基于SCADA系统进行泵效测试的深化应用

赵 勇 李鑫伟 董 牧 邱 龙

〔中国石化销售股份有限公司华中分公司 湖北武汉 430000〕

1 管道概况

中国石化湖南长岭—郴州成品油管道起点为岳阳长岭油库，在湘潭节点站管道向南至郴州油库并延伸至广东省界，向西至娄底油库，向东至株洲油库，全长732 km，设计年输量600万t。全线共有四个泵站，分别是长岭首站、汨罗分输下载泵站、湘潭分输泵站和衡阳分输下载泵站，共20台离心泵，具体情况见表1。

表1 四个泵站离心泵情况表

2 问题描述

湖南长岭—郴州成品油管道运行工况复杂。为了满足计划运行，管道长期处于大流量和多变量运行状况，因此主输泵的性能和运行状况对于管输平稳安全运行和节能降耗至关重要。为了及时掌握泵的运行情况和能耗薄弱点，公司每年定期开展泵效测试，但是以往的泵效测试均为人工测算。由于存在临时工况调节难度大、读数存在偏差、运行参数不稳定、数据获取量小且非连续等因素干扰，每次获取的数据均存在稳定性和代表性不够的问题，无法为后期开展能耗分析和优化管输运行提供有效的数据支持。

基于上述问题，区域调控中心对SCADA系统进行深化应用，直接采集SCADA系统中电气微机综保系统中的信号数据和泵机组运行参数，开发了实时泵效测试功能，克服了传统泵效测试缺点，为主输泵维护管理和管输优化运行提供了基础数据支撑。

3 理论分析

效率是衡量离心泵工作经济性的指标。离心泵在工作时一边要吸入液体，一边要甩出液体，在泵内会存在各种损失，例如在其运动部件间产生相对摩擦而消耗一定的功率，所以不可能将输入的功率全部转变为有效功率，对其用泵效率来衡量。因此泵效率的表达式为：

(1)

(2)

(3)

(4)

将式(2)、式(3)和式(4)代入式(1)可得：

(5)

式中：

η——离心泵效率，%；

U——电机线电压，V；

I——电机线电流，A；

H——输送扬程，m；

Q——输送流量，m3/s；

ρ——输送介质密度，kg/m3；

g——通用常数，取9.81；

P泵——离心泵输出功率，kW；

P轴——离心泵泵轴输出功率，kW；

P机——离心泵电机功率，kW；

cosφ——电机功率因素，一般选取0.85；

K——电机备用系数，一般选取1.05。

4 实例计算与分析

利用SCADA系统采集连续稳定的电气微机综保系统信号数据和泵机组运行参数，将其代入式(5)得到长岭首站、汨罗泵站、湘潭泵站及衡阳泵站主输泵的泵效测算结果。

长岭首站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时的泵效结果见表2。

表2 长岭首站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时的泵效表

汨罗泵站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时的泵效结果见表3。

表3 汨罗泵站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时的泵效表

长岭首站的P2、P3、P4泵和汨罗泵站的P2、P3、P4泵均采用进口泵，长岭首站的P1泵和汨罗泵站的P1泵均采用国产泵。由表(2)、表(3)可知，进口泵与国产泵的效率均随流量的增加而增大直至达到额定流量(表1)工作点区域，泵效达到最高值，与理论值保持一致。进口泵在输送柴油时，达到额定流量区域的泵效为77 %～79 %；在输送汽油时，达到额定流量区域的泵效为78 %～80 %。国产泵在输送柴油时，达到额定流量区域的泵效为67 %～71 %；在输送汽油时，达到额定流量区域的泵效为68 %～74 %。由此可见，进口泵在额定流量工作点附近的泵效比国产泵高近10个百分点，且输送汽油时泵运行效率更高。

管输优化建议：

1)在管输配泵时，长岭首站和汨罗泵站尽量选用P2、P3、P4泵，运行流量控制在泵的额定流量工作区域，让泵处于高效运行从而达到节能降耗。

2)在管输编排时，由于输送汽油时泵运行效率更高，在计划允许的情况下尽量安排柴油处于大流量输送区段，安排汽油处于小流量输送区段。在连续输送时，可以安排汽油作为最后铺底，然后接下一批次继续输送。

3)在离心泵运行前一定要进行灌泵，做好盘泵、排气的准备，因此在启泵前站场操作人员一定要按规定对泵做好盘泵和排气，让泵可以快速进入高效的运行状态，在停泵时要及时做好保养和定期检查，维持泵的良好状况。

湘潭泵站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时泵效结果见表4。

表4 湘潭泵站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时的泵效表

衡阳泵站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时泵效结果见表5。

表5 衡阳泵站主输泵在不同流量下分别输送汽油和柴油时的泵效表

湘潭泵站和衡阳泵站均采用国产泵。由表(4)、表(5)可知，泵的效率均随流量的增加而增大直至达到额定流量工作点区域，泵效达到最高值，与理论保持一致。湘潭泵站主输泵在输送柴油时，达到额定流量区域的泵效为70 %～72 %；在输送汽油时，达到额定流量区域的泵效为71 %～73 %。衡阳泵站主输泵在输送柴油时，达到额定流量区域的泵效为57 %～62 %；在输送汽油时，达到额定流量区域的泵效为59 %～63 %。由此可见，衡阳泵站主输泵运行效率明显偏低，湘潭泵站主输泵与长岭首站和汨罗泵站主输泵效率基本一致。

管输优化建议：

1)衡阳泵站4台离心泵泵效整体较低，P1泵较其余三台泵效率更低，因此在运行时尽量不选用P1泵，将其作为备用机组。对衡阳泵站4台离心泵进行整体检查，有必要的话可以采取切削叶轮外径和加装变频调速装置等措施提高效率。

2)在管输编排时，在计划允许的情况下尽量减少南线郴州单下的操作，在满足混油最小输送流量的情况下，让衡阳站配合郴州站共同下载，保证湘潭站往南线方向四台离心泵工作流量处于额定流量工作区域，从而提高泵效减少能耗。

需要说明的是:在利用SCADA系统采集信号数据和机泵运行参数进行测算长岭、汩罗、湘潭和衡阳站数据中，因工况限制、对比效果等原因，最终数据未涵盖全部关键流量点，流量选取误差标准为：长岭首站和汨罗泵站为±5，湘潭泵站为±3，衡阳泵站为±2；对各站影响设备效果分析的是①长岭首站电流运行中较不稳定，导致单次测试泵效结果在±1.5 %范围内波动；②汨罗泵站过站流量计严重失真，虽经过修正流量误差已大幅度减小但仍然存在；③湘潭往娄底方向由于工况原因主输泵启运极少，且P5、P6、P7泵已经采用变频技术进行优化运行，因此不作比对分析；④衡阳站过站流量计运行波动较为明显，流量波动范围在±5，实测和最终筛选中均对采集数据进行了修正，但影响仍然存在。经验证，最终各项数据基本在真实值±0.4范围内波动。

5 结语

(1)新泵效测试系统的创新点：

1)操作简便、准确性高。新系统全程自动采集和处理数据，节约了人工成本，可以获得连续稳定的数据，使测试结果的可靠性大大提升。

2)同步读取、实时监测。新系统不仅可以直观地进行泵效实时监测和横向比对，还可以同步读取泵的同一时刻各种关联数据，有利于对设备故障趋势进行研究判断，为优化管输运行配置提供了重要依据。

3)历史查询、筛选优化。新系统提供了历史数据库查询功能，可以方便随时调取目标工况数据并可以有针对性地筛选出连续稳定工况，排除异常数据，提高测试精度。

(2)泵效测试结果及优化运行建议。

1)进口泵在额定流量工作点附近泵效基本达到80 %左右，国产泵在额定流量工作点附近泵效基本达到70 %～73 %，衡阳泵站主输泵泵效整体偏差，在额定流量工作点附近泵效基本在57 %～62 %。管输汽油时泵在额定流量点附近泵效比管输柴油时高1 %～3 %左右。

2)管输配泵时，长岭首站、汨罗泵站和衡阳泵站尽量选用P2、P3、P4泵。所有主输泵运行流量均应控制在泵额定流量工作区域，让泵处于高效运行且节能降耗。

3)在管输编排时，在计划允许的情况下尽量安排柴油处于大流量输送区段，安排汽油处于小流量输送区段。在连续输送时，可以安排汽油作为最后铺底，然后接下一批次继续输送。在满足混油最小输送流量的情况下，尽量让衡阳站配合郴州站共同下载，减少南线郴州单下的操作，保证湘潭站往南线方向的四台离心泵工作流量处于额定流量工作区域，从而提高泵效减少能耗。

4)离心泵在启运前，站场操作人员一定要做好盘泵、排气等准备工作，让泵可以快速进入高效的运行状态，在停泵时要及时做好保养和定期检查，维持泵的良好状况。

5)衡阳泵站4台离心泵泵效整体较低，应对其进行整体检查，有必要的话可以采取切削叶轮外径和加装变频调速装置等措施提高效率。