[发明专利]机电一体化石油管道输油泵站装置

说明书

本发明涉及一种机电一体化石油管道输油泵站装置，属于将石油管道输送技术、机械技术和微电子、信息技术相结合、使物流、信息流融为一体的现代工程技术-机电一体化的技术领域。

石油管道输送在油田和石化工业企业中是最基本的生产配置之一，是由许多个泵站和输油管线组成的整体系统，输油管线可能长达数百乃至数千公里，其消耗的能量也是相当可观的。现在比较先进的控制技术是采用密闭式输送，但是技术要求复杂、一次投资昂贵，实施难度大。国内的目前技术状况是由于不能实现各个泵站的同步操作，为了防止发生水击而采用开口式输送，能量和物料的损耗都很高，还要增加许多辅助基础设施。现在的自动化技术多以单机设备为对象，整个输油泵站系统装置则由调度人员协调平衡，通过通讯设备进行控制管理，使全线逐级、分线集中而完成整个泵站系统的操作。这样对调度人员的业务水平要求很高，由于整个泵站输油管道的供油状况是根据输油运筹计划发生改变的，变化速度有时也相当快和突然，在运行过程中要随时对各个泵站的工作进行适当调整，调度控制人员的工作强度大。而且，由于每个操作人员的知识水平和操作反应能力的局限，使整个泵站输油管道不可能运行在最佳状态，既浪费了能源，又降低了整体效能，所以当前最大的问题是尽管单机设备效率经过逐年的改进提高，已经逐渐接近理论上的极限，但整个泵站的系统效率仍然很低。以华东输油管线为例：平均单机泵效67%，而整个系统的效率仅为35.5%。

本发明的目的是提供一种机电一体化的石油管道输油泵站装置，它可由中央控制微型计算机根据石油管道输送专家的概念实行一体化的全线协调控制，达到整体全网协调同步，既大大提高整个泵站系统的效率，又显著减轻操作人员的劳动强度。

本发明的硬件配置如图1所示，它有油泵1和输油管道网2，其特征在于所用的油泵1均为机电一体化的数控油泵，在每个油泵1、加热炉3和储油罐4的近旁都有就地分布的标准工业控制界面5，在各个标准工业控制界面5 的插槽中分别插有对每台油泵1加热炉3和储油罐4的工作进行控制的输入模块6，还有一个为整个输油泵站装置所共有的中央控制微型计算机7，该微机7通过串行通讯接口与各个标准工业控制界面5相连。

本发明中所采用的油泵都是机电一体化的数控油泵组，这种油泵组的油泵仍是常规油泵，但其动力具有在数字控制下随机实时调整其工作状态的特性，而且能够无级调整、平滑操作;反应快，转动惯量小，输出压力高，密封性能好，可以很好地接受计算机数据的随机控制，不会因为操作波动而造成冲击效应。本发明的控制是由为整个泵站装置所共有的中央控制微型计算机通过就地分布标准工业控制介面（RTU）来实行的，各个泵、加热炉和储油罐都有各自的输入控制模块，这些控制输入模块都插在邻近被控对象设备的RTU的插槽中，分别在中央控制微计算机的指令下，控制各自的受控对象运转。控制程序数据是予先装入计算机存储器的，可以根据采集到和各个设备的运行状况参数，随时变更协调各油泵、加热炉、储油罐的工况，并且，计算机中存储的控制策略通常是一个集输专家系统，它集中了很多有经验的操作人员的经验和石油管道专家的智慧，可以保证本发明运行在最佳工作状态，控制精度高、协调能力强，基本上不用人工干予，使操作人员的劳动强度大大降低，还提高了工作效率和节约了能源。总之，整个泵站装置的所有操作的单机设备，都是由中央控制微计算机综合各种运行参数数据进行处理，并通过串行通讯电缆和标准工业控制界面发出控制指令而运转动作的。即由一个中央控制计算机统一指挥所有各区位的泵站工作。整个输油管道泵站装置就象一台多级泵或多缸泵，成为一个物流与信息流融为一体密切相关的有机整体。而各个RTU与中央微计算机之间的信息交换只需要一条通讯电缆，对各个区位的RTU是由不同的编码地址加以识别和控制的;同样，整个泵站装置油泵加热炉和储油罐的各项运行参数也是通过各自的RTU集中后送往中央计算机，由原油输送专家系统软件程序加以收集、分析、处理和发出指令加以控制的。

为了确实保证运行的可靠性，对于油泵和标准工业控制界面等设备通常都应配置两套相同的设备，其中一套在线运行，另一套用于监控或用于随时切换备用状态。本发明中的中央控制微计算机7又通过现有的通讯网络9（一般兼有卫星通讯和微波通讯两套）与输油管道控制中心的大型调度计算机8构成网络（参见图1）这样就使得全线所有泵站装置的微计算机构成一个远程通讯网，使全线成为有机整体，做到输油管道全线操作和信息同步划一。通过计算机网络又可以组成管道与管道或管道与油田更大的信息系统。

本发明将输油管道实行设备机电一体化，将所有的单机设备逐级归纳为一个系统，再由大型调度计算机、微计算机、标准工业控制界面等信息装置根据集输专家的概念实行一体化全线控制协调。由于主要设备直接由计算机和RTU控制、设备本身又可以随机无级调整工况，不需要任何附属的调节设备，使得设备大大简化，主要设备仅为油泵和管线，这样，一方面节省了添置各种附属设备的一次开销，而且还因单机操作改成系统整体调整而去除了许多附属装置，使整个泵站达到技术上整体工作的效率，这个效率就比较接近单机泵效了，可以大致接近理论上的最高效率。再者，由于信息传递速度远远高于管道中的压力波传递速度，也不需要在工艺上采取传统的一系列防止水击的技术措施，而由各级计算机协调平衡，这也提高了全网管线的工效，同时，简化了操作和保证输油的可靠性，还节省了能源的消耗。