基于SCADA系統(tǒng)進(jìn)行泵效測(cè)試的深化應(yīng)用

趙 勇 李鑫偉 董 牧 邱 龍

〔中國(guó)石化銷售股份有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕

1 管道概況

中國(guó)石化湖南長(zhǎng)嶺—郴州成品油管道起點(diǎn)為岳陽(yáng)長(zhǎng)嶺油庫(kù)，在湘潭節(jié)點(diǎn)站管道向南至郴州油庫(kù)并延伸至廣東省界，向西至婁底油庫(kù)，向東至株洲油庫(kù)，全長(zhǎng)732 km，設(shè)計(jì)年輸量600萬(wàn)t。全線共有四個(gè)泵站，分別是長(zhǎng)嶺首站、汨羅分輸下載泵站、湘潭分輸泵站和衡陽(yáng)分輸下載泵站，共20臺(tái)離心泵，具體情況見(jiàn)表1。

表1 四個(gè)泵站離心泵情況表

2 問(wèn)題描述

湖南長(zhǎng)嶺—郴州成品油管道運(yùn)行工況復(fù)雜。為了滿足計(jì)劃運(yùn)行，管道長(zhǎng)期處于大流量和多變量運(yùn)行狀況，因此主輸泵的性能和運(yùn)行狀況對(duì)于管輸平穩(wěn)安全運(yùn)行和節(jié)能降耗至關(guān)重要。為了及時(shí)掌握泵的運(yùn)行情況和能耗薄弱點(diǎn)，公司每年定期開(kāi)展泵效測(cè)試，但是以往的泵效測(cè)試均為人工測(cè)算。由于存在臨時(shí)工況調(diào)節(jié)難度大、讀數(shù)存在偏差、運(yùn)行參數(shù)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)獲取量小且非連續(xù)等因素干擾，每次獲取的數(shù)據(jù)均存在穩(wěn)定性和代表性不夠的問(wèn)題，無(wú)法為后期開(kāi)展能耗分析和優(yōu)化管輸運(yùn)行提供有效的數(shù)據(jù)支持。

基于上述問(wèn)題，區(qū)域調(diào)控中心對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行深化應(yīng)用，直接采集SCADA系統(tǒng)中電氣微機(jī)綜保系統(tǒng)中的信號(hào)數(shù)據(jù)和泵機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)泵效測(cè)試功能，克服了傳統(tǒng)泵效測(cè)試缺點(diǎn)，為主輸泵維護(hù)管理和管輸優(yōu)化運(yùn)行提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3 理論分析

效率是衡量離心泵工作經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。離心泵在工作時(shí)一邊要吸入液體，一邊要甩出液體，在泵內(nèi)會(huì)存在各種損失，例如在其運(yùn)動(dòng)部件間產(chǎn)生相對(duì)摩擦而消耗一定的功率，所以不可能將輸入的功率全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Чβ?，?duì)其用泵效率來(lái)衡量。因此泵效率的表達(dá)式為：

(1)

(2)

(3)

(4)

將式(2)、式(3)和式(4)代入式(1)可得：

(5)

式中：

η——離心泵效率，%；

U——電機(jī)線電壓，V；

I——電機(jī)線電流，A；

H——輸送揚(yáng)程，m；

Q——輸送流量，m3/s；

ρ——輸送介質(zhì)密度，kg/m3；

g——通用常數(shù)，取9.81；

P泵——離心泵輸出功率，kW；

P軸——離心泵泵軸輸出功率，kW；

P機(jī)——離心泵電機(jī)功率，kW；

cosφ——電機(jī)功率因素，一般選取0.85；

K——電機(jī)備用系數(shù)，一般選取1.05。

4 實(shí)例計(jì)算與分析

利用SCADA系統(tǒng)采集連續(xù)穩(wěn)定的電氣微機(jī)綜保系統(tǒng)信號(hào)數(shù)據(jù)和泵機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，將其代入式(5)得到長(zhǎng)嶺首站、汨羅泵站、湘潭泵站及衡陽(yáng)泵站主輸泵的泵效測(cè)算結(jié)果。

長(zhǎng)嶺首站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)的泵效結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 長(zhǎng)嶺首站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)的泵效表

汨羅泵站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)的泵效結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 汨羅泵站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)的泵效表

長(zhǎng)嶺首站的P2、P3、P4泵和汨羅泵站的P2、P3、P4泵均采用進(jìn)口泵，長(zhǎng)嶺首站的P1泵和汨羅泵站的P1泵均采用國(guó)產(chǎn)泵。由表(2)、表(3)可知，進(jìn)口泵與國(guó)產(chǎn)泵的效率均隨流量的增加而增大直至達(dá)到額定流量(表1)工作點(diǎn)區(qū)域，泵效達(dá)到最高值，與理論值保持一致。進(jìn)口泵在輸送柴油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為77 %～79 %；在輸送汽油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為78 %～80 %。國(guó)產(chǎn)泵在輸送柴油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為67 %～71 %；在輸送汽油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為68 %～74 %。由此可見(jiàn)，進(jìn)口泵在額定流量工作點(diǎn)附近的泵效比國(guó)產(chǎn)泵高近10個(gè)百分點(diǎn)，且輸送汽油時(shí)泵運(yùn)行效率更高。

管輸優(yōu)化建議：

1)在管輸配泵時(shí)，長(zhǎng)嶺首站和汨羅泵站盡量選用P2、P3、P4泵，運(yùn)行流量控制在泵的額定流量工作區(qū)域，讓泵處于高效運(yùn)行從而達(dá)到節(jié)能降耗。

2)在管輸編排時(shí)，由于輸送汽油時(shí)泵運(yùn)行效率更高，在計(jì)劃允許的情況下盡量安排柴油處于大流量輸送區(qū)段，安排汽油處于小流量輸送區(qū)段。在連續(xù)輸送時(shí)，可以安排汽油作為最后鋪底，然后接下一批次繼續(xù)輸送。

3)在離心泵運(yùn)行前一定要進(jìn)行灌泵，做好盤泵、排氣的準(zhǔn)備，因此在啟泵前站場(chǎng)操作人員一定要按規(guī)定對(duì)泵做好盤泵和排氣，讓泵可以快速進(jìn)入高效的運(yùn)行狀態(tài)，在停泵時(shí)要及時(shí)做好保養(yǎng)和定期檢查，維持泵的良好狀況。

湘潭泵站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)泵效結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 湘潭泵站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)的泵效表

衡陽(yáng)泵站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)泵效結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 衡陽(yáng)泵站主輸泵在不同流量下分別輸送汽油和柴油時(shí)的泵效表

湘潭泵站和衡陽(yáng)泵站均采用國(guó)產(chǎn)泵。由表(4)、表(5)可知，泵的效率均隨流量的增加而增大直至達(dá)到額定流量工作點(diǎn)區(qū)域，泵效達(dá)到最高值，與理論保持一致。湘潭泵站主輸泵在輸送柴油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為70 %～72 %；在輸送汽油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為71 %～73 %。衡陽(yáng)泵站主輸泵在輸送柴油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為57 %～62 %；在輸送汽油時(shí)，達(dá)到額定流量區(qū)域的泵效為59 %～63 %。由此可見(jiàn)，衡陽(yáng)泵站主輸泵運(yùn)行效率明顯偏低，湘潭泵站主輸泵與長(zhǎng)嶺首站和汨羅泵站主輸泵效率基本一致。

管輸優(yōu)化建議：

1)衡陽(yáng)泵站4臺(tái)離心泵泵效整體較低，P1泵較其余三臺(tái)泵效率更低，因此在運(yùn)行時(shí)盡量不選用P1泵，將其作為備用機(jī)組。對(duì)衡陽(yáng)泵站4臺(tái)離心泵進(jìn)行整體檢查，有必要的話可以采取切削葉輪外徑和加裝變頻調(diào)速裝置等措施提高效率。

2)在管輸編排時(shí)，在計(jì)劃允許的情況下盡量減少南線郴州單下的操作，在滿足混油最小輸送流量的情況下，讓衡陽(yáng)站配合郴州站共同下載，保證湘潭站往南線方向四臺(tái)離心泵工作流量處于額定流量工作區(qū)域，從而提高泵效減少能耗。

需要說(shuō)明的是:在利用SCADA系統(tǒng)采集信號(hào)數(shù)據(jù)和機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)算長(zhǎng)嶺、汩羅、湘潭和衡陽(yáng)站數(shù)據(jù)中，因工況限制、對(duì)比效果等原因，最終數(shù)據(jù)未涵蓋全部關(guān)鍵流量點(diǎn)，流量選取誤差標(biāo)準(zhǔn)為：長(zhǎng)嶺首站和汨羅泵站為±5，湘潭泵站為±3，衡陽(yáng)泵站為±2；對(duì)各站影響設(shè)備效果分析的是①長(zhǎng)嶺首站電流運(yùn)行中較不穩(wěn)定，導(dǎo)致單次測(cè)試泵效結(jié)果在±1.5 %范圍內(nèi)波動(dòng)；②汨羅泵站過(guò)站流量計(jì)嚴(yán)重失真，雖經(jīng)過(guò)修正流量誤差已大幅度減小但仍然存在；③湘潭往婁底方向由于工況原因主輸泵啟運(yùn)極少，且P5、P6、P7泵已經(jīng)采用變頻技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行，因此不作比對(duì)分析；④衡陽(yáng)站過(guò)站流量計(jì)運(yùn)行波動(dòng)較為明顯，流量波動(dòng)范圍在±5，實(shí)測(cè)和最終篩選中均對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，但影響仍然存在。經(jīng)驗(yàn)證，最終各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本在真實(shí)值±0.4范圍內(nèi)波動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)新泵效測(cè)試系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)：

1)操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確性高。新系統(tǒng)全程自動(dòng)采集和處理數(shù)據(jù)，節(jié)約了人工成本，可以獲得連續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，使測(cè)試結(jié)果的可靠性大大提升。

2)同步讀取、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。新系統(tǒng)不僅可以直觀地進(jìn)行泵效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和橫向比對(duì)，還可以同步讀取泵的同一時(shí)刻各種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，有利于對(duì)設(shè)備故障趨勢(shì)進(jìn)行研究判斷，為優(yōu)化管輸運(yùn)行配置提供了重要依據(jù)。

3)歷史查詢、篩選優(yōu)化。新系統(tǒng)提供了歷史數(shù)據(jù)庫(kù)查詢功能，可以方便隨時(shí)調(diào)取目標(biāo)工況數(shù)據(jù)并可以有針對(duì)性地篩選出連續(xù)穩(wěn)定工況，排除異常數(shù)據(jù)，提高測(cè)試精度。

(2)泵效測(cè)試結(jié)果及優(yōu)化運(yùn)行建議。

1)進(jìn)口泵在額定流量工作點(diǎn)附近泵效基本達(dá)到80 %左右，國(guó)產(chǎn)泵在額定流量工作點(diǎn)附近泵效基本達(dá)到70 %～73 %，衡陽(yáng)泵站主輸泵泵效整體偏差，在額定流量工作點(diǎn)附近泵效基本在57 %～62 %。管輸汽油時(shí)泵在額定流量點(diǎn)附近泵效比管輸柴油時(shí)高1 %～3 %左右。

2)管輸配泵時(shí)，長(zhǎng)嶺首站、汨羅泵站和衡陽(yáng)泵站盡量選用P2、P3、P4泵。所有主輸泵運(yùn)行流量均應(yīng)控制在泵額定流量工作區(qū)域，讓泵處于高效運(yùn)行且節(jié)能降耗。

3)在管輸編排時(shí)，在計(jì)劃允許的情況下盡量安排柴油處于大流量輸送區(qū)段，安排汽油處于小流量輸送區(qū)段。在連續(xù)輸送時(shí)，可以安排汽油作為最后鋪底，然后接下一批次繼續(xù)輸送。在滿足混油最小輸送流量的情況下，盡量讓衡陽(yáng)站配合郴州站共同下載，減少南線郴州單下的操作，保證湘潭站往南線方向的四臺(tái)離心泵工作流量處于額定流量工作區(qū)域，從而提高泵效減少能耗。

4)離心泵在啟運(yùn)前，站場(chǎng)操作人員一定要做好盤泵、排氣等準(zhǔn)備工作，讓泵可以快速進(jìn)入高效的運(yùn)行狀態(tài)，在停泵時(shí)要及時(shí)做好保養(yǎng)和定期檢查，維持泵的良好狀況。

5)衡陽(yáng)泵站4臺(tái)離心泵泵效整體較低，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行整體檢查，有必要的話可以采取切削葉輪外徑和加裝變頻調(diào)速裝置等措施提高效率。