泵站自动化系统方案

开发系统注水泵站自动化系统建设规划方案设备管理处2003.07.16随着石油企业信息化建设的进一步发展和拓宽，向信息技术要效益、要速度、要精度成为石油开发的主要发展方向和战略手段。国外石油公司发展的实践证明，石油的开发生产与信息技术的紧密结合是石油工业发展的必然。油田生产自动化经过近几年的建设，开发过程中的数据采集、运行监测、运行参数自动优化控制均有了一定的发展,对生产数据及时准确录取，生产参数优化和节能降耗均起到了一定的促进作用，并积累了一些自动化建设的成功经验。根据今年油田加快信息化建设步伐的总体要求，结合油田注水泵站开展自动化监控的实际，提出注水泵站自动化系统设备实施规划方案。一、注水泵站自动化系统建设现状目前胜利油田有60个油田进行注水开发，建有注水站206座，注水泵总数1188台，其中离心注水泵站53座，设备台数255台，占实供水量的82％以上。现有的53座离心注水泵站中，已有46座离心注水泵站实施了状态在线监测（包括部分已经基本失效或停用的泵站，其它大部分监控泵站不同程度存在个别参数失效或不准确的问题）。目前所上在线监测项目31个站具有自动调控功能，其中自动调控系统使用良好的有7个站，使用一般的13个站，有调控功能但未使用的有11个站。自动调控功能的使用要求自动化系统有较高的灵敏性和可靠性。从调查情况看，自动化系统存在的主要问题为：1．在线监测系统可靠性较差，传感器精度低或精度保持性差，控制软件级别低，自动化控制水平参差不齐。投入的系统中使用良好的极少，使用一般的较多，在用泵站往往不同程度存在少数数据监测不准、数据误差较大的问题。2．由于资金渠道来源多，各自为战，标准不统一，自动化级别不一致，所上在线监测系统不够规范。同一个厂家所上项目，由于资金投入大小不同、二级单位要求不同、分管部门不同往往也有差别。3．所上在线监测系统缺乏维护支持资金，这也是导致相当一批在线监测系统数据不准或功能失效的重要原因。14．油田各采油厂了解设备状态监测和自动化技术的人员甚少，甚至没有，出现问题往往只能依赖厂家解决，这在与一定程度上也影响了系统的运行。二、注水泵站自动化系统建设的目标、意义与思路（一）离心注水泵站自动化系统规划目标1．实施“MCS高压大功率离心泵调控系统”项目在不改动原机泵设备的前提下，采用调控泵出口阀门的开度来有效的控制注水压力和注水量。2．使注水泵实现在高效区范围内连续运行。3．对注水系统进行调控，达到节约电能，节约水源，减缓泵阀磨损，减轻工人劳动强度的目的。4．采用状态监控和故障诊断技术，实施机组运行自动监控。5．实现数据自动采集和传输。6．提高注水时率和自动化管理水平。7．大型的故障诊断系统，对现场设备提出准确无误的故障判断。8．远程监测现场工业运行状况。9．监测数据供给统一的开发平台，为实现ERP系统做准备。（二）注水泵站实施自动化监控项目的意义与作用1．注水站作为油田注水的供给中心，是确保注水开发油田持续、稳定和正常生产运行的关键一环。注水泵站实施自动化改造，有利于提高注水系统的监控水平，提高注水的精细管理水平，为搞好注水生产奠定基础。2．注水泵站采用状态检测系统，可及时发现设备隐患和苗头，随时监控设备运行状态，减少设备磨损，根据设备实际情况适时维修设备，避免设备的过剩维修和失修，降低设备故障停机时间。3．高压大功率离心泵调控系统可对注水站进行全过程控制，具有系统调控、巡视、保护、数据处理和网络通讯等五项功能,实现对注水泵上的出口阀门的开闭度可进行无级同步调速，同时通过对注水泵输出流量、扬程、泵电机电流等参数的监测、计算、优化，控制注水泵工作在高效区运行，达到节约电能、水源，减轻工人劳动强度、提高生产效率的目的。4．实施自动化改造后，系统可以实现数据共享、网络传输、动态数据转换、历史数据连接，可及时记录和反馈注水泵站信息，及时生成注水泵站有关报表，2提高工作效率，并为领导决策提供科学依据。（三）注水泵站自动化项目实施思路1．离心注水泵站自动化改造离心泵站数量少，注水量大，目前已有的53个离心注水泵站，已经实施状态监测监控系统的有46个。鉴于离心注水泵站自动化建设基础好，不仅能够提高泵站管理水平，而且具有节能降耗的作用，因此建议首先将离心注水泵站建成高水准的数字化油田的一个示范区。费用包括四个方面：（1）对尚未实施自动化的离心注水泵站，统一安排新上自动化项目。新上自动化监控项目必须高起点高标准，具有自动化调控功能。原有的现场显示仪表应继续保留。新上项目适当延长厂家保修期，由原来的一年延长至3－5年。（2）对于自动化实施较早、自动化水平低或存在问题较多、主要参数失效的泵站组织技术改造。（3）对于目前在用离心注水泵站自动化系统进行局部改造和维护完善。（4）数据远传和上网。新上项目必须带有数据远传和网上传输功能，对原来已经实施自动化改造的泵站全部实现数据远传和网上查询。在注水泵类设备相对较多单位,建议配备一台小型服务器,专门用于注水信息管理。2．往复式柱塞泵站往复式注水泵属于硬特性泵（可采用变频调速外），数量多，注水量少，实施状态监测需要资金数量大。在资金许可的情况下，建议可先行选择滨南采油厂进行试点（纯梁采油厂1998年所上纯五注检测项目现已停用，2001年所上纯五注项目现已有部分参数不准确，需要完善），然后逐步推行。今年暂不大面积推开。3．配水间自动化建设对于注水泵站的配水间，以及管线上的主要节点，可进行压力、流量的检测，在试点的基础上，可逐步纳入注水泵站自动化系统中(今年可首先在开发部选择的埕东等示范区块上进行)。4．大型注水泵站系统优化运行对于相互连通的大型离心注水泵站系统，可在检测监控的基础上，建立注水系统优化调度运行模型，进一步降低注水系统的能耗，提高注水效果。3三、注水泵站自动化监控系统技术方案(一)离心注水泵站自动化项目实施内容和主要功能：1、完善的监控数据处理及监测功能：（1）压力：（5个公用部分压力监测点＋每台泵7个压力检测点）公用部分：1）水泵冷却水总压力，每个注水站1个监测点；2）站干压，每个注水站1个监测点；3）注水大罐液位，每个站2个监测点；4）润滑油高架罐压力，每个注水站1个监测点。每个注水泵机组：5）注水泵的进口、出口压力，每台泵2个监测点；6）注水泵平衡管压力，每台泵1个监测点；7）注水泵轴瓦润滑来油压力，每台泵1个监测点；8）电机冷却水进、出口压力，每台泵2个监测点9）注水泵配套电机轴瓦润滑来油压力，每台电机1个监测点；（2）流量（排量m3/h，每台注水泵机组1个监测点）：注水泵的排量，每台泵进口一个监测点（流量计为RS485通讯接口，精度为1级）；（3）电量（有功功率kW.h，每台注水泵机组1个监测点）每台电机的用电量由一个电度表来监测计量（电度表为RS485通讯接口，精度为1级）。电机工作电压和电机工作电流,每台电机2个监测点。（4）温度（每台注水泵机组7个监测点）：温度采用带RS485通讯接口的传感器，将温度信号通过集线器对PLC通讯，以确保一次数据的准确性。1）水泵前、后轴瓦温度，每台注水泵2个监测点；2）注水泵配套电机前、后轴瓦温度，每台电机2个监测点；3）电机进、出口风温，每台电机2个监测点；4）电机定子温度，每台电机1个监测点。4（5）振动（每台注水泵机组设6个监测点）1）泵前后轴瓦振动（垂直方向），每台注水泵2个检测点；2)注水泵配套电机前后轴瓦振动（垂直方向），每台电机2个检测点。3)注水泵轴向方向振动，每台泵1个监测点；4)注水泵机组基础振动，每台泵1个监测点。（6）润滑监测点（每个泵站1个监测点）润滑油含水检测，每个站设注水泵润滑油含水一个监测点。（7）监控处理参数：1）每台注水泵电机运行时的电压、电流、有功功率；2）每台注水泵的泵效、单耗；3）站运行综合日报表（含设备日平均运行参数、日均单耗、效率、日注水量、日累耗电量）；4）运行综合月报表（含设备日平均运行参数、效率、日注水量、累计运转时间、日累耗电量）；2、完善的报警及保护功能为确保机组运行安全，至少应设置10项报警，并设置声、光、画面等报警方式予以提示：A、注水泵进水低压报警B、电机和泵润滑油高、低压报警C、电机前和后轴瓦温度高限报警D、泵前和后轴瓦温度高限报警E、电机电流超高限报警F、储水罐高、低液位报警G、电机电压高、低限报警H、冷却水低压报警为了方便查询和进行故障诊断分析，应设置报警发生和结束时间、报警对象、报警位置、报警值、报警限值的记录、储存和输出打印功能。3、可靠的工况自动寻优控制功能高压大功率离心式注水泵监控系统依据注水泵干压差、泵压、单耗、排量、电流等运行参数的实测值与目标值进行分析，与泵本身的特性曲线对比，计算机通过PID调节和专家算法进行优化计算，实时进行工况调节使机组运行在昀佳经济区，达到实时动态5跟踪、自动调节、平稳注水、节能降耗、减轻工人劳动强度、提高自动化管理水平之目的。自动寻优调控功能启用后，系统能否顺利实现寻优目标，应显示。4、自动巡视功能（实时显示功能）计算机能实时显示采集的各项参数，具有图形实时动态显示、动画仿真功能，可在显示器上直观地显示设备工作状态和参数值及泵的运行特性、工况点、泵效监测趋势图、轴承温度、定子温度变化曲线等。5、专家故障诊断功能大型的针对注水泵站研发的专家故障诊断系统，对现场工业运行的设备及自动化系统，具有运行分析、故障点自动诊断，及故障的解决方案及详细步骤。6、可分类查询的报警数据库功能报警数据分门别类存储在不同报警类型的后台数据库中，例如有温度、压力、流量等报警历史数据库，查询关于温度产生的故障，到温度报警数据库中输入相应的条件即可。7、寻优结果显示功能对外围一次仪表（温度、压力、流量等）以及整个系统软硬件系统（装置）设开机自检功能，并在运行中自动内部寻检，发现有潜在故障的地方应即时报警、记录、提示。寻优五次以后，显示这一程寻优的结果及相关的分析数据。8、成本核算：可对使用的电量等进行自动成本计算。9、自动打印功能：自动打印日报，能打印泵的综合参数、实际运行工况与特性曲线对比、历次报警记录、监测趋势图等。10、设备管理功能：能对全站设备、装置、仪器、仪表的规格型号、编号、铭牌等技术参数和设备检修或更换记录、维护保养内容等进行打印、存储，供以后查阅。11、满足技术参数要求功能A、阀组内设干压控制点，要求相邻机组的泵出口压差≤0.02Mpa,干压波动范围要求≤±0.2MPa，通过注水泵房内电动阀的调节，使注水泵的运行参数始终处在高效区，在调节过程中要求电流电机额定电流。B、各注水泵进口低压0.05MPa声光报警，0.02Mpa停主机。C、各注水泵前、后轴瓦高温70℃报警，高温80℃停主机。D、各注水电机前、后轴瓦高温70℃报警，高温80℃停主机。E、各注水电机定子温度110℃报警，120℃停主机。F、润滑油泵出口汇管高压0.3MPa，低压0.1MPa报警。G、各电机、泵处润滑油管线上设低压0.07MPa报警，0.03Mpa停主机。H、注水泵房内机组冷却水干线压力设低压0.15MPa报警。6I、3000立方米储水罐液位连续检测，设高位10.5m，低位5m报警。J、可在机房自动启停泵(包括启动时自动加载,停泵时自动卸载的软件控制功能)。12．远程监测功能（1）实时监测：监测采集点压力、温度；监测大罐液位；监测采集点的流量；监测采集点的电量、电压、电流等信息；（2）自动巡回监测：自动按顺序循环显示所有检测信息：（3）数据分析功能•根据采集的数据进行叠加比较以实现趋势分析；•可以绘出某个监测量在某段时间内各个监测量的变化曲线（4）数据查询维护功能•查询采集点在某段时间内的测控数据；•可以查询故障数据；•查询、比较各类图表；（5）数据库管理功能：可以根据生产上的实际情况，以采集的数据为依据实现站内班报、日报、月报、年报（6）数据网络发布•在局域网的任何计算机上都可以实时监测基层自动化所有测控点的昀新监测信息•在局域网的任何计算机上均可查询监测基层自动化所有测控点的历史监测信息•远程计算机无需安装客户端软件，直接用IE浏览器登录；（二）离心