一种液体管道减阻剂自动控制的方法与流程

本发明涉及工业控制，尤其涉及一种液体管道减阻剂自动控制的方法。

背景技术：

1、液体管道阻力损失是指在管道内流动的液体或气体在流动过程中，由于管道内壁的摩擦力和管道弯曲、收缩等因素的影响，使得流体的动能转化为热能和压力能的损失。这种损失会导致管道内流体的流速降低，流量减少，从而影响管道的输送效率和经济性。

2、有资料显示，为了减少管道阻力损失，常规的方法包括，优化管道设计，尽可能地减少管道的弯曲和收缩，以及减少管道的摩擦阻力。定期清洗管道内壁可以有效地减少管道的摩擦阻力，提高管道的输送效率。使用减阻剂，减阻剂可以改善流体的流动性能，减少流体的黏滞阻力和摩擦阻力，从而减少管道阻力损失。常用的减阻剂包括润滑剂、表面活性剂、聚合物等。采用节能措施可以减少管道内流体的流速和流量，从而减少管道阻力损失。只有使用减阻剂能够实时对管道摩擦阻力损失进行优化，可以实时改善管道流动效果，提升管输效率降低管输能量消耗。

3、目前管网工艺运行机理模型的发展已经非常成熟，建立在传统流体力学的基础上，通过对实时数据的获取，以及流体力学分析、物性分析等分析方法，建立一套液体管道摩阻分析机理模型，读取管道实时运行(压力、流量、粘度)数据，这个方法在流体力学的中有详细的讲述。

4、目前传统的减阻剂控制都是采用定量控制，由生产调度计算给出减阻剂定量数据后，由操作工手动输入系统后定量添加，无法实时分析摩阻情况，无法实时计算管输效率，只能凭借经验或后期测算逐步修正，整体控制效率低下。

5、中国专利文献cn103292157b公开了一种“减阻剂现场加剂的方法”。采用了包括采用两组加剂计量泵，一组输送减阻剂，一组输送管输油品，经静态混合器混合所述减阻剂和管输油品后，通过分散列管进行分散，得到减阻剂的管输油品母液，再注入输油管线中。上述技术方案无法实时分析摩阻情况，无法实时计算管输效率。

技术实现思路

1、本发明主要解决原有的技术方案无法实时分析摩阻情况，无法实时计算管输效率的技术问题，提供一种液体管道减阻剂自动控制的方法，通过液体管道摩阻分析机理模型，结合管道实时运行数据，在线计算管道摩阻及管输效率，通过与理论管输摩阻对比分析，确定减阻剂添加的数量及速率，同时，对添加的减阻剂数量、速率进行效果评价，确定偏差，优化模型，在传统控制系统及控制层实现数据深度分析及机理模型计算分析，提高减阻剂添加精确度以及进行事后评价，优化整个系统运行的可靠性与实用性。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：

3、s1构建减阻剂控制系统并预设管输效率；

4、s2采集工艺参数并通过工艺机理分析计算理论的摩阻系数；

5、s3与实时获取的摩阻系数对比获得摩阻系数偏差；

6、s4通过减阻剂性能参数确定添加量及减阻剂浓度；

7、s5以摩阻系数偏差为调节目标，减阻剂添加量及浓度为控制量，建立pid自动控制回路；

8、s6通过pid自动控制回路输出结果控制减阻剂添加装置调节阀完成减阻剂在线调节。

9、通过预设管输效率(由生产运行确定，可人工输入)通过管输效率计算公式及摩阻系数分析公式，反向推算在相应工艺条件下(输送流量、输送压力、输送温度，该部分数据均为计划值，可通过输送计划获得)理想的摩阻系数，建立与实时获取的摩阻系数对比分析，获得摩阻系数偏差，通过减阻剂性能参数确定添加量及减阻剂浓度；以减阻剂偏差为被调量和减阻剂添加浓度建立pid调节回路，构建减阻剂调节自动控制装置，例如plc，通过plc控制系统及减阻剂添加装置调节阀或输送泵完成减阻剂在线调节。

10、作为优选，所述的步骤s1中减阻剂控制系统包括依次相连的管道摩阻分析模块、管输减阻剂分析模块和减阻剂自动控制模块，还包括成品油油品物性预混分析模块，所述成品油油品物性预混分析模块与减阻剂自动控制模块相连。

11、具体运算分析模块包括摩阻分析模块、管输减阻剂计算分析模块、减阻剂自动控制模块三个模块；

12、管道摩阻分析模块，通过流体力学对管道输送进行建模，读取管道工艺运行参数，如输送压力、输送温度、输送液体物性、输送流量等，分析计算管输摩阻，对比设计理论摩阻系数，确定管输效率是否达到预期；

13、管输减阻剂分析模块，通过管输效率分析，确定是否添加减阻剂以及减阻剂添加的数量和速率，分析减阻剂添加后的管输效率是否达到预期，针对控制偏差进行修正和预警；

14、减阻剂自动控制模块，由plc控制系统、scada监控系统构成、工艺控制阀门构成，实现液体管道减阻剂添加自动控制；

15、作为优选，所述的步骤s2推算理想的摩阻系数具体包括：

16、

17、re＜2000.0，

18、re＜2800.0，λ＝(0.16·re-13)/10000.0

19、re＜r1，λ＝0.3164/re0.25

20、re＜r2，

21、re＞r2，

22、其中，re为雷诺数，r1为第一雷诺数，用于判别流态，r2为第二雷诺数，用于判别流态，m为体积流量，nm3/d，d为管道内径，mm，k为管壁粗糙度，mm，λ为摩阻系数，γ为运动粘度，cst。雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量度。

23、作为优选，根据液体管道流动达西公式计算液体管道流动的水头损失，

24、

25、

26、其中，h1为水头损失，m，f为摩阻系数l为长度，m，d为内径，m，v为液体流速,m/，g为当地重力加速度,m/s2，p1为管道进口压力，pa，p2为管道出口压力，pa，h1为管道进口高程，m，h2为管道出口高程，m，ρ为液体密度，kg/m。

27、作为优选，所述的步骤s2将理想的摩阻系数与实时获取的摩阻系数对比，计算管道输送效率

28、

29、其中，η2为管道传输效率，百分数表示，qn为同一运行工况下，管道计算输送气量，立方米每天，q计为计算流量；

30、管道输送效率为实际测量流量与理论计算流量的百分比；

31、δp＝flρv2/2d

32、其中，δp表示压差，f表示摩擦系数，l表示管道长度，ρ表示流体密度，v表示流速，d表示管道直径。

33、作为优选，所述的计算流速

34、

35、其中，δp表示压差，f表示摩擦系数，l表示管道长度，ρ表示流体密度，d表示管道直径；

36、计算单位时间内通过管道的流体质量

37、q＝ρπd2v/4

38、其中，q表示流量，ρ表示流体密度，d表示管道的内径，v表示流速。作为优选，所述的步骤s3首先采用摩阻系数表示的减阻率评价方法，亦即减阻率，

39、

40、其中，r为减阻率，λ0为初始工况下摩阻系数，λr为添加减阻剂后摩阻系数；

41、λ0使用colebrook方法计算，确定摩阻系数的方程为

42、

43、通过对减阻率的计算分析减阻剂添加的效果。

44、作为优选，所述的步骤s5在控制系统中建立一个以摩阻系数为条件目标的pid自动控制回路，输入期望值和误差，经过pid之后进行控制器输出，经过寄存器输出驱动信号，执行器控制被控对象，然后传感器输出当前值到输入端形成闭环；

45、其中，期望值为理论摩阻系数；当前值为计算摩阻系数；误差为摩阻偏差；pid为控制系统自动控制回路，其计算式为：

46、

47、其中，

48、a＝kp(1+t/ti+td/t)；

49、b＝kp(1+2td/t)；

50、c＝kptd/tkp->控制器的比例系数ti->控制器的积分时间，也称积分系数；

51、td->控制器的微分时间，也称微分系数；

52、驱动信号为模拟控制输出；执行器为减阻剂添加装置调节阀；被控对象为管网系统；传感器为工艺机理分析计算模型。

53、作为优选，所述的步骤s5控制减阻剂添加装置调节阀完成减阻剂在线调节，根据对减阻率的计算分析减阻剂添加的效果，然后判断灌输效率是否达到预期，若未达到，则进行定期清洗提示和管道异常提示。

54、本发明的有益效果是：通过液体管道摩阻分析机理模型，结合管道实时运行数据，在线计算管道摩阻及管输效率，通过与理论管输摩阻对比分析，确定减阻剂添加的数量及速率，同时，对添加的减阻剂数量、速率进行效果评价，确定偏差，优化模型，在传统控制系统及控制层实现数据深度分析及机理模型计算分析，提高减阻剂添加精确度以及进行事后评价，优化整个系统运行的可靠性与实用性。