注水泵诊断控制系统研制

陶桂红，刘 鹏，王 侃，蒋 伟，赵国起，张国栋，朱浩波（渤海装备中成机械制造公司，天津300280）

注水泵诊断控制系统研制

陶桂红，刘 鹏，王 侃，蒋 伟，赵国起，张国栋，朱浩波
（渤海装备中成机械制造公司，天津300280）①

为了能够更加直观、方便地实时监测油田注水泵的运行状态并进行故障诊断。设计了基于KingSC A D A的注水泵诊断控制系统，阐述了系统总体设计及硬件、软件设计思路。知识库是本系统的核心部分，可预先将泵的各种故障存储在库中，诊断时自动调用分析数据。现场测试结果表明：系统能够实时监测注水泵的运行状态，故障诊断结果和处理方法与现场维修结果相符。

注水泵；故障诊断；监测；知识库

油田注水是采油生产过程中最重要的生产环节之一。在油田注水系统中，往复式注水泵是注水过程中的主要设备，又是保证原油高产、稳产的关键设备。节能、高效、智能化的故障诊断系统对油田注水泵站日常工作、管理、维修有着重要意义［1］。

针对注水泵组运行状态无反馈、故障维修难度大、不能预警和及时保护等问题。开发以故障诊断系统为核心，数据采集、信号处理为手段的专家系统，提高油田注水数字化、标准化、网络化管理的水平。渤海石油装备中成机械制造公司根据往复式注水泵的实际运行和技术状态，运用注水泵诊断控制系统进行适时和适度的管理与维修。有效地预防突发性事故，最大限度地减少故障，提高设备利用率。

本文所研究的注水泵诊断控制系统，可以根据采集到的各类数据，自动完成预警、报警，提示故障原因、处理方法等过程，并以图形或汉字显示出诊断结果。针对结果弹出视频拆解教程，让现场人员直观地了解故障原因、拆解方法。该系统能够自动统计易损件使用时间，当易损件达到使用寿命时，提前7 d提示更换易损件，减少维护量，提高注水效率，现场应用取得了良好的效果。

1 硬件系统设计

利用传感器采集吸入压力、排出压力、排出流量、润滑油温度、振动、润滑油液位等信息，通过P L C进行数据采集，送入基于KingSC A D A系统开发的软件，进行实时监控、数据记录、分析、故障预警、诊断及排除等［2］。系统结构框图如图1。注水泵机组简图及测点位置如图2。

图1 系统结构框图

图2 注水泵机组及测点位置

2 软件系统设计

软件系统主要由数据采集、特征提取、监控调节和智能诊断等部分组成，主要功能有如下4点。

1） 数据采集。软件能够采集温度、压力、流量、液位、电流、电压、电量、泄漏量等各种信号。涉及的产品测试零部件有箱体、曲轴、泵头、流程管路等。

2） 特征提取。特征提取是对读入的数据进行处理，根据已建立的故障模式提取故障特征，形成有用的诊断依据。

3） 监控调节。系统根据瞬时流量或者排出压力的需要，每天、每时有效控制单台、多台泵的电能消耗。通过调整电机运行效率，调节注水泵电机的转速从而达到自动控制注水泵的冲次，适应不同注水量的需求。

4） 智能诊断。故障诊断自动记录，并弹出故障报警信息和建议的处理方法，且把故障原因及处理方法发送到值班人员的手机上。系统上有视频链接，点击链接可以自动弹出易损件更换教程，让人员清楚地了解到如何拆除、更换注水泵易损件。

3 系统智能诊断知识库设计

知识库是建立智能诊断系统的重点。知识库中拥有的知识数量和质量成为系统性能和问题解决的关键因素［3］。通过收集大港、华北、长庆、新疆油田等区域3 000余台本公司生产的往复式注水泵使用情况，统计故障现象、类型。在注水泵诊断控制系统内建立起本行业的专家知识库。专家知识库既包括注水泵的各种故障诊断模型，也包括每次对泵的处理结果的存储。知识库的应用极大地降低了诊断工作量，提高工作效率。注水泵诊断控制系统知识库如表1。

表1 注水泵诊断控制系统知识库

4 系统智能诊断过程

本系统将知识库作为标准诊断模式。根据数据库中参数，判断出故障原因。如果匹配成功，即可得出结论。如果匹配不成功，继续根据特征参数判断原因［4］。故障诊断流程如图3。

图3 故障诊断流程

5 诊断实例

采用315 k W注水泵在油田区块进行现场试验，利用注水泵诊断控制系统全面、实时地监控注水泵运行过程中的状态。运行时动力端温度过高，经系统诊断后判定为轴承装配不当。现场工人根据3D动画真人语音拆解视频教程，（包括泵的总体教程、各总成教程、零部件名称教程、拆解泵时注意事项、以及泵的保养、维护教程）停机检查，轴承出现点蚀现象，经更换后重新运行，动力端温度稳定在65℃。现场使用情况如图4。

6 结论

1） 对复式注水泵的故障诊断及监测，以前采用的各类分析方法很难及时发现故障并及时处理，影响了油田注水工作。

2） 本文设计的注水泵诊断控制系统在建立知识库方面进行深度调研和大胆创新，提高了系统故障诊断成功率。简单直观，便于工人使用，减少了维修工作量，降低维修费用。为维修提供依据并指导检修。

图4 现场使用情况

［1］ 李开连，郑生宏，雷长森，等．电参曲线分析法及在往复泵状态监测中的应用［J］．石油矿场机械，2013，42（8）：61 63．

［2］ 段礼祥，张来斌，王朝晖，等．油田注水泵机组智能故障诊断系统［J］．石油机械，2001，29（8）：31 33．

［3］ 杨国安，潘国庆，王梅中，等．油田注水泵站智能诊断维护系统的研制与开发［J］．石油矿场机械，2005，34（2）：34 37．

［4］ 徐小力，滕启，徐勇．注水泵机组故障特征分析及故障推理机制的建立［J］．石油矿场机械，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

陶桂红（1973 ），女，天津人，工程师，主要从事采油装备、注水设备研发及故障诊断，Email：tgh730602＠163．co m。