注水泵診斷控制系統(tǒng)研制

陶桂紅，劉 鵬，王 侃，蔣 偉，趙國起，張國棟，朱浩波（渤海裝備中成機械制造公司，天津300280）

注水泵診斷控制系統(tǒng)研制

陶桂紅，劉 鵬，王 侃，蔣 偉，趙國起，張國棟，朱浩波
（渤海裝備中成機械制造公司，天津300280）①

為了能夠更加直觀、方便地實時監(jiān)測油田注水泵的運行狀態(tài)并進行故障診斷。設計了基于KingSC A D A的注水泵診斷控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)總體設計及硬件、軟件設計思路。知識庫是本系統(tǒng)的核心部分，可預先將泵的各種故障存儲在庫中，診斷時自動調用分析數(shù)據(jù)。現(xiàn)場測試結果表明：系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測注水泵的運行狀態(tài)，故障診斷結果和處理方法與現(xiàn)場維修結果相符。

注水泵；故障診斷；監(jiān)測；知識庫

油田注水是采油生產過程中最重要的生產環(huán)節(jié)之一。在油田注水系統(tǒng)中，往復式注水泵是注水過程中的主要設備，又是保證原油高產、穩(wěn)產的關鍵設備。節(jié)能、高效、智能化的故障診斷系統(tǒng)對油田注水泵站日常工作、管理、維修有著重要意義［1］。

針對注水泵組運行狀態(tài)無反饋、故障維修難度大、不能預警和及時保護等問題。開發(fā)以故障診斷系統(tǒng)為核心，數(shù)據(jù)采集、信號處理為手段的專家系統(tǒng)，提高油田注水數(shù)字化、標準化、網(wǎng)絡化管理的水平。渤海石油裝備中成機械制造公司根據(jù)往復式注水泵的實際運行和技術狀態(tài)，運用注水泵診斷控制系統(tǒng)進行適時和適度的管理與維修。有效地預防突發(fā)性事故，最大限度地減少故障，提高設備利用率。

本文所研究的注水泵診斷控制系統(tǒng)，可以根據(jù)采集到的各類數(shù)據(jù)，自動完成預警、報警，提示故障原因、處理方法等過程，并以圖形或漢字顯示出診斷結果。針對結果彈出視頻拆解教程，讓現(xiàn)場人員直觀地了解故障原因、拆解方法。該系統(tǒng)能夠自動統(tǒng)計易損件使用時間，當易損件達到使用壽命時，提前7 d提示更換易損件，減少維護量，提高注水效率，現(xiàn)場應用取得了良好的效果。

1 硬件系統(tǒng)設計

利用傳感器采集吸入壓力、排出壓力、排出流量、潤滑油溫度、振動、潤滑油液位等信息，通過P L C進行數(shù)據(jù)采集，送入基于KingSC A D A系統(tǒng)開發(fā)的軟件，進行實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄、分析、故障預警、診斷及排除等［2］。系統(tǒng)結構框圖如圖1。注水泵機組簡圖及測點位置如圖2。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

圖2 注水泵機組及測點位置

2 軟件系統(tǒng)設計

軟件系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、特征提取、監(jiān)控調節(jié)和智能診斷等部分組成，主要功能有如下4點。

1） 數(shù)據(jù)采集。軟件能夠采集溫度、壓力、流量、液位、電流、電壓、電量、泄漏量等各種信號。涉及的產品測試零部件有箱體、曲軸、泵頭、流程管路等。

2） 特征提取。特征提取是對讀入的數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)已建立的故障模式提取故障特征，形成有用的診斷依據(jù)。

3） 監(jiān)控調節(jié)。系統(tǒng)根據(jù)瞬時流量或者排出壓力的需要，每天、每時有效控制單臺、多臺泵的電能消耗。通過調整電機運行效率，調節(jié)注水泵電機的轉速從而達到自動控制注水泵的沖次，適應不同注水量的需求。

4） 智能診斷。故障診斷自動記錄，并彈出故障報警信息和建議的處理方法，且把故障原因及處理方法發(fā)送到值班人員的手機上。系統(tǒng)上有視頻鏈接，點擊鏈接可以自動彈出易損件更換教程，讓人員清楚地了解到如何拆除、更換注水泵易損件。

3 系統(tǒng)智能診斷知識庫設計

知識庫是建立智能診斷系統(tǒng)的重點。知識庫中擁有的知識數(shù)量和質量成為系統(tǒng)性能和問題解決的關鍵因素［3］。通過收集大港、華北、長慶、新疆油田等區(qū)域3 000余臺本公司生產的往復式注水泵使用情況，統(tǒng)計故障現(xiàn)象、類型。在注水泵診斷控制系統(tǒng)內建立起本行業(yè)的專家知識庫。專家知識庫既包括注水泵的各種故障診斷模型，也包括每次對泵的處理結果的存儲。知識庫的應用極大地降低了診斷工作量，提高工作效率。注水泵診斷控制系統(tǒng)知識庫如表1。

表1 注水泵診斷控制系統(tǒng)知識庫

4 系統(tǒng)智能診斷過程

本系統(tǒng)將知識庫作為標準診斷模式。根據(jù)數(shù)據(jù)庫中參數(shù)，判斷出故障原因。如果匹配成功，即可得出結論。如果匹配不成功，繼續(xù)根據(jù)特征參數(shù)判斷原因［4］。故障診斷流程如圖3。

圖3 故障診斷流程

5 診斷實例

采用315 k W注水泵在油田區(qū)塊進行現(xiàn)場試驗，利用注水泵診斷控制系統(tǒng)全面、實時地監(jiān)控注水泵運行過程中的狀態(tài)。運行時動力端溫度過高，經系統(tǒng)診斷后判定為軸承裝配不當。現(xiàn)場工人根據(jù)3D動畫真人語音拆解視頻教程，（包括泵的總體教程、各總成教程、零部件名稱教程、拆解泵時注意事項、以及泵的保養(yǎng)、維護教程）停機檢查，軸承出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象，經更換后重新運行，動力端溫度穩(wěn)定在65℃。現(xiàn)場使用情況如圖4。

6 結論

1） 對復式注水泵的故障診斷及監(jiān)測，以前采用的各類分析方法很難及時發(fā)現(xiàn)故障并及時處理，影響了油田注水工作。

2） 本文設計的注水泵診斷控制系統(tǒng)在建立知識庫方面進行深度調研和大膽創(chuàng)新，提高了系統(tǒng)故障診斷成功率。簡單直觀，便于工人使用，減少了維修工作量，降低維修費用。為維修提供依據(jù)并指導檢修。

圖4 現(xiàn)場使用情況

［1］ 李開連，鄭生宏，雷長森，等．電參曲線分析法及在往復泵狀態(tài)監(jiān)測中的應用［J］．石油礦場機械，2013，42（8）：61 63．

［2］ 段禮祥，張來斌，王朝暉，等．油田注水泵機組智能故障診斷系統(tǒng)［J］．石油機械，2001，29（8）：31 33．

［3］ 楊國安，潘國慶，王梅中，等．油田注水泵站智能診斷維護系統(tǒng)的研制與開發(fā)［J］．石油礦場機械，2005，34（2）：34 37．

［4］ 徐小力，滕啟，徐勇．注水泵機組故障特征分析及故障推理機制的建立［J］．石油礦場機械，2000，29（2）：38 40．

Research on Diagnosis and Controi System for Water Fiood Pum p

TAO Guihong，LIU Peng，WANG Kan，JANGWei，ZHAO Guoqi，ZHANG Guodong，ZHU Haobo
（Bohai Equip ment Zhongcheng M achineru Com panu，Tianjing300280，China）

The King SCAD Abased on diagnosis and control system of oilfield water flood pu m p is designed，w hich is used to be more intuitive and convenient to m onitor and fault diagnosis．The overall design and hard ware systems，software design ideas．Its core partis knowledge base，various kinds of fault patterns of the pu m p can be pre stored in the knowledge base，and the desired ana lyzing data can be input auto matically based on the knowledge base．T he testing and feedback of water flood pu m p servicing proof that the system is reliable for data measuring and accurate for fault diagnose，and convenience for utilization．

water flood pu m p；fault diagnosis；expert system；condition m onitoring；knowledge base

T E934．1

B

10．3969／j．issn．1001 3842．2015．06．020

1001 3482（2015）06 0086 03

①2014 12 25

陶桂紅（1973 ），女，天津人，工程師，主要從事采油裝備、注水設備研發(fā)及故障診斷，Email：tgh730602＠163．co m。