CN108071598A - 一种油田输油泵的安全监测控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种油田原油输油泵的安全运行监测控制系统。采用多级离心泵和盘管离心泵用作油田原油输油泵，在遇到严重汽蚀时，会剧烈振动，并带动输油管线振动，是安全隐患。汽蚀造成泵内重要工作部件损伤。本发明提出一种自动监测控制系统，用检测泵输出端压强的变化率，结合振动速度传感器检测信号，判断输油泵是否发生严重汽蚀。在认定汽蚀后，迅速自动采取措施，断电、报警。这种安全运行监测控制系统，可以用在多级离心泵和盘管离心泵等多种泵的其他运行环境中。

Description

一种油田输油泵的安全监测控制系统
技术领域
本发明属于原油输油泵领域，涉及一种油田输油泵安全监测控制系统。
背景技术
油田原油输油泵采用多级离心泵或盘管离心泵时会产生汽蚀。轻微汽蚀的影响不严重，只是是对部件工作界面轻微损伤，不影响输油作业。原油输送有时会产生严重气蚀现象。由于空气或液体介质汽化，或者原油中天然气含量突然增大时，严重汽蚀发生。表现为泵输出压强急剧下降，泵体振动和噪声加剧，并带动输油管线振动。发生这种情况，必须及时处理，首先要立即切断电源，再对故障进行排除。否则，可能发生重大安全事故。对于盘管离心泵，气态物质占据旋转盘内腔空间，使盘管离心泵空转而无法实施液体介质输出的现象。在严重气蚀状态下，泵会永久性损伤。每台盘管离心泵都有安全工作区，也有的产生严重气蚀的环境条件。泵不产生气蚀的保证是工作在盘管离心泵安全工作区。目前，输油现场的安全监测控制系统不完善，检测的物理量局限在压强U和流量Q，将现场实时压强U和流量Q数据，显示在人工值守的界面上，由人工判断气蚀是否发生。发生气蚀的判断依据不明确。严重汽蚀发生时，安全关机操作和故障排除，完全由人工处理。由人工完成这种应急处理，至少需要在事故发生后3-5秒才能完成，不能满足安全生产需要。输油现场需有人昼夜值守。
因此，有必要研制一种新型输油泵安全监控系统，替代人工，快速应急处理输油泵严重汽蚀，保障输油泵安全工作。尤其需要提供输油泵发生严重气蚀的合理判据，准确判断严重气蚀的发生，及时采取措施。
发明内容
本发明提出一种油田输油泵安全监控系统。监控系统检测部分由速度振动传感器(2)、压强传感器(3)和流量传感器(4)构成。振动传感器(2)、压强传感器(3)和流量传感器(4)检测实时数据，提供给安全监控系统的数据入口(8)，实时数据经中央控制器运算单元(9)，按照图2逻辑流程运行，并将运行结果输入安全监控系统的操作和显示单元(10)。实现原油输出安全监控。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明的压强传感器(3)，提供实时输油泵原油输出压强U。压强U的瞬态变化，可以用U对时间的导数dU/dt来表征。正常工作条件下，输油泵原油输出压强U不会剧烈改变，dU/dt的绝对值很小，而当输油泵处于严重汽蚀时，泵的输出压强急剧下降，dU/dt是一个绝对值很大的负数。可以用|dU/dt|的数值是否小于设定数，作为是否发生严重汽蚀的判据，这就是安全运行监测控制系统组合设计的主要安全指标。原油输油泵输出压强对时间微分的绝对值|dU/dt|小于阈值10Mpa/s(兆帕/秒)时，系统认为，输油泵没有严重气蚀发生，当泵输出压强对时间微分的绝对值|dU/dt|大于阈值10Mpa/s时，系统判断，输油泵发生严重气蚀，这时实施强制保护。
本发明的速度振动传感器(2)，紧贴固定安装在泵体外的壳体上，传感器中心线与离心泵转子中心线重合。
当输油泵处于严重汽蚀时，泵产生剧烈振动。速度振动传感器(2)输出泵的振动数据G。G的数值是否大于设允许振动烈度值，允许振动烈度值选择20-30mm/s，作为是否发生严重汽蚀的另一个判据。
本发明的压强传感器(3)，提供实时原油输出压强U，流量传感器(4)，提供实时原油输出流量Q。本发明图2特性曲线中，有输油泵3个不同的状态。分别为，安全工作区(5)、准安全区(6)和非安全工作区(7)。当实时数据(Q，U)位于安全工作区(5)时，输油泵正常工作。当实时数据(Q，U)位于准安全工作区(6)时，泵可以继续运行，但由于接近非安全区(7)，事故临界发生，安全系统输出报警信号，以便人工适时干预。当实时数据(Q，U)位于非安全工作区(7)时，检测系统输出自动紧急处置信号。
本发明输油泵安全控制系统的数据入口(8)实时监测上述物理量G、U、Q。数据在中央控制器运算单元(9)按照图2逻辑流程运行，并将运行结果输入安全监控系统的操作和显示单元(10)。在条件，1)|dU/dt|的数值大于设阈值10Mpa/秒时，2)G的数值大于设振动烈度阈值20-30mm/s时，或，3)实时数据(Q，U)位于非安全工作区(7)，三个条件中有一个出现时，通过控制系统的操作和显示单元(10)发出报警，同时，实施切断泵运行的电源，实现对故障时原油输送的安全监控。
附图说明
图1是油田输油泵安全监测系统示意图，系统包括输油泵(1)、振动传感器(2)、压强传感器(3)、流量传感器(4)。
图2是油田输油泵安全监控系统运行逻辑流程。
图3是油田输油泵特性曲线和安全运行区域划分示意图。包括安全工作区(5)，准安全工作区(6)和非安全工作区(7)。
图4是油田输油泵安全控制系统示意图，包括系统的数据入口(8)，中央控制器运算单元(9)，安全控制系统的操作和显示单元(10)。
具体实施方式
监控系统检测部分由速度振动传感器(2)、压强传感器(3)和流量传感器(4)构成。速度振动传感器(2)，紧贴固定安装在泵体外的壳体上，传感器中心线与离心泵转子中心线重合。压强传感器(3)安装在输油泵出口管道上，流量传感器(4)串接安装在输油泵出口管道中。速度振动传感器(2)、压强传感器(3)和流量传感器(4)实时检测物理量速度振动G、输油泵出口压强U、输油泵输出流量Q。
本发明输油泵安全控制系统的数据入口(8)实时监测上述物理量G、U、Q数据。数据在中央控制器运算单元(9)，按照图2逻辑流程运行，并将运行结果输入安全监控系统的操作和显示单元(10)。在条件，1)|dU/dt|的数值大于设阈值10Mpa/秒时，2)G的数值大于设振动烈度阈值20-30mm/s时，或，3)实时数据(Q，U)位于非安全工作区(7)，三个条件中有一个出现时，通过控制系统的操作和显示单元(10)发出报警，同时，实施切断泵运行的电源，实现对故障时原油输送的安全监控。

Claims (3)

1.一种油田原油输油泵的安全运行监测控制系统，其特征在于，监测控制系统，包括输油泵(1)、液晶速度振动传感器(2)、压强传感器(3)、流量传感器(4)、数据入口(8)、中央控制器运算单元(9)、安全控制系统的操作和显示单元(10)。所述的安全运行监测控制系统的组合设计的主要安全指标设定为：原油输油泵输出压强U对时间微分的绝对值|dU/dt|。
2.根据权利要求1，所述的一种油田原油输油泵的安全运行监测系统，其特征在于，监测系统的速度振动传感器(2)、压强传感器(3)、流量传感器(4)并行连接，输油泵速度振动烈度阈值20-30mm/s，输油泵输出压强U对时间微分的绝对值|dU/dt|的阈值10Mpa/s(兆帕/秒)。
3.根据权利要求1，所述的一种油田原油输油泵的安全运行控制系统，其特征在于，检测量Q、U进入数据入口(8)，数据入口(8)、中央控制器运算单元(9)、安全控制系统的操作和显示单元(10)串联连接，实时数据(Q，U)位于输油泵特性曲线安全工作区(5)，系统不干预泵运行，实时数据(Q，U)位于输油泵特性曲线准安全区(6)，系统报警，实时数据(Q，U)位于输油泵特性曲线非安全工作区(7)，系统报警并输出自动紧急处置信号。
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