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.

 

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=P_cη_эд, кВт,

Р_с - 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,

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

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

η_эк - 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; М_н - расходный коэффициент при работе насоса с номинальными параметрами,

давление, развиваемое насосом, ρ

ρ=ρ_вых-ρ_вх, кг/см²,

где ρ_вх - давление на входе насоса, кг/см², ρ_вых - 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 - Q_мин и М_мин, верхний предел - Q_макс и М_мин,

или по математической зависимости Q=f(M)

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

где в измеряемом диапазоне η_{н макс} - максимальное значение, η_{н мин} - минимальное значение,

текущее значение коэффициента полезного действия насоса η_н

в относительных единицах,

или

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

ρ_вых - 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=P_cη_эд, кВт,

Р_с - 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,

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

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

η_эк - 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; М_н - расходный коэффициент при работе насоса с номинальными параметрами,

давление, развиваемое насосом, ρ

ρ=ρ_вых-ρ_вх, кг/см²,

где ρ_вх - давление на входе насоса, кг/см, ρ_вых - 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 - Q_мин и М_мин, верхний предел - Q_макс и М_мин,

или по математической зависимости Q=f(M)

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

где в измеряемом диапазоне η_{н макс} - максимальное значение,

η_{н мин} - минимальное значение,

текущее значение коэффициента полезного действия насоса η_н

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

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

средние значения объемного расхода за каждые четыре часа суток,

Q_cp1=(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄)/4, м³/ч,

Q_cp2=(Q₅+Q₆+Q₇+Q₈)/4, м³/ч,

Q_cp3=(Q₉+Q₁₀+Q₁₁+Q₁₂)/4, м³/ч,

Q_cp4=(Q₁₃+Q₁₄+Q₁₅+Q₁₆)/4, м³/ч,

Q_cp5=(Q₁₇+Q₁₈+Q₁₉+Q₂₀)/4, м³/ч,

Q_cp6=(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 > Q_cp1 не больше чем на ±3%,

Q₂ < или > Q_cp1 не больше чем на ±3%,

Q₃ < или > Q_cp1 не больше чем на ±3%,

Q₄ < или > Q_cp1 не больше чем на ±3%.

выбираем диапазон расхода

Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ при среднем значении расхода Q_cp1 вычисляем среднее значение КПД насоса в диапазоне расходов

Q₁, Q₂, Q₃, Q₄,

η_ср=(η₁+η₂+η₃+η₄)/4, %

сравниваем полученное среднее значение КПД η_ср с базовым значением η_б, которое находим из паспортной характеристики насоса по среднему значению вычисленного расхода Q_cp1, разница между этими КПД не должна быть больше, чем ±1%

η_ср#η_б 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 1
Расход Q, м3/ч	Мощность N, кВт	Напор Н, м	Давление ρ, кг/см2	Расходный коэффициент М, кВт/(кг/см2)	КПД насоса, %
0	5875,8	380	37,95	154,8-154,8=0	0
500	5866,4	372	37,15	157,9-154.8-3,11	7
1000	5848,8	364	36,3	161,13-154,8=6,32	16
1500	5850	356	35,6	164,33-154,8=9,526	26
2000	5938,7	353	35,25	168,47-154,8=13,67	32
2500	5999,9	346	34,6	173,407-154,8-18,607	40
3000	6057,4	341	34,06	177,84-154,8-23,04	45
3500	6156,7	337	33,66	182,209-154,8-28,108	56
4000	6325	332	33,16	190,8-154,8=36	58
4500	6500	328	32,77	198,35-154,8=47,24	63
5000	6600	322	32,2	204,97-154,8=50,169	66
5500	6759,1	317	31,66	213,49-154,8=58,69	70
6000	6999,7	312	31,16	224,64-154,8=69,84	73
6500	7103,3	304	30,36	233,94-154,8=79,145	76
7000	7344,8	299	29,86	245,97-154,8=91,17	80
7500	7350,7	293	29,26	251,22-154,8=96,42	82
8000	7418,9	284	28,36	261,597-154,8=106,797	83
8500	7650	278	27,76	275,576-154,8=120,77	84
9000	7703,4	271	27,06	284,678-154,8=129,88	86
9500	7750	262	26,17	294,14-154,8=141,34	86
10000	7855,6	253,8	25,35	309,88-154,8=155,08	88
10500	7890,2	244	24,37	323,8-154,8=169	88
11000	7828	234	23,37	334,96-154,8=180,16	88
11500	7764	220	21,97	359,39-154,8=198,59	88
12000	7740	213,82	21,35	362,53-154,8=207,73	88

Таблица 2
КПД электродвигателей серии СТД напряжением 10 кВ.
Р, кВт	630	800	1000	1250	1500	1600	2000	2500
КПД, %	95,6	95,8	96,0	96,0	96,5	96,7	96,8	97,0
Р, кВт	3150	4000е	5000	6500	8000	10000	12500
КПД, %	97,2	97,4	97,5	97,5	97,7	97,9	97,80

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: ρ_вх=16,88 кг/см², ρ_вых=38,4 кг/см².

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

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

Данные по замерной установке по коммерческому учету нефти.

Расход объемный Q_o=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 - К_ТТ=800/5=160.

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

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

n_с=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 η_эд=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, η_эк

6. Коэффициент сходимости К равен коэффициент сходимости К равен

7. Расходный коэффициент М

8. Объемный расход Q_o

.

9. Базовое значение КПД насоса

10. Текущее значение КПД насоса

11. Разница между базовым и текущим значением КПД составляет

Δη_i=87-82,162=4,84%.

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

Q_ρ=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:

Q_cp=(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

ΔQ_cp=(248 100)/21548=1,15%.

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

Среднее значение КПД η_ср равно

η_ср=(η₁+η₂+η₃+η₄+η₅+η₆+η₇+η₈)/8, %;

η_ср=(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=η_н-η_ср=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 3
Сверочный лист подачи за 02-06-30
Время	Паповка	Бугуруслан	Еврзовка	Комсомолец	УНН
2	0	0	0	2	21600	1	0	0	21516
4	0	0	0	2	21674	1	0	0	21648
6	0	0	0	2	21543	1	0	0	21648
8	0	0	0	2	21680	1	0	0	21731
10	0	0	0	2	21605	1	0	0	21818
12	0	0	0	2	21302	1	0	0	21727
14	0	0	0	2	21460	1	0	0	21587
16	0	0	0	2	21519	1	0	0	21587
18	0	0	0	2	21480	1	0	0	21714
20	0	0	0	2	21714	1	0	0	21796
22	0	0	0	2	21942	1	0	0	21960
0	0	0	0	2	22177	1	0	0	21885
Сумма					259694				260617
+-, %									-0,354

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=P_cη_эд, кВт,

Р_с - 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,

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

К_ТТ - коэффициент трансформации трансформатора тока;

К_ТН - коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

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

η_эк - 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; М_н - расходный коэффициент при работе насоса с номинальными параметрами,

давление, развиваемое насосом, ρ

ρ=ρ_вых-ρ_вх, кГ/см²,

где ρ_вх - давление на входе насоса, кГ/см², ρ_вых - 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 -Q_мин и M_мин, верхний предел - Q_макс и М_мин,

или по математической зависимости Q=f(М)

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

где в измеряемом диапазоне η_нмакс - максимальное значение, η_нмин - минимальное значение,

текущее значение коэффициента полезного действия насоса η_н

в относительных единицах,

или

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

ρ_вых - 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.