RU2165642C2 - Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов - Google Patents
Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165642C2 RU2165642C2 RU97108213A RU97108213A RU2165642C2 RU 2165642 C2 RU2165642 C2 RU 2165642C2 RU 97108213 A RU97108213 A RU 97108213A RU 97108213 A RU97108213 A RU 97108213A RU 2165642 C2 RU2165642 C2 RU 2165642C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- pipeline
- pumping
- pump
- pumping units
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к транспортировке воды и нефтепродуктов с помощью насосно-трубопроводных комплексов, оборудованных центробежными электронасосами, и может быть использовано для контроля за их работой в реальном масштабе времени. Технический результат заключается в повышении точности и надежности контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов. Технический результат достигается за счет того, что в систему для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов, содержащую центробежные насосы и трубопроводы, расходомеры и манометры, введены на каждой насосной станции информационный пункт, имеющий микропроцессорный контроллер, модем и блок управления, центральный информационный пункт, содержащий ЭВМ, модем и связной процессор, входящие в сеть передачи данных, а на каждом насосном агрегате датчики давления на его входе и выходе, для измерения перепада на нем, статические преобразователи мощности для измерения активной мощности, потребляемой каждым приводным электродвигателем насосного агрегата, и датчики давления в начале и конце контролируемого участка магистрального трубопровода. 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к транспортировке воды и нефтепродуктов с помощью насосно-трубопроводных комплексов, оборудованных центробежными электронасосами, и может быть использовано для контроля за их работой в реальном масштабе времени.
Известны системы для контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса с помощью расходомеров и манометров, устанавливаемых в начале и конце трубопроводов /СНиП 2.05.13.90 "Нефтепродуктопроводы, прокладываемые на территории городов и других населенных пунктов", П. 4.20. и П.4.20. М.: 1995/. В соответствии с этой системой контроля в начале трубопровода устанавливается расходомер для количественного учета транспортируемого нефтепродукта, а в конце трубопровода расходомер для коммерческого учета. Система может быть эффективной, когда имеется непосредственная подача жидкости по схеме насос-трубопровод - потребитель. При наличии же магистралей с большим количеством насосных станций эффективно решить задачу непрерывного контроля за работой системы очень сложно, так как необходимо иметь на каждом участке насос-трубопровод свой расходомер, что неизбежно приведет к большим капитальным и эксплуатационным затратам. Кроме того, контроль за перепадом давления можно вести только при постоянной или известной плотности перекачиваемой жидкости, что приводит к необходимости иметь на каждом участке насос-трубопровод свой расходомер и плотномер жидкости, которых практически нет.
Известен способ контроля производительности насосных установок по их расходным характеристикам /Патент РФ N 1783869 от 29 ноября 1990 г. "Способ определения расходной характеристики насосного установки"/. - Прототип. По этому способу измерение расхода и плотности жидкости заключается в том, что по действительным характеристикам насосного агрегата, во всем его диапазоне производительности вычисляют расходный коэффициент, путем вычитания из результата деления мощности на валу насосного агрегата на развиваемое им давление при данной производительности, результата деления мощности на валу насосного агрегата на создаваемое им давление при нулевой производительности, взятого в начале рабочей характеристики (или делят давление на мощность) и строят зависимость расходного коэффициента от производительности - расходную характеристику, измеряют активную мощность, потребляемую приводным электродвигателем из сети, измеряют давления на входе и выходе из насосного агрегата, измеряют мощность, действующую на валу насосного агрегата, путем умножения измеренной активной мощности на соответствующей ей КПД, взятый из характеристики электродвигателя, определяют перепад давления на насосном агрегате, находят расходный коэффициент, по которому, используя расходную характеристику, определяют объемный расход, а по напорной характеристике - развиваемый напор, и вычисляют плотность, а затем массовый расход. Таким образом с использованием такого способа нет необходимости устанавливать расходомеры в потоке жидкости, так как сама насосная установка является расходомером.
Задача изобретения - повышение точности и надежности контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов. Отличие от известных систем контроля насосно-трубопроводных комплексов состоит в том, что она содержит на каждой насосной станции информационный пункт, имеющий микропроцессорный контроллер, модем и блок управления, центральный информационный пункт, содержащий ЭВМ, модем и связной процессор, входящие в сеть передачи данных, а на каждом насосном агрегате датчики давления на его входе и выходе, для измерения перепада на нем, статические преобразователи мощности для измерения активной мощности, потребляемой каждым приводным электродвигателем насосного агрегата, и датчика давления в начале и конце контролируемого участка магистрального трубопровода, причем выходы статических преобразователей мощности, датчиков давления, находящихся на входе и выходе каждого насосного агрегата и на выходе входящего и входе выходящего участков магистрального трубопровода данного насосного агрегата, поданы на вход микропроцессорного контролера, а выход с него подан на вход модема, выход с которого подан в сеть передачи данных, к которой подключен вход модема, находящегося на центральном информационном пункте, выход с модема подан на вход связного процессора, выход которого подан на ЭВМ, при этом в процессе работы системы с помощью контроллеров, находящихся на информационных пунктах насосных станций, вычисляют мощности, действующие на валах насосных агрегатов, определяют расходные коэффициенты, вычисляют объемный расход жидкости и развиваемые насосными агрегатами напоры, находят плотность жидкости по напорам, развиваемым насосными агрегатами, по формулам:
перепад давления на насосных агрегатах в текущий момент
p1 = pв1 = pп1, p2 = pв2 - pп2; (1)
мощности, действующие на валах насосных агрегатов в текущий момент
N1 = P1 nэд1, nэк1, N2 = P2 nэд2 nэк2; (2)
расходные коэффициенты
объемный расход жидкости, подаваемый насосным агрегатом
напоры, развиваемые насосными агрегатами
H1 = f(M1), H2 = f(M2); (5)
плотность перекачиваемой жидкости
где pв1, Pп1, Pв2, Pп2 - соответственно давления на выходе и приеме насосных агрегатов в текущий момент, МПа; P1, P2 - активные мощности, потребляемые электродвигателями привода насосных агрегатов из сети, кВт; nэд1, nэд2 - коэффициенты полезного действия электродвигателей; nэк1, nэк2 - эксплуатационные коэффициенты насосов, равные произведению мощности, деленной на развиваемое давление в текущий момент, к давлению, деленному на мощность при работе насоса на закрытую задвижку; A1, B1, C1, A2, B2, C2 - постоянные коэффициенты насосных агрегатов, полученные при математическом описании,расходных характеристик насосных агрегатов; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.
перепад давления на насосных агрегатах в текущий момент
p1 = pв1 = pп1, p2 = pв2 - pп2; (1)
мощности, действующие на валах насосных агрегатов в текущий момент
N1 = P1 nэд1, nэк1, N2 = P2 nэд2 nэк2; (2)
расходные коэффициенты
объемный расход жидкости, подаваемый насосным агрегатом
напоры, развиваемые насосными агрегатами
H1 = f(M1), H2 = f(M2); (5)
плотность перекачиваемой жидкости
где pв1, Pп1, Pв2, Pп2 - соответственно давления на выходе и приеме насосных агрегатов в текущий момент, МПа; P1, P2 - активные мощности, потребляемые электродвигателями привода насосных агрегатов из сети, кВт; nэд1, nэд2 - коэффициенты полезного действия электродвигателей; nэк1, nэк2 - эксплуатационные коэффициенты насосов, равные произведению мощности, деленной на развиваемое давление в текущий момент, к давлению, деленному на мощность при работе насоса на закрытую задвижку; A1, B1, C1, A2, B2, C2 - постоянные коэффициенты насосных агрегатов, полученные при математическом описании,расходных характеристик насосных агрегатов; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.
Вычисленные с помощью микропроцессорного контроллера данные по объемному расходу и плотности жидкости, а так же данные датчиков давления, находящихся на магистральном трубопроводе на приеме и выходе из насосной станции, через сеть передачи данных поступают на центральный информационный пункт, в котором эти данные через модем, связной процессор поступают в ЭВМ, которая производит диагностику и анализ по всем насосным станциям и вырабатывает решение о состоянии насосно-трубопроводного комплекса по формулам:
средняя плотность перекачиваемой жидкости
ρср= 0,5(ρ1+ρ2)·106; (7)
перепад давления, определяемый на магистральном трубопроводе по манометрам,
pтм = pнт - pкт; (8)
перепад давления, определяемый на магистральном трубопроводе расчетным путем
pтр= KρсрQ , (9)
где pнт и pкт - соответственно давления в начале магистрального трубопровода и на его конце, МПа; K - коэффициент, пропорциональный сопротивлению трубопровода для жидкости с плотностью, равной единице, при этом, если производительности насосных агрегатов, находящихся в начале и конце каждого контролируемого участка магистрального трубопровода, не равны между собой или перепады давления, действующие между началом и концом магистрального трубопровода, полученные с помощью манометров и расчетным путем, также не равны между собой
Q1 ≠ Q2 или pтн ≠ pтр, (10)
то ЭВМ выдает сигнал в информационные пункты для анализа производительности насосных агрегатов или давления на магистральном трубопроводе, если же возникли одновременно неравенства между производительностью смежных насосных агрегатов и перепадом давления на магистральном участке трубопровода, полученным по манометрам и расчетным путем, то ЭВМ выдает сигнал в блоки управления, находящиеся на информационных пунктах, на остановку насосно-трубопроводного комплекса в предложении, что произошел порыв трубопровода или возникла иная неисправность.
средняя плотность перекачиваемой жидкости
ρср= 0,5(ρ1+ρ2)·106; (7)
перепад давления, определяемый на магистральном трубопроводе по манометрам,
pтм = pнт - pкт; (8)
перепад давления, определяемый на магистральном трубопроводе расчетным путем
pтр= KρсрQ
где pнт и pкт - соответственно давления в начале магистрального трубопровода и на его конце, МПа; K - коэффициент, пропорциональный сопротивлению трубопровода для жидкости с плотностью, равной единице, при этом, если производительности насосных агрегатов, находящихся в начале и конце каждого контролируемого участка магистрального трубопровода, не равны между собой или перепады давления, действующие между началом и концом магистрального трубопровода, полученные с помощью манометров и расчетным путем, также не равны между собой
Q1 ≠ Q2 или pтн ≠ pтр, (10)
то ЭВМ выдает сигнал в информационные пункты для анализа производительности насосных агрегатов или давления на магистральном трубопроводе, если же возникли одновременно неравенства между производительностью смежных насосных агрегатов и перепадом давления на магистральном участке трубопровода, полученным по манометрам и расчетным путем, то ЭВМ выдает сигнал в блоки управления, находящиеся на информационных пунктах, на остановку насосно-трубопроводного комплекса в предложении, что произошел порыв трубопровода или возникла иная неисправность.
Доказательство существенных отличительных признаков предполагаемой автоматизированной информационной системы для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов производилось только по сравнению с указанными выше.
На фиг. 1 даны характеристики центробежного электронасоса при различной плотности перекачиваемой жидкости.
На фиг. 2 дана структурная схема автоматизированной информационной системы.
Насосно-трубопроводные комплексы для перекачки воды и нефтепродуктов являются сложными инженерными сооружениями, требующими непрерывного контроля за их работой. Несвоевременное обнаружение возможных аварий с трубопроводами ведет к непредсказуемым последствиям, которыми могут быть пожары, загрязнение окружающей среды, причины аварий с транспортными средствами и т.д. Как правило, порывы трубопроводов и их локализация приводят к большим экономическим затратам. В связи с этим разработка новых средств контроля за работой насосно-трубопроводных комплексов имеет актуальное значение. Предлагаемая система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов, основанная на известном способе контроля производительности насосных установок по их расходным характеристикам /Патенты РФ N 1783869 - Способ определения расходной характеристики насосной установки и N 1789861 - Устройство для измерения расхода вещества/.
Суть этих способов состоит в том, что в число рабочих характеристик насоса вводится новая - расходная характеристика, которая представляет собой разность отношений между результатом деления мощности, действующей на валу насоса, на развиваемое им давление при данной производительности, результата деления мощности на валу насоса на создаваемое им давление при нулевой производительности в начале рабочей характеристики
где N, p, N0, P0 - соответственно текущее значение мощности в кВт и давления в МПа и значения мощности и давления, взятые из действительной характеристики насоса при нулевой подаче, т.е. в начале рабочей характеристики; M - расходный коэффициент, кВт/МПа. Далее по найденному значению расходного коэффициента M непосредственно по расходной характеристике M-Q или по формуле (12) определяем объемный расход
Q = B (1-e-M/C), (12)
где коэффициент C является некоторым постоянным значением эксплуатационного коэффициента, который характеризует постоянную времени экспоненты, а коэффициент B характеризует некоторое предельное значение измеряемого расхода. Эти коэффициенты определяются в процессе математического описания расходной характеристики M-Q. Определение значений коэффициентов B и C может быть реализовано несколькими методами.
где N, p, N0, P0 - соответственно текущее значение мощности в кВт и давления в МПа и значения мощности и давления, взятые из действительной характеристики насоса при нулевой подаче, т.е. в начале рабочей характеристики; M - расходный коэффициент, кВт/МПа. Далее по найденному значению расходного коэффициента M непосредственно по расходной характеристике M-Q или по формуле (12) определяем объемный расход
Q = B (1-e-M/C), (12)
где коэффициент C является некоторым постоянным значением эксплуатационного коэффициента, который характеризует постоянную времени экспоненты, а коэффициент B характеризует некоторое предельное значение измеряемого расхода. Эти коэффициенты определяются в процессе математического описания расходной характеристики M-Q. Определение значений коэффициентов B и C может быть реализовано несколькими методами.
Один из них заключается в следующем. На расходной характеристике M-Q в рабочем диапазоне насосной установки берутся два значения расхода и соответствующие расходные коэффициенты, например, на фиг.1,
Q1= 800 м3/ч и соответствующий коэффициент M1 = 128,11 кВт/МПа, Q2 = 1200 м3/ч и соответствующий коэффициент M2 = 239 кВт/МПа и составляются уравнения
Из уравнения (13) находим B и подставляем его в уравнение (14)
Задаемся, начиная от среднего значения, расходными коэффициентами M и подставляем их поочередно в уравнение (16) до тех пор, пока полученное значение не будет равно Q2,
Например, задаемся значением C = 180
1200 = [800/(1-e-128,11 /180)](1-e-239 /180)#1154,6
Не сходится. Принимаем значение C = 190
1200 = [800/(1-e-128,11 /190)](1-e-239 /190)#1166
Не сходится. Принимаем значение C = 219
1200 = [800/(1-e-128,11 /219)](1-e-239 /219) = 1200
То же самое проделываем в диапазоне расходов от 0 до 400, от 400 до 800 и от 1200 до 1520.
Q1= 800 м3/ч и соответствующий коэффициент M1 = 128,11 кВт/МПа, Q2 = 1200 м3/ч и соответствующий коэффициент M2 = 239 кВт/МПа и составляются уравнения
Из уравнения (13) находим B и подставляем его в уравнение (14)
Задаемся, начиная от среднего значения, расходными коэффициентами M и подставляем их поочередно в уравнение (16) до тех пор, пока полученное значение не будет равно Q2,
Например, задаемся значением C = 180
1200 = [800/(1-e-128,11 /180)](1-e-239 /180)#1154,6
Не сходится. Принимаем значение C = 190
1200 = [800/(1-e-128,11 /190)](1-e-239 /190)#1166
Не сходится. Принимаем значение C = 219
1200 = [800/(1-e-128,11 /219)](1-e-239 /219) = 1200
То же самое проделываем в диапазоне расходов от 0 до 400, от 400 до 800 и от 1200 до 1520.
По найденным значениям C находим среднее значение, которое берем за расчетное. В нашем примере C = 200.
Значение коэффициентов B находим из уравнения (15), подставляя найденное значение коэффициента C
B = 800/(1-e-128,11 /200)=1720
Тогда уравнение (5) запишется так
Q = 1720 (1-e-M/200).
B = 800/(1-e-128,11 /200)=1720
Тогда уравнение (5) запишется так
Q = 1720 (1-e-M/200).
При анализе всех точек характеристики это уравнение может быть несколько скорректировано с учетом определенной погрешности в исходных данных.
Этот процесс вычисления может быть реализован на вычислительной машине с использованием метода случайного поиска или метода наименьших квадратов.
По полученному уравнению определяется расход Q. Так например, для расходного коэффициента M = 185,86 кВт/МПа расход по расходной характеристике, показанной на фиг. 1, равен:
Q = 1720(1-e-185,86 /200) = 1040,9 м3/ч.
Q = 1720(1-e-185,86 /200) = 1040,9 м3/ч.
Решение уравнения (4) на вычислительной машине реализуется следующим образом.
Формулу (12) приводим к виду:
Q = B (1-Д),
где Д=M/C, а
где
При отсутствии математического описания расходной характеристики, значение расхода определяется непосредственно по расходной характеристике M-Q. Для этого составляется таблица зависимости значений расходных коэффициентов M от производительности Q, которая вводится в ЭВМ. Для примера, зависимость расходных коэффициентов M от расхода Q для расходной характеристики M-Q, показанной на фиг. 1 в диапазоне расхода 800 - 1200 м3/ч, даны в таблице.
Q = B (1-Д),
где Д=M/C, а
где
При отсутствии математического описания расходной характеристики, значение расхода определяется непосредственно по расходной характеристике M-Q. Для этого составляется таблица зависимости значений расходных коэффициентов M от производительности Q, которая вводится в ЭВМ. Для примера, зависимость расходных коэффициентов M от расхода Q для расходной характеристики M-Q, показанной на фиг. 1 в диапазоне расхода 800 - 1200 м3/ч, даны в таблице.
При использовании таблицы по найденному значению расходного коэффициента M находят по ней диапазон расходов и расходных коэффициентов, в котором находится вычисленный расходный коэффициент, для чего вводятся соответствующие обозначения.
Нижний предел - Qмин и Mмин.
Верхний предел - Qмакс и Mмакс.
Значение расхода вычисляется по формуле
Рассмотрим пример на характеристике, показанной на фиг. 1.
Рассмотрим пример на характеристике, показанной на фиг. 1.
Допустим, что экспериментальное значение M = 185,86 кВт/МПа.
Из таблицы следует, что найденное значение M находится в диапазоне расходов Q и расходных коэффициентов M в пределах:
Qмин = 960 м3/ч, а Mмин = 322,07 кВт/(МПа)
Qмакс = 1120 м3/ч, а Mмакс = 206,24 кВт/(МПа)
Тогда значение расхода в соответствии с формулой (8) будет равно
Расчет расхода ведется автоматически на ЭВМ.
Qмин = 960 м3/ч, а Mмин = 322,07 кВт/(МПа)
Qмакс = 1120 м3/ч, а Mмакс = 206,24 кВт/(МПа)
Тогда значение расхода в соответствии с формулой (8) будет равно
Расчет расхода ведется автоматически на ЭВМ.
Далее определяем значение напора, соответствующего данной производительности, и по этим величинам вычисляем плотность ρ жидкости по формуле (12)
где ρ - плотность жидкости, кг/м3; pв, pп - соответственно давления на выходе и приеме насоса, МПа; H - напор, соответствующий данной производительности, м; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с. По найденному значению плотности и объемного расхода вычисляем массовый расход по формуле (13)
Qм = Qо ρ 10-3 (т/м3),
где Qо, Qм - соответственно объемная и массовая производительность насоса, м3/ч или т/ч; ρ - плотность жидкости, кг/м3.
где ρ - плотность жидкости, кг/м3; pв, pп - соответственно давления на выходе и приеме насоса, МПа; H - напор, соответствующий данной производительности, м; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с. По найденному значению плотности и объемного расхода вычисляем массовый расход по формуле (13)
Qм = Qо ρ 10-3 (т/м3),
где Qо, Qм - соответственно объемная и массовая производительность насоса, м3/ч или т/ч; ρ - плотность жидкости, кг/м3.
На фиг. 1 дана характеристика насосного агрегата при различной плотности перекачиваемой жидкости, где H-Q - напорные характеристики, N-Q - мощностная характеристика, M-Q - расходная характеристика и пример определения производительности и плотности перекачиваемой жидкости.
Так, для определения этих параметров необходимо (фиг. 1) следующее: измерить давление, развиваемое насосным агрегатом - точка E, вычислить мощность, действующую на валу насоса - точка Д, вычислить расходный коэффициент - точка A, найти по расходному коэффициенту объемный расход - точка C и напор H - точка B. Найденные значения подставить в формулы (6, 7, 8).
Указанным способом измеряется производительность каждой насосной установки. Перепад давления на трубопроводе измеряется манометрами. Для расчета перепада давления на трубопроводе используются известные формулы Дарси-Вейсбаха, по которым потеря давления pтр в трубопроводе вычисляется по формуле (18)
ртр = A L Q0 2, (18)
где A - удельное сопротивление трубопровода, L - длина трубопровода, Q0 - объемный расход жидкости в трубопроводе. Но удельное сопротивление трубопровода зависит от плотности перекачиваемой жидкости, поэтому выразим A через плотность и постоянный коэффициент K, который находится для данного участка предварительно экспериментально, исходя из того, что падение давления при данной плотности жидкости определяется с помощью манометров, установленных в начале и конце трубопровода. Следовательно, A = Kρср и формула (18) перепишется так
Pтр= KρсрQ
На фиг. 2 даны структурные схемы насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов и автоматизированной информационной системы для его непрерывного контроля за работой. Рассматриваемый насосно-трубопроводный комплекс состоит из шести насосных станций H1-H6 1-6 с магистральными участками трубопровода 7-11, двух замерных установок ЗУ1-12 и ЗУ2-13, причем одна ЗУ1-12 в начале трубопровода, а другая ЗУ2-13 в конце трубопровода, с помощью которых контролируется насосно-трубопроводный комплекс в целом. Автоматизированная информационная система состоит из сети передачи данных 14 с центральным информационным пунктом ЦИП-15 и информационных пунктов ИП15-ИП21 16-21, находящихся на каждой насосной станции. На каждой насосной станции в информационном пункте установлена следующая аппаратура, например, на информационном пункте 18: микропроцессорный контроллер 21, модемы МД - 22, блок управления БУ - 23, а на насосных агрегатах соответствующей насосной станции Н3 и на конечном участке магистрального трубопровода 8 и начальном участке трубопровода 9 установлены: датчик давления 24 на приеме насоса, датчик давления 25 на выходе из насоса, датчик давления 26 в начале трубопровода 9, датчик давления 27 в конце трубопровода 8 (Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие под ред. Б. Д. Кашарского, Л.: Машиностроение, 1976), статический преобразователь мощности СПМ 28 для измерения активной мощности, потребляемой приводом насосного агрегата. Выходы всех этих первичных датчиков поданы на вход микропроцессорного контроллера 21. На информационном пункте 19 установлены: микропроцессорный контроллер 29, модем 30, блок управления насосными агрегатами 31, а на насосных агрегатах насосной станции Н4 - на конечном участке трубопровода 9 и начальном участке трубопровода 10 установлены: датчик давления 32 на приеме насосного агрегата, датчик давления 33 на выходе из насосного агрегата, датчик давления 34 в конце трубопровода 9, датчик давления 35 в начале трубопровода 10, электрический счетчик активной мощности или статический преобразователь мощности СПМ 36 (Кричке В.О., Степанян А.А. Однофазный статический преобразователь мощности ОПМ-1. Труды Куйбышев НИИНП, выпуск 9, Куйбышев, 1961, С - 123-131) для измерения активной мощности, потребляемой приводом насосной установки. Выходы всех этих первичных датчиков поданы на входы микропроцессорного контроллера 29, который производит необходимую обработку данных.
ртр = A L Q0 2, (18)
где A - удельное сопротивление трубопровода, L - длина трубопровода, Q0 - объемный расход жидкости в трубопроводе. Но удельное сопротивление трубопровода зависит от плотности перекачиваемой жидкости, поэтому выразим A через плотность и постоянный коэффициент K, который находится для данного участка предварительно экспериментально, исходя из того, что падение давления при данной плотности жидкости определяется с помощью манометров, установленных в начале и конце трубопровода. Следовательно, A = Kρср и формула (18) перепишется так
Pтр= KρсрQ
На фиг. 2 даны структурные схемы насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов и автоматизированной информационной системы для его непрерывного контроля за работой. Рассматриваемый насосно-трубопроводный комплекс состоит из шести насосных станций H1-H6 1-6 с магистральными участками трубопровода 7-11, двух замерных установок ЗУ1-12 и ЗУ2-13, причем одна ЗУ1-12 в начале трубопровода, а другая ЗУ2-13 в конце трубопровода, с помощью которых контролируется насосно-трубопроводный комплекс в целом. Автоматизированная информационная система состоит из сети передачи данных 14 с центральным информационным пунктом ЦИП-15 и информационных пунктов ИП15-ИП21 16-21, находящихся на каждой насосной станции. На каждой насосной станции в информационном пункте установлена следующая аппаратура, например, на информационном пункте 18: микропроцессорный контроллер 21, модемы МД - 22, блок управления БУ - 23, а на насосных агрегатах соответствующей насосной станции Н3 и на конечном участке магистрального трубопровода 8 и начальном участке трубопровода 9 установлены: датчик давления 24 на приеме насоса, датчик давления 25 на выходе из насоса, датчик давления 26 в начале трубопровода 9, датчик давления 27 в конце трубопровода 8 (Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие под ред. Б. Д. Кашарского, Л.: Машиностроение, 1976), статический преобразователь мощности СПМ 28 для измерения активной мощности, потребляемой приводом насосного агрегата. Выходы всех этих первичных датчиков поданы на вход микропроцессорного контроллера 21. На информационном пункте 19 установлены: микропроцессорный контроллер 29, модем 30, блок управления насосными агрегатами 31, а на насосных агрегатах насосной станции Н4 - на конечном участке трубопровода 9 и начальном участке трубопровода 10 установлены: датчик давления 32 на приеме насосного агрегата, датчик давления 33 на выходе из насосного агрегата, датчик давления 34 в конце трубопровода 9, датчик давления 35 в начале трубопровода 10, электрический счетчик активной мощности или статический преобразователь мощности СПМ 36 (Кричке В.О., Степанян А.А. Однофазный статический преобразователь мощности ОПМ-1. Труды Куйбышев НИИНП, выпуск 9, Куйбышев, 1961, С - 123-131) для измерения активной мощности, потребляемой приводом насосной установки. Выходы всех этих первичных датчиков поданы на входы микропроцессорного контроллера 29, который производит необходимую обработку данных.
На центральном диспетчерском пункте 15 установлены: ЭВМ 30 (В.Э. Фигурнов IBM PC для пользователя М.: 1995), связной процессор 31, модем одного направления 32 и другого направления 33 (Современные технологии автоматизации. N 4 за 1997, Москва), связь центрального информационного пункта с информационными пунктами, находящимися на насосных станциях, осуществляется в одном направлении по линии связи 34 и в другом направлении по линии связи 35. С помощью модемов 22, 30, 32, 33 осуществляется преобразование сигналов в форму, которая обеспечивает их прохождение по линии связи и позволяет преобразовать передаваемый сигнал на другом конце линии связи в цифровую форму, удобную для использования в ЭВМ. Связной процессор 31 служит для ввода данных с информационных пунктов с последующим их вводом в ЭВМ 30.
Автоматизированная информационная система работает следующим образом.
В период работы насосно-трубопроводного комплекса задействованы все информационные пункты 16-21 системы и центральной информационный пункт 15. При этом данные по давлению pп1, pв1 на входе и выходе из насосных агрегатов от датчиков 24, 25 и давления на трубопроводах pнт1, pкт1 от датчика 26, 27 и данные по мощности N1 от датчика 28 на информационном пункте 18, а также данные по давлению pп2, pв2 на входе и выходе из насоса от датчиков 32, 33 и давления на трубопроводах pнт2, pкт2 от датчиков 34, 35 и данные по мощности N2 от датчика 38 подаются соответственно на микропроцессорный контроллер 21 на информационном пункте 18 и микропроцессорный контроллер 29 на информационном пункте 19. Эти контроллеры вычисляют по формуле (1) перепады давлений p1, p2 на насосных станциях Н3 и Н4, вычисляют по формуле (2) мощности N1, N2, действующие на валах насосных агрегатов насосных станций Н3 и Н4, вычисляют эксплуатационные коэффициенты путем умножения результата деления мощности, действующей на валу насосного агрегата, на развиваемое им давление при закрытой задвижке на его выходе, взятой из его рабочей характеристики, на результат деления давления, создаваемого насосом на мощность, действующую на валу насоса в период определения эксплуатационного коэффициента; вычисляют по формулам (3) расходные коэффициенты M1, M2, по формулам (4) вычисляют объемные расходы жидкости, вычисляют по формулам (5) напоры H1, H2, используя характеристики насосов, по формулам (6) вычисляют плотности O1, O2 перекачиваемой жидкости.
Вычисленные микропроцессорным контроллером данные по объемному расходу, плотности перекачиваемой жидкости, давлению на магистральном трубопроводе передаются через модем 22 и 23, по сети передачи данных поступают на центральный информационный пункт, где они через модемы 32 и 33, связной процессор 31 подаются на ЭВМ 30, которая вычисляет по формуле (10) среднюю плотность перекачиваемой жидкости на магистральном трубопроводе 9 и перепад давления на магистральном трубопроводе 9 по манометрам, вычисляют перепад давления на трубопроводе 9 расчетным путем по формуле (9).
По вычисленным значениям производительности насосных установок Q1 и Q2 и вычисленным значениям перепадов давления pтм, pтр, полученных по манометрам и расчетным путем, определяются их соотношения по формуле (10), и если
Q1 ≠ Q2 или pтм ≠ pтр,
то ЭВМ выдает сигнал в информационные пункты для анализа производительности насосных агрегатов или давления на магистральном трубопроводе, если же возникли одновременно неравенства между производительностью смежных насосных станций и перепадом давления на магистральном участке трубопровода, полученным по манометрам и расчетным путем, то ЭВМ выдает сигнал в блоки управления, находящиеся на информационных пунктах, на остановку насосно-трубопроводного комплекса в предположении, что произошел порыв трубопровода или возникла иная неисправность.
Q1 ≠ Q2 или pтм ≠ pтр,
то ЭВМ выдает сигнал в информационные пункты для анализа производительности насосных агрегатов или давления на магистральном трубопроводе, если же возникли одновременно неравенства между производительностью смежных насосных станций и перепадом давления на магистральном участке трубопровода, полученным по манометрам и расчетным путем, то ЭВМ выдает сигнал в блоки управления, находящиеся на информационных пунктах, на остановку насосно-трубопроводного комплекса в предположении, что произошел порыв трубопровода или возникла иная неисправность.
Claims (1)
- Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов, содержащая центробежные насосы и трубопроводы, расходомеры и манометры, отличающаяся тем, что она содержит на каждой насосной станции информационный пункт, имеющий микропроцессорный контроллер, модем и блок управления, центральный информационный пункт, содержащий ЭВМ, модем и связной процессор, входящие в сеть передачи данных, а на каждом насосном агрегате датчики давления на его входе и выходе, для измерения перепада на нем, статические преобразователи мощности для измерения активной мощности, потребляемой каждым приводным электродвигателем насосного агрегата, и датчики давления в начале и конце контролируемого участка магистрального трубопровода, причем выходы статических преобразователей мощности, датчиков давления, находящихся на входе и выходе каждого насосного агрегата и на выходе входящего и входе выходящего участков магистрального трубопровода данного насосного агрегата, поданы на вход микропроцессорного контроллера, а выход с него подан на вход модема, выход с которого подан в сеть передачи данных, к которой подключен вход модема, находящегося на центральном информационном пункте, выход с модема подан на вход связного процессора, выход которого подан на ЭВМ, при этом в процессе работы системы с помощью контроллеров, находящихся на информационных пунктах насосных станций, вычисляют мощности, действующие на валах насосных агрегатов, определяют расходные коэффициенты, вычисляют объемный расход жидкости и развиваемые насосными агрегатами напоры, находят плотность жидкости по напорам, развиваемым насосными агрегатами, по формулам:
перепад давления на насосных агрегатах в текущий момент
р1 = рв1-рп1, р2 = рв2-рп2;
мощность, действующую на валах насосных агрегатов в текущий момент
N1 = Р1nэд1nэк1, N2 = Р2nэд2nэк2;
расходные коэффициенты
объемный расход жидкости, подаваемый насосными агрегатами
напоры, развиваемые насосными агрегатами
Н1 = f(М1), Н2 = f(М2);
плотность перекачиваемой жидкости
где р1, рв1, рп1, р2, рв2, рп2 - соответственно давления, развиваемые насосными агрегатами, и давления на выходе и приеме насосных агрегатов в текущий момент времени, МПа;
Р1, Р2 - активная мощность, потребляемая электродвигателями привода насосных агрегатов из сети, кВт; nэд1, nэд2 - коэффициенты полезного действия электродвигателей;
nэк1nэк2 - эксплуатационные коэффициенты насосных агрегатов;
А1, В1, С1, А2, В2, С2 - постоянные коэффициенты, полученные при математическом описании расходной характеристики насосных агрегатов;
g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2,
вычисленные с помощью микропроцессорного контроллера данные по объемному расходу и плотности жидкости, а также данные от датчиков давления, находящихся на магистральном трубопроводе на приеме и выходе насосной станции, через сеть передачи данных поступают на центральный информационный пункт в ЭВМ, которая проводит диагностику и анализ по всем насосным станциям и вырабатывает решение о состоянии насосно-трубопроводного комплекса по формулам:
средняя плотность перекачиваемой жидкости
ρср= 0,5(ρ1+ρ2)·106;
перепад давления, определяемый на магистральном трубопроводе по манометрам
ртм = рнт-ркт;
перепад давления, определяемый на магистральном трубопроводе расчетным путем
pтр= KρсрQ
где рнт, ркт - соответственно давление в начале и конце магистрали трубопровода, МПа;
К - коэффициент, пропорциональный сопротивлению трубопровода для жидкости с плотностью, равной единице,
при этом если производительности насосных агрегатов, находящихся в начале и конце каждого контролируемого участка магистрального трубопровода не равны между собой или перепады давления, действующие между началом и концом магистрального трубопровода, полученные с помощью манометров и расчетным путем также не равны между собой Q1≠Q2 или ртм≠ртр, то ЭВМ выдает сигнал в информационные пункты для анализа производительности насосных агрегатов или давления на магистральном трубопроводе, если же возникли одновременно неравенства между производительностью смежных насосных агрегатов и перепадом давления на магистральном участке трубопровода, полученным по манометрам и расчетным путем, то ЭВМ выдает сигнал в блоки управления, находящиеся на информационных пунктах, на остановку насосно-трубопроводного комплекса в предположении, что произошел порыв трубопровода или возникла иная неисправность.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97108213A RU2165642C2 (ru) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97108213A RU2165642C2 (ru) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97108213A RU97108213A (ru) | 1999-05-10 |
| RU2165642C2 true RU2165642C2 (ru) | 2001-04-20 |
Family
ID=20193104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97108213A RU2165642C2 (ru) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2165642C2 (ru) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA007369B1 (ru) * | 2004-03-26 | 2006-10-27 | Путцмайстер Акциенгезелльшафт | Устройство и способ для управления двухцилиндровым насосом для густой массы |
| RU2499181C1 (ru) * | 2012-07-04 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью Сервисная компания "Автоматизация технологических систем" | Система контроля состояния трубопровода с гидравлическим энергетическим модулем и способ для ее реализации |
| WO2014088460A1 (ru) * | 2012-12-05 | 2014-06-12 | Bogachuk Yury Fedorovich | Информационное обеспечение и управление нефтедобычей в реальном масштабе времени |
| RU2658407C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2018-06-21 | Харнишфигер Текнолоджиз, Инк. | Система и способ контроля гидравлической системы горной машины |
| RU2727511C1 (ru) * | 2020-01-28 | 2020-07-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Способ повышения эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов |
| WO2023152751A1 (en) * | 2022-02-13 | 2023-08-17 | Carmel Haifa University Economic Corporation Ltd. | System and method of controlling a plurality of variable speed pumps |
| RU2812007C1 (ru) * | 2023-09-19 | 2024-01-22 | Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" | Автоматизированный комплекс мониторинга процесса транспортирования нефтепродуктов по наземному сборно-разборному полевому магистральному трубопроводу с соединением "раструб" |
-
1997
- 1997-05-20 RU RU97108213A patent/RU2165642C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СНиП 2.05.13.90. Нефтепродуктопроводы, прокладываемые на территории городов и других населенных пунктов. П.4.20. М., 1995. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA007369B1 (ru) * | 2004-03-26 | 2006-10-27 | Путцмайстер Акциенгезелльшафт | Устройство и способ для управления двухцилиндровым насосом для густой массы |
| RU2499181C1 (ru) * | 2012-07-04 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью Сервисная компания "Автоматизация технологических систем" | Система контроля состояния трубопровода с гидравлическим энергетическим модулем и способ для ее реализации |
| WO2014088460A1 (ru) * | 2012-12-05 | 2014-06-12 | Bogachuk Yury Fedorovich | Информационное обеспечение и управление нефтедобычей в реальном масштабе времени |
| RU2541937C2 (ru) * | 2012-12-05 | 2015-02-20 | Юрий Федорович Богачук | Способ информационного обеспечения и управления нефтедобычей в реальном масштабе времени и автоматизированная система для его осуществления |
| RU2658407C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2018-06-21 | Харнишфигер Текнолоджиз, Инк. | Система и способ контроля гидравлической системы горной машины |
| US10113423B2 (en) | 2013-02-18 | 2018-10-30 | Joy Global Surface Mining Inc | Systems and methods for monitoring a fluid system of a mining machine |
| RU2727511C1 (ru) * | 2020-01-28 | 2020-07-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Способ повышения эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов |
| WO2023152751A1 (en) * | 2022-02-13 | 2023-08-17 | Carmel Haifa University Economic Corporation Ltd. | System and method of controlling a plurality of variable speed pumps |
| RU2812007C1 (ru) * | 2023-09-19 | 2024-01-22 | Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" | Автоматизированный комплекс мониторинга процесса транспортирования нефтепродуктов по наземному сборно-разборному полевому магистральному трубопроводу с соединением "раструб" |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4280356A (en) | Pipeline leak detection | |
| RU2754656C1 (ru) | Способ и система измерения расходов многофазного и/или многокомпонентного флюида, добываемого из нефтегазовой скважины | |
| CN115435857A (zh) | 科里奥利直接井口测量设备和方法 | |
| CN105465946A (zh) | 一种中央空调制冷站能耗分析的方法和系统 | |
| RU2165642C2 (ru) | Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов | |
| RU2344288C2 (ru) | Способ определения продуктивности группы скважин | |
| EP0380759B1 (en) | Method and apparatus for measuring entrained gas bubble content of flowing fluid | |
| Chowdhury et al. | Modeling pressure losses for Newtonian and non-Newtonian laminar and turbulent flow in long square edged orifices | |
| CN102182928B (zh) | 一种矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法 | |
| Hariri Asli et al. | Minimum night flow (MNF) and corrosion control in compliance with internet of things (IoT) for water systems | |
| US20190376510A1 (en) | Remote pump managing device | |
| RU2338873C2 (ru) | Система определения продуктивности куста скважин | |
| Zheng et al. | Deeppipe: A hybrid intelligent framework for real-time batch tracking of multi-product pipelines | |
| CA2444093C (en) | Flow transport analysis method and system | |
| CN114165216A (zh) | 一种单井连续多相流量计量系统、存储介质和计算机设备 | |
| JP2009288231A (ja) | ポンプ流量計測装置 | |
| RU2362134C1 (ru) | Способ определения величины и места утечки в магистральном трубопроводе между двумя смежными насосными станциями насосно-трубопроводного комплекса по перекачке нефти и нефтепродуктов | |
| CN204877437U (zh) | 基于差压法在线计量非抽油机井液量的装置 | |
| CN116045220A (zh) | 一种多相流管道泄漏监测方法及系统 | |
| Luc et al. | Performance indicators of irrigation pumping stations: application to drill holes of minor irrigated areas in the Kairouan plains (Tunisia) and impact of malfunction on the price of water | |
| RU97108213A (ru) | Автоматизированная информационная система для непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводного комплекса для перекачки воды и нефтепродуктов | |
| KR101585175B1 (ko) | 병렬 운전 펌프의 소모 전력 절감 운용 장치 및 그 방법 | |
| CN114217586A (zh) | 数据采集方法、装置、存储介质及电子设备 | |
| RU2114325C1 (ru) | Способ непрерывного контроля за работой насосно-трубопроводных систем для перекачки воды и нефтепродуктов | |
| KR102065535B1 (ko) | 흡상조건에서 안전한 운전이 가능한 복수의 펌프 시스템의 최소 소비전력 운전 방법 |