владимир Оскарович
  • Галицков Станислав Яковлевич
  • Кричке Ольга Алексеевна
  • Кричке Виктор Владимирович
  • Волков Юрий Вениаминович
  • Макеев Александр Евгеньевич
RU2493542C1
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ЭЛЕКТРОНАСОСАМИ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ 2011
  • Кричке Владимир Оскарович
  • Волков Юрий Вениаминович
  • Макеев Александр Евгеньевич
  • Сапыряев Максим Николаевич
  • Кричке Виктор Владимирович
  • Кричке Ольга Алексеевна
  • Громан Александр Оттович
RU2475682C2
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ЗА РАБОТОЙ НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ВОДЫ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 1997
  • Кричке В.О.
  • Громан А.О.
  • Кричке В.В.
RU2165642C2
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЯХ 2011
  • Кричке Владимир Оскарович
  • Баранов Виктор Андреевич
  • Мешканов Владимир Александрович
  • Кричке Виктор Владимирович
  • Кричке Ольга Алексеевна
RU2473048C1
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ РАБОЧИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА 2002
  • Кричке В.О.
  • Громан А.О.
  • Кричке В.В.
RU2237782C2
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ОТОПИТЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ С ВОДОГРЕЙНЫМИ КОТЛАМИ 2007
  • Кричке Владимир Оскарович
  • Галицков Станислав Яковлевич
  • Волков Юрий Вениаминович
  • Кияченко Иван Семенович
  • Серветник Павел Шепович
  • Ермаков Владислав Николаевич
  • Кричке Виктор Владимирович
  • Громан Александр Оттович
  • Попов Игорь Андреевич
  • Введенский Владимир Юрьевич
RU2340835C2
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И УЧЕТА РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ТЕПЛА В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 1996
  • Кричке В.О.
  • Громан А.О.
  • Кричке В.В.
RU2144162C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА В ТЕПЛОВОЙ СЕТИ ПРИ ДВУХКОНТУРНОЙ СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ 2006
  • Кричке Владимир Оскарович
  • Карцев Владимир Викторович
  • Бермышев Александр Анатольевич
  • Кричке Виктор Владимирович
  • Громан Александр Оттович
RU2325591C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 320 007 C2

Реферат патента 2008 года АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ В НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНОМ КОМПЛЕКСЕ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА

Изобретение относится к области транспортировки нефтепродуктов с помощью насосно-трубопроводного комплекса и может быть использовано для анализа работы оборудования магистрального нефтепровода в реальном масштабе времени. Техническим результатом изобретения являются - измерение и анализ в реальном масштабе времени текущего коэффициента полезного действия каждого насосного агрегата, информация о которых обеспечивает своевременное обнаружение возможных отклонений от заданного режима работы насосных агрегатов и позволяет исключить их неэффективную работу и возможные аварийные отключения. Поставленная цель достигается тем, что измерительные импульсные выходы с электрических счетчиков активной энергии каждого синхронного электродвигателя привода насосного агрегата поданы на микропроцессорный контроллер для обработки с целью получения времени между двумя измерительными импульсами, идущими от счетчика активной энергии работающего в данный момент насосного агрегата, и его номера в двоичном коде, выход с которого вместе с выходами от датчиков давления на входе насоса и на выходе насоса поданы в двоичном коде по системе телемеханики на диспетчерский пункт системы нефтепровода в ЭВМ с базой данных по фактическим рабочим и расходным характеристикам насосных агрегатов, которая вычисляет по каждому насосному агрегату активную мощность, действующую на валу насоса, давление, развиваемое насосом, расходный коэффициент, объемный расход жидкости, по среднему значению анализирует суточные полученные данные с целью выявления непрерывного стационарного режима работы насосного агрегата по расходу в течение не менее четырех часов при колебании расхода в пределах трех процентов от среднего значения и по ним вычисляет средние базовое и текущие значения коэффициента полезного действия насосов, полученные текущие данные поступают для хранения в память ЭВМ, находящуюся на центральном диспетчерском пункте, по которым ведется непрерывный анализ состояния насосно-трубопроводного комплекса, для чего строят графики значений расхода и КПД при текущим режиме работы насосных агрегатов по всем насосным станциям за контролируемый отрезок времени, сравнивают данные с предыдущими значениями, находящимися в памяти ЭВМ, как по каждому агрегату, так и по смежным насосным станциям, и если эти значения у какого-либо насосного агрегата, работающего в номинальном режиме, меньше базовых значений, то принимается решение о переключении работающего насосного агрегата на другой с дальнейшим его осмотром и ремонтом. 13 ил., 4 табл.

Формула изобретения RU 2 320 007 C2

Автоматизированная информационная система для непрерывного измерения и анализа в реальном масштабе времени коэффициента полезного действия насосов в насосно-трубопроводном комплексе магистрального нефтепровода, содержащая насосы на насосных станциях, магистральные трубопроводы, датчики давления на входе и выходе каждого насоса, электрические счетчики активной энергии у каждого синхронного электродвигателя приводов насосов, микропроцессорный контроллер, систему телемеханики для передачи данных от насосных станций на диспетчерский пункт в ЭВМ, отличающаяся тем, что измерительные импульсные выходы с электрических счетчиков активной энергии каждого синхронного электродвигателя привода насоса предназначены для подачи на микропроцессорный контроллер для получения в цифровом коде времени между двумя измерительными импульсами, идущими от счетчика активной энергии работающего в данный момент насоса, и номера этого счетчика, выход с упомянутого контроллера вместе с выходами от датчиков давления на входе насоса и на выходе насоса, предназначены для подачи в цифровом коде по системе телемеханики на диспетчерский пункт системы нефтепровода к ЭВМ, которая снабжена базой данных по фактическим рабочим и расходным характеристикам насосов и предназначена для вычисления по каждому насосу активной мощности, действующую на валу насоса, давления, создаваемого насосом, расходного коэффициента, объемного расхода жидкости, анализа по среднему значению объемного расхода суточных полученных данных для выявления не менее четырех часов непрерывного стационарного режима работы насоса по расходу, характеризующегося колебанием расхода в пределах трех процентов от среднего значения, а также последующего вычисления по перечисленным данным средних базового и текущего значений коэффициента полезного действия каждого насоса и сравнения указанных текущих значений с базовыми, вычисления ведут по формулам

текущие значения - расходный коэффициент М

где N - мощность на валу насоса, равная

N=Pcηэд, кВт,

Рс - активная мощность, потребляемая синхронным электродвигателем привода насоса из сети, которая определяемая счетчиком активной энергии с импульсным выходом по формуле

где n - число импульсов счетчика за период измерения, Т - время между импульсами, с, а m - цена одного импульса счетчика равная

кВт/ число импульсов за кВт.ч,

nс - число импульсов, которое выдает счетчик за один кВт.ч;

КТТ - коэффициент трансформации трансформатора тока;

КТН - коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

ηэд - КПД электродвигателя, который находится из паспортной характеристики электродвигателя в зависимости от мощности, потребляемой из сети на данный момент;

ηэк - эксплуатационный коэффициент насосной установки, характеризующий отклонение действующий рабочей характеристики от номинальной, которые находятся в базе данных ЭВМ.

коэффициент сходимости К равен

где N0, ρ0, N01, ρ01 - соответственно мощность и давление, взятые из паспортной характеристики насосной установки, и мощность и давление, полученные при работе насоса на закрытую задвижку, которые находятся в базе данных ЭВМ, кВт и кГ/см2; Мн - расходный коэффициент при работе насоса с номинальными параметрами,

давление, развиваемое насосом, ρ

ρ=ρвыхвх, кГ/см2,

где ρвх - давление на входе насоса, кГ/см2, ρвых - давление на выходе из насоса, кГ/см2;

Объемный расход Q по найденному значению расходного коэффициента М по таблице расходов Q и расходных коэффициентов М

где в измеряемом диапазоне нижний предел -Qмин и Mмин, верхний предел - Qмакс и Ммин,

или по математической зависимости Q=f(М)

базовое значение коэффициента полезного действия насоса в зависимости от вычисленного объемного расхода Q

где в измеряемом диапазоне ηнмакс - максимальное значение, ηнмин - минимальное значение,

текущее значение коэффициента полезного действия насоса ηн

в относительных единицах,

или

где ρвх - давление на входе насоса, кГ/см2;

ρвых - давление на выходе из насоса, кГ/см2,

при этом ЭВМ предназначена также для непрерывного анализа по полученным текущим и расчетным данным состояния насосно-трубопроводного комплекса путем построения графиков значений расхода и КПД насосов по всем насосным станциям за контролируемый отрезок времени, сравнения полученных данных с предыдущими значениями, сохраненными в памяти ЭВМ, как по каждому насосу, так и по смежным насосным станциям, и принятия решения о переключении работающего насоса на другой, если упомянутые значения у какого-либо насоса, работающего в номинальном режиме, меньше базовых на определенную величину.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2320007C2

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ЗА РАБОТОЙ НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ВОДЫ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 1997
  • Кричке В.О.
  • Громан А.О.
  • Кричке В.В.
RU2165642C2
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ЗА РАБОТОЙ НАСОСНО-ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ВОДЫ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 1997
  • Кричке В.О.
  • Громан А.О.
  • Кричке В.В.
RU2114325C1
МАССОВЫЙ РАСХОДОМЕР-ПЛОТНОМЕР ЖИДКОСТИ, ПОДАВАЕМОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ЭЛЕКТРОНАСОСОМ 1996
  • Кричке В.О.
  • Громан А.О.
  • Кричке В.В.
RU2182697C2
Механизм обката 1987
  • Мосягин Николай Андреевич
  • Чекалов Александр Николаевич
SU1585098A1

RU 2 320 007 C2

Авторы

Кричке Владимир Оскарович

Тихонов Игорь Васильевич

Волков Юрий Вениаминович

Акбердин Альберт Мидхатович

Вишневская Татьяна Никодимовна

Кричке Виктор Владимирович

Громан Александр Оттович

Даты

2008-03-20Публикация

2005-11-10Подача