Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Černé zlato a hlubinná čerpadla

Pístová hlubinná čerpadla, nazývaná také těžební kozlíky, jsou jedny z nejpopulárnějších typů čerpadel, která na celém světě těží podzemní kapaliny – především ropu. Dnešní těžařské společnosti mají dvě nejvyšší prio­rity – úspory energie a spolehlivost. Nové pístové čerpadlo od společnosti ICA System umožňuje optimálně přizpůsobit čerpané množství kapaliny tlaku v ložisku. Toto velmi výkonné a odolné čerpadlo přináší uživatelům zřetelné výhody.

Jednou z největších obtíží, které čelí provozovatelé pístových čerpadel, je nastavení čerpaného množství kapaliny tak, aby bylo optimální pro daný průtok a tlak ve vrtu. Jestliže čerpadlo odebírá méně kapaliny, než dodává vrt, vede to k menší produktivitě. Čerpání většího množství má za následek přečerpání. Vzniká riziko klepání čerpadla, které může vést až k poškození celého systému.

Klepání čerpadla je jev, který nastává v okamžiku, kdy vrt nedodává dostatek kapaliny a čerpadlo se po zdvihu nenaplní. Důsledkem toho píst při pohybu dolů náhle spadne, a jakmile narazí na kapalinu na dně čerpadla, vytvoří extrémní napětí a vibrace, které mohou poškodit ventily čerpadla, píst i převody. Každé zaklepání výrazně zkracuje životnost těchto součástí, čerpadlo pracuje pomaleji a spotřebovává více energie.

Plně automatické řízení s řídicími jednotkami pístových čerpadel

K optimalizaci běhu čerpadla a prevenci klepání se obvykle používá časování. Čerpadlo je např. na 15 min zapnuto a poté na 30 min vypnuto, aby se vrt mohl regenerovat. Časovače jsou levné a účinné, hodnoty však musí ručně zadávat operátor. Alternativou je řídicí jednotka pístového čerpadla (Rod Pump Controller, RPC), která čerpadlo ovládá automaticky a zabraňuje klepání. Jednotka RPC neustále měří zatížení pístu, a tudíž rychle zjistí jakékoliv odchylky. Když je to nutné, zastaví motor čerpadla na dobu, než se vrt dostatečně naplní.

Jednotky RPC mohou číst data ze snímače zatížení, inklinometru a několika snímačů proudu a celý proces řídí digitální signální procesor. Navíc jsou zobrazovány informace o zatížení, spotřebě energie čerpadlem a rychlosti pístu.

Úspory energie a odolnost

Dodavatel čerpadel, ICA System, zvolil řídicí systém založený na jednotkách ACOPOS. Systém přesně řídí motor čerpadla – neustále nastavuje otáčky pohonu a spotřebu energie v motoru podle aktuálních podmínek ve vrtu.

Významnou výhodou systému pro řízení pohonů ACOPOS je aktivní korekce účiníku, která optimalizuje spotřebu energie (cos φ = 1) a umožňuje čerpadlu vracet energii do sítě nebo ji dodávat spotřebitelům v okolí. Čerpadla nového typu jsou řízena jednotkami X20. Modulární konstrukce těchto řídicích jednotek B&R usnadňuje změnu konfigurace, přizpůsobení i rozšiřování systému. Procesor SafeLogic navíc čerpadlu propůjčuje všechny výhody integrované správy zabezpečení.

Kompatibilita všech prvků systému usnadňuje aktualizaci softwaru pomocí funkce vzdálené údržby. Odolné automatizační součásti jsou určeny pro drsné pracovní podmínky, a čerpadla tedy mohou pracovat při teplotách od –55 do +80 °C.

Správná architektura pro jakýkoliv případ použití

Systém pro automatizaci pístových čerpadel může mít jednu ze dvou základních architektur: buď jde o decentralizovaný systém pro provoz jediného vrtu, nebo o centralizovaný systém pro integraci celého ropného pole s více vrty (obr. 2).

V centralizovaném systému pracuje další řídicí vrstva, která ovládá celé ropné pole a koordinuje soustavu čerpadel. V této vrstvě řízení jsou také shromažďována, ukládána a zobrazována veškerá data o čerpacích operacích. Všechna poplachová hlášení jsou centrálně zaznamenávána a posílána zodpovědným pracovníkům. Významně se tak zlepšuje možnost pracovníků údržby rychle zasáhnout, kde je třeba.

V případě potřeby lze do řídicího systému začlenit také měřicí systém s certifikovanými knihovnami. Tento systém měří požadavky jednotlivých vrtů i celého ropného pole. Veškerá shromážděná data pomáhají při vytváření plánu výroby. To přispívá k prevenci zbytečných ztrát a detekci krádeží.

Systém řízení technologických procesů APROL od B&R umožňuje operátorům vytvořit si vlastní vizuální rozhraní, které poskytne přehled o celém systému čerpadel. Získaná data lze archivovat, sledovat podle nich stav ropných vrtů a vytvářet předpovědi. Na jejich základě je možné stanovovat očekávanou produkci. Jestliže jsou funkce tohoto systému správně nastaveny, mohou ropné společnosti snadno vytvářet vlastní zprávy, upozornění a stanovovat trendy vývoje těžby. 

(B+R automatizace, s. r. o.)

Obr. 1. Jednotky pro řízení pohonů ACOPOS společnosti B&R: modulární ACOPOSmulti (nahoře), kompaktní jednotka ACOPOSmicro (vlevo dole) a měnič frekvence ACOPOSinverter (vpravo dole)

Obr. 2. Řízení pístových čerpadel v centralizované a decentralizované architektuře