CN110805549A - 一种注聚泵故障诊断系统 - Google Patents

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刘晴
葛党科
钱晓辉
李智莹
李红艳
王存博
方睿
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Abstract

本发明公开了一种注聚泵故障诊断系统，包括：振动变送器，用于检测注聚泵的振动状态，并对应输出注聚泵的振动信号给可编程控制单元PLC；压力变送器，用于检测注聚泵的液体压力状态，并对应输出注聚泵的压力信号给可编程控制单元PLC；在线粘度计，用于检测注聚泵内流经液体的粘度，并输出对应的粘度信号给PLC；可编程控制单元转发给中央监控服务器；中央监控服务器，与PLC相连接，用于进行故障信息诊断。本发明公开的注聚泵故障诊断系统，其应用振动、压力、粘度信号形成多参数诊断数据库，基于注聚泵液力端的振动、出口粘度、压力多参数相关结合的方式，形成的故障诊断方式，诊断结果准确性和可靠性较高，具有重大的生产实践意义。

Description

一种注聚泵故障诊断系统
技术领域
本发明涉及石油开采中三次采油技术领域，特别是涉及一种注聚泵故障诊断系统。
背景技术
三次采油是油田开采的一种重要方式，为了提高采收率，通常是向地层注入化学试剂，如聚合物、表活剂等，注聚泵是将化学药剂注入地层所采用的主要设备。由于化学试剂在注入过程中具有高压、高粘等特性，注聚泵运行过程中故障率较高，且故障诊断及维修困难。
目前，现有技术的一种是依靠操作人员巡检时听音或应用手持式振动仪检测振动参数是否异常，来判断注聚泵吸排液阀故障、弹簧故障、漏液等故障，根据人工初步判断结果进行排查检修。这种方法实时性差，无法及时发现设备故障；其次人工判断的误差较大，检修成本及工作量较大。
另一种现有技术是依靠实时采集压力参数，通过分析诊断压力数据，来确定注聚泵排液阀故障。这种方法是采用单一的压力信号进行排液阀的故障，但由于注聚泵故障发生后，不仅反映在压力信号的变化上，还在振动、粘度等信号上均有反映，且故障点不同参数的变化不同，通过单一的压力信号诊断难度较大、准确性低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种注聚泵故障诊断系统。
为此，本发明提供了一种注聚泵故障诊断系统，包括：
振动变送器，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵的振动状态，并对应输出注聚泵的振动信号给可编程控制单元PLC；
压力变送器，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵的液体压力状态，并对应输出注聚泵的压力信号给可编程控制单元PLC；
在线粘度计，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵内流经液体的粘度，并输出对应的粘度信号给可编程控制单元PLC；
可编程控制单元PLC，分别与振动变送器、压力变送器和在线粘度计相连接，用于接收振动变送器、压力变送器和在线粘度计所分别采集的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号，然后转发给中央监控服务器；
中央监控服务器，与可编程控制单元PLC相连接，用于建立故障诊断系统，具体用于预先存储故障诊断数据库，并在接收可编程控制单元PLC转发的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号后，在故障诊断数据库中筛选出对应的故障诊断信息，并实时显示进行报警，该故障诊断信息包括故障部位、故障报警信号和故障类型。
其中，振动变送器，安装在注聚泵的液力端柱塞法兰盘的中心位置。
其中，压力变送器，安装在注聚泵的进口和出口。
其中，在线粘度计，安装在注聚泵的出口。
其中，故障诊断数据库，预先存储多个不同故障部位、多个不同故障报警信号、多个不同故障类型、多个不同振动信号、多个不同压力信号和多个不同粘度信号以及它们之间的对应关系。
其中，中央监控服务器，具体包括故障诊断数据库存储模块和故障诊断模块，其中；
故障诊断数据库存储模块，用于预先存储故障诊断数据库；
故障诊断模块，分别与可编程控制单元PLC和故障诊断数据库存储模块相连接，用于接收可编程控制单元PLC转发的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号，然后从故障诊断数据库存储模块存储的故障诊断数据库中，进行数据检索和比对，获得对应的故障诊断信息，并实时显示进行报警，该故障诊断信息包括故障部位、故障报警信号和故障类型。
其中，故障诊断模块，还用于将注聚泵的振动信号中的振动幅值，与预设阈值进行比较，当大于该预设阈值时，实时发出报警信号。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种注聚泵故障诊断系统，其应用振动、压力、粘度信号形成多参数诊断数据库，基于注聚泵液力端的振动、出口粘度、压力多参数相关结合的方式，形成的故障诊断方式，诊断结果准确性和可靠性较高，可有效改善现有技术的不足，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种注聚泵故障诊断系统的结构示意图；
图2为振动变送器探头在注聚泵上的安装检测位置示意图；
图中：1为注聚泵，2为液力端柱塞法兰盘，3为振动变送器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、图2，本发明提供了一种注聚泵故障诊断系统，用于三次采油注聚泵故障的工况诊断，具体包括：
振动变送器，用于检测注聚泵的振动状态，并对应输出注聚泵的振动信号给可编程控制单元PLC；
压力变送器，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵的液体压力状态，并对应输出注聚泵的压力信号给可编程控制单元PLC；
在线粘度计，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵内流经液体的粘度，并输出对应的粘度信号给可编程控制单元PLC；
可编程控制单元PLC，分别与振动变送器、压力变送器和在线粘度计相连接，用于接收振动变送器、压力变送器和在线粘度计所分别采集的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号，然后转发给中央监控服务器；
中央监控服务器，与可编程控制单元PLC相连接，用于建立故障诊断系统，具体用于预先存储故障诊断数据库，并在接收可编程控制单元PLC转发的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号后，在故障诊断数据库中筛选出对应的故障诊断信息，并实时显示进行报警，该故障诊断信息包括故障部位、故障报警信号和故障类型。
在本发明中，具体实现上，其中，故障诊断数据库，预先存储多个不同故障部位、多个不同故障报警信号、多个不同故障类型、多个不同振动信号、多个不同压力信号和多个不同粘度信号以及它们之间的对应关系(即映射关系，例如一一对应关系或者一对多的关系)；
故障诊断信息可以包括故障部位、故障报警信号和故障类型，当然，根据用户的要求，还可以调整设置。
在本发明中，具体实现上，中央监控服务器，具体包括故障诊断数据库存储模块和故障诊断模块，其中；
故障诊断数据库存储模块，用于预先存储故障诊断数据库；
故障诊断模块，分别与可编程控制单元PLC和故障诊断数据库存储模块相连接，用于接收可编程控制单元PLC转发的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号，然后从故障诊断数据库存储模块存储的故障诊断数据库中，进行数据检索和比对，获得对应的故障诊断信息，并实时显示进行报警，该故障诊断信息包括故障部位、故障报警信号和故障类型。
需要说明的是，故障诊断模块，还用于将注聚泵的振动信号中的振动幅值，与预设阈值进行比较，当大于该预设阈值时，实时发出报警信号；
其中，该预设阈值，为预先设置的注聚泵在正常运行时的振动幅值。
也就是说，在本发明中，故障诊断模块，可以首先分析振动信号数据，将监测点在同一测点的正常运行振动数据统计值作为阈值，如果任一时刻的振动数值超过预先设置的阈值，则发出报警信号。
对于本发明，故障诊断模块根据采集的振动、粘度、压力数据进行分析，根据预先设定的故障诊断数据库，可以诊断出注聚泵的具体故障类型，并发出报警(故障类型诊断报警结果，可以如下表1所示)，从而便于下一步指导操作人员进行检修。
具体实现上，中央监控服务器，还包括自学习模块；
自学习模块，用于定期根据故障诊断数据库中存储的历史故障信号(即到目前为止间隔了预设时间的故障信号)和诊断出的对应故障类型，进行自学习，并将不同故障信号对应的故障类型、特征数据值(例如振动幅值)、故障部位信息，输入并存储至故障诊断数据库中。
需要说明的是，在本发明中，注聚泵的故障诊断数据库，可以预先存储振动、粘度、压力的实时数据和历史数据，能够实现实时数据和历史数据的显示查询功能、数据存储功能、数据维护功能、数据管理等功能。同时还可以建立有故障诊断特征值库，预先计算存储注聚泵的不同故障部位的特征频率、粘度、压力数值，来作为故障诊断的依据。此外，还可以存储不同故障信号对应的故障类型、特征值、故障的部位，能够实现实时数据和历史数据的显示查询功能、数据存储功能、数据维护功能、数据管理功能。
在本发明中，故障诊断模块，可以根据采集的振动、压力、粘度信号，以及根据预先设定的故障诊断数据库，来诊断出注聚泵的故障类型，并发出报警，给出故障类型、故障的部位(故障类型诊断报警结果如表1所示)，用以指导工作人员进行检修。
表1柱塞型注水泵故障类型诊断报警结果表：
Figure BDA0002156078240000051
在本发明中，具体实现上，参见图2所示，振动变送器3，安装在注聚泵1的液力端柱塞法兰盘2的中心位置。
在本发明中，具体实现上，压力变送器，安装在注聚泵的进口和出口。
需要说明的是，中央监控服务器可以通过故障诊断数据库进行压力故障诊断，具体依靠的是进口和出口压力的差压进行诊断，例如判断该差压是否位于预设数值范围之内。
在本发明中，具体实现上，在线粘度计，安装在注聚泵的出口。
需要说明的是，对于本发明，具体实现上，振动变送器：精度：±1％；频率响应范围大：0～1000Hz；输出信号：4～20mA；安装方式：强磁吸附；检测位置：液力端柱塞法兰盘中心(安装示意图如图2所示)。
具体实现上，压力变送器采用智能压力变送器，精度：±0.5％；输出信号：4～20mA；检测位置：注聚泵进、出口。
具体实现上，在线粘度计，精度：±5％；输出信号：RS-485；检测位置：注聚泵出口。
在本发明中，具体实现上，中央监控服务器包括多台计算机PC，是由多台计算机PC组成的服务器。
为了更加清楚地理解本发明的效果，下面结合具体实施例来说明。
选取油田一座三次采油注聚站，该注水站内有注聚泵4台，对注聚泵开展故障诊断应用：采集4台注聚泵的柱塞振动信号、注聚泵出口粘度、进口和出口压力，严格按照上文描述的本发明技术方案，实现注聚泵故障诊断。
本发明的系统运行两个月内，出现两次故障报警：
1、第一次故障报警：系统发出Ⅱ自动报警，诊断结果为2号注聚泵二号柱塞弹簧卡堵。根据诊断结果进行停泵人工检修，拆开二号柱塞后发现，该泵的弹簧出现弯曲变形造成卡堵。
2、第二次故障报警：系统发出Ⅵ自动报警，诊断结果为4号注聚泵盘根漏液。根据诊断结果人工检修，发现该泵盘根处出现渗漏。
与现有技术相比较，本发明提供的注聚泵故障诊断系统，具有如下有益效果：
1、本发明是基于注聚泵液力端的振动、出口粘度、压力多参数相关结合的方式，形成的故障诊断方式，诊断结果准确性和可靠性较高。
2、本发明受注聚泵液力端机械结构运动产生的振动影响较小，对现场的适应性更强。
3、本发明形成的故障诊断数据库，具有自学习能力，能够不断完善系统的故障诊断功能和准确性。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种注聚泵故障诊断系统，其应用振动、压力、粘度信号形成多参数诊断数据库，基于注聚泵液力端的振动、出口粘度、压力多参数相关结合的方式，形成的故障诊断方式，诊断结果准确性和可靠性较高，可有效改善现有技术的不足，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种注聚泵故障诊断系统，其特征在于，包括：
振动变送器，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵的振动状态，并对应输出注聚泵的振动信号给可编程控制单元PLC；
压力变送器，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵的液体压力状态，并对应输出注聚泵的压力信号给可编程控制单元PLC；
在线粘度计，安装在注聚泵上，用于检测注聚泵内流经液体的粘度，并输出对应的粘度信号给可编程控制单元PLC；
可编程控制单元PLC，分别与振动变送器、压力变送器和在线粘度计相连接，用于接收振动变送器、压力变送器和在线粘度计所分别采集的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号，然后转发给中央监控服务器；
中央监控服务器，与可编程控制单元PLC相连接，用于建立故障诊断系统，具体用于预先存储故障诊断数据库，并在接收可编程控制单元PLC转发的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号后，在故障诊断数据库中筛选出对应的故障诊断信息，并实时显示进行报警，该故障诊断信息包括故障部位、故障报警信号和故障类型。
2.如权利要求1所述的注聚泵故障诊断系统，其特征在于，振动变送器，安装在注聚泵的液力端柱塞法兰盘的中心位置。
3.如权利要求1所述的注聚泵故障诊断系统，其特征在于，压力变送器，安装在注聚泵的进口和出口。
4.如权利要求1所述的注聚泵故障诊断系统，其特征在于，在线粘度计，安装在注聚泵的出口。
5.如权利要求1所述的注聚泵故障诊断系统，其特征在于，故障诊断数据库，预先存储多个不同故障部位、多个不同故障报警信号、多个不同故障类型、多个不同振动信号、多个不同压力信号和多个不同粘度信号以及它们之间的对应关系。
6.如权利要求1至5中任一项所述的注聚泵故障诊断系统，其特征在于，中央监控服务器，具体包括故障诊断数据库存储模块和故障诊断模块，其中；
故障诊断数据库存储模块，用于预先存储故障诊断数据库；
故障诊断模块，分别与可编程控制单元PLC和故障诊断数据库存储模块相连接，用于接收可编程控制单元PLC转发的注聚泵的振动信号、压力信号和粘度信号，然后从故障诊断数据库存储模块存储的故障诊断数据库中，进行数据检索和比对，获得对应的故障诊断信息，并实时显示进行报警，该故障诊断信息包括故障部位、故障报警信号和故障类型。
7.如权利要求6所述的注聚泵故障诊断系统，其特征在于，故障诊断模块，还用于将注聚泵的振动信号中的振动幅值，与预设阈值进行比较，当大于该预设阈值时，实时发出报警信号。
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