книги / Основы технической диагностики нефтегазового оборудования

При невозможности или нецелесообразности дублирования при­ меняют систему ППР, которая представляет собой совокупность ор­ ганизационно-технических мероприятий по техническому обслужи­ ванию и ремонту, проводимых в плановом порядке. Сущность систе­ мы ППР заключается в том, что после отработанного заданного числа часов проводится определенный вид планового ремонта — регламентное техническое обслуживание, текущий, средний и капи­ тальный ремонты.

Техническое обслуживание (ТО) подразделяют на периодическое и сезонное. Сезонное ТО включает сезонную замену сортов масел (зимних или летних), установку или снятие утеплений, предпусково­ го подогрева и т.д. Периодическое ТО регламентируется руково­ дствами по эксплуатации соответствующего оборудования и включа­ ет периодическую промывку фильтров, замену шинно-пневматиче­ ских муфт, регулировку тормозов, осмотр и чистку отдельных узлов, регулировку натяжения и т.д.

Текущий ремонт не бывает продолжительным и часто выполняет­ ся одновременно с ТО. В его состав входит устранение небольших неисправностей, замена мелких, быстро изнашивающихся деталей и узлов (например, замена вкладышей подшипников, сальниковых уп­ лотнений, устранение повышенных зазоров, крепеж элементов обо­ рудования и т.д.).

Средний ремонт в отличие от текущего предусматривает замену ос­ новных узлов и деталей (например, силовых и трансмиссионных ва­ лов, зубчатых колес, крыльчаток центробежных насосов и т.д.) и вы­ полняется, как правило, с полной или частичной разборкой агрегата.

Капитальный ремонт всегда сопряжен с полной разборкой маши­ ны и ставит своей задачей замену или восстановление до первона­ чального состояния всех изношенных узлов и деталей. По оконча­ нии ремонта проводятся приемо-сдаточные испытания, в том числе испытания под нагрузкой. Нередко капитальный ремонт совмещают с модернизацией, что позволяет не только полностью восстановить ресурс машины, но и превзойти первоначальные показатели.

Помимо перечисленных возможны также внеплановые ремонты, вызванные аварийными отказами оборудования из-за преждевре­ менного износа или форс-мажорных обстоятельств (например, на­ воднения или оползни, закупорка трубопроводов льдом или гидра­ тами и т.д.).

Период между капитальными ремонтами называют ремонтным циклом. Число и последовательность входящих в него ремонтов и ос­ мотров определяют структуру ремонтного цикла, а время между ре­ монтами — межремонтный период. Для некоторых видов оборудова­ ния структура ремонтного цикла может включать в себя не все виды плановых ремонтов. Так, для бурового оборудования средний ре­ монт не производится, а структура ремонтного цикла, например для буровой лебедки, имеет вид К-9Т-К, для буровых роторов К-7Т-К, где соответственно К — капитальный ремонт, Т — текущий ремонт, 9 и 7 — число текущих ремонтов в цикле.

В практике ресурс однотипного оборудования назначают по наи­ более «слабым» экземплярам, показавшим наихудший результат при эксплуатации, поэтому длительность ремонтного цикла и его струк­ туру в системе ППР назначают заведомо такими, чтобы максимально исключить аварии оборудования, особенно связанные с возможно­ стью травмирования людей или большим экономическим или эколо­ гическим ущербом. При этом в ремонт, как правило, выводится зна­ чительная часть оборудования в достаточно хорошем техническом состоянии с большим остаточным ресурсом, которое могло бы еще долго работать. Более того, отремонтированное таким образом обо­ рудование часто имеет более низкую надежность, что обусловлено появлением ранее отсутствовавших дефектов послеремонтной сбор­ ки и повторной приработкой трущихся поверхностей.

Таким образом, основным недостатком системы ППР является проведение преждевременных ремонтов технологического оборудо­ вания, что приводит к большим экономическим потерям. Кроме того, ППР не гарантирует полное исключение внезапных отказов оборудования и связанных с этим последствий. Исключить перечис­ ленные недостатки позволяет переход на систему ремонта по факти­ ческому техническому состоянию на основе проведения своевремен­ ной диагностики или мониторинга технического состояния оборудо­ вания.

В настоящее время системами диагностики и мониторинга в нефтяной и газовой промышленности оснащены большинство агре­ гатов большой единичной мощности, а также другие виды оборудо­ вания, аварии которого чреваты тяжелыми последствиями. Это по­ зволяет планировать и производить ремонт или замену каждого эк­ земпляра оборудования в зависимости от его реального технического состояния.

1.4. Виды состояния оборудования, системы технической диагностики

ГОСТ 20911—89 предусматривает использование двух терминов: «техническое диагностирование» и «контроль технического состоя­ ния». Термин «техническое диагностирование» применяют, когда ре­ шаемые задачи технического диагностирования, перечисленные в 1.1, равнозначны или основной задачей являются поиск места и оп­ ределение причин отказа. Термин «контроль технического состоя­ ния» применяют, когда основной задачей технического диагностиро­ вания является определение вида технического состояния.

ГРазличают следующие виды технического состояния, характери­ зуемые значением параметров объекта в заданный момент времени:

• исправное — объект соответствует всем требованиям норма­ тивно-технической и (или) конструкторской документации;

•неисправное — объект не соответствует хотя бы одному из тре­ бований нормативно-технической и (или) конструкторской доку­ ментации;

•работоспособное — значения всех параметров, характеризую­ щих способность объекта выполнять заданные функции, соответст­ вуют требованиям нормативно-технической и (или) конструктор­ ской документации;

•неработоспособное — значение хотя бы одного параметра, ха­ рактеризующего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) кон­

структорской документации;

• предельное — дальнейшая эксплуатация объекта технически невозможна или нецелесообразна из-за несоответствия требованиям безопасности или неустранимого снижения эффективности работы.

Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспо­ собное состояние». Если объект исправен, он обязательно работо­ способен, но работоспособный объект может быть неисправным, так как некоторые неисправности могут быть несущественными, не на­ рушающими нормальное функционирование объекта.

Для сложных объектов, в частности для магистральных трубо­ проводов, допускается более глубокая классификация работоспособ­ ных состояний с выделением частично работоспособного (частично неработоспособного) состояния, при котором объект способен час­ тично выполнять заданные функции. Примером частично работо­ способного состояния служит такое состояние лилейной части маги­ стральных трубопроводов, при котором участок способен выполнять требуемые функции по перекачке технологической среды с пони­ женными показателями, в частности с пониженной производитель­ ностью при снижении допускаемого давления (РД 51-4.2-003-97).

Системой технического диагностирования (конГР°ля технического состояния) называют совокупность средств, объек?а и исполнителей, необходимую для проведения диагностирования (контроля) по пра­ вилам, установленным в технической документации* Объектами тех­ нической диагностики являются технологическое оборудование или конкретные производственные процессы.

Средство контроля — техническое устройство, вещество или мате­ риал для проведения контроля. Если средство кон?Роля обеспечивает возможность измерения контролируемой величин^1»то контроль на­ зывают измерительным. Средства контроля бываю? встроенными, яв­ ляющимися составной частью объекта, и внеш ний’ выполненными конструктивно отдельно от объекта. Различают та10*^ аппаратные и программные средства контроля. К аппаратным 0™осят различные устройства: приборы, пульты, стенды и т.п. Про?Раммнь1е средства представляют собой прикладные программы для

Исполнители — это специалисты службы контРоля или техниче­ ской диагностики, обученные и аттестованные в установленном по­ рядке и имеющие право выполнять контроль и выЯавать заключения по его результатам.

Методика контроля — совокупность правил применения опреде­ ленных принципов и средств контроля. Методика содержит порядок измерения параметров, обработки, анализа и интерпретации резуль­ татов.

Для каждого объекта можно указать множество параметров, ха­ рактеризующих его техническое состояние (ПТС). Их выбирают в зависимости от применяемого метода диагностирования (контроля). Изменения значений ПТС в процессе эксплуатации связаны либо с внешними воздействиями на объект, либо с повреждающими (деградационными) процессами (процессами, приводящими к деградационным отказам из-за старения металла, коррозии и эрозии, устало­ сти и т.д.).

Параметры объекта, используемые при его диагностировании (контроле), называются диагностическими (контролируемыми) па­ раметрами. Следует различать прямые и косвенные диагностиче­ ские параметры. Прямой структурный параметр (например, износ трущихся элементов, зазор в сопряжении и др.) непосредственно характеризует техническое состояние объекта. Косвенный параметр (например, давление масла, температура, содержание С 02 в отрабо­ танных газах и др.) косвенно характеризует техническое состояние. Об изменении технического состояния объекта судят по значениям диагностических параметров, позволяющих определить техниче­ ское состояние объекта без его разборки. Набор диагностических параметров устанавливается в нормативной документации по тех­ ническому диагностированию объекта или определяется экспери­ ментально.

Количественные и качественные характеристики диагностиче­ ских параметров являются признаками того или иного дефекта. У каждого дефекта может быть несколько признаков, в том числе не­ которые из них могут быть общими для группы разных по природе дефектов.

Теоретическим фундаментом технической диагностики считают общую теорию распознавания образов, являющуюся разделом техни­ ческой кибернетики. К решению задачи распознавания существует два подхода: вероятностный и детерминистский. Вероятностный использует статистические связи между состоянием объекта и диаг­ ностическими параметрами и требует накопления статистики соот­ ветствия диагностических параметров видам технического состоя­ ния. Оценка состояния при этом осуществляется с определенной достоверностью. Детерминистский подход, применяемый чаще все­ го, использует установленные закономерности изменения диагно­ стических параметров,, определяющих состояние объекта.

Помимо теории распознавания, в технической диагностике ис­ пользуют также теорию контролеспособности. Контролеспособность определяется конструкцией объекта, задается при его проектирова­ нии и является свойством объекта обеспечивать возможность досто­ верной оценки диагностических параметров. Недостаточная досто­ верность оценки технического состояния является фундаментальной

причиной низкой достоверности распознавания состояния оборудо­ вания и оценки его остаточного ресурса.

Таким образом, в результате предшествующих исследований ус­ танавливают связи между характеристиками диагностических пара­ метров и состоянием объекта и разрабатывают диагностические ал­ горитмы (алгоритмы распознавания), представляющие собой после­ довательность определенных действий, необходимых для постановки диагноза. Диагностические алгоритмы включают также систему ди­ агностических параметров, их эталонные уровни и правила принятия решения о принадлежности объекта к тому или иному виду техниче­ ского состояния.

Определение вида технического состояния оборудования может производиться как в собранном состоянии, так и после его полной разборки. В период нормальной эксплуатации используют методы безразборной диагностики, как наиболее экономичные. Методы тех­ нической диагностики, требующие разборки, обычно применяют при капитальном ремонте оборудования — при дефектации его эле­ ментов. Основной проблемой безразборной технической диагности­ ки является оценка состояния оборудования в условиях ограничен­ ности информации.

^3 По способу получения диагностической информации техниче­ скую диагностику разделяют на тестовую и функциональную. В тес­ товой диагностике информацию о техническом состоянии получают в результате воздействия на объект соответствующего теста. Тестовая диагностика основана на использовании различных методов нераз­ рушающего контроля. Контроль при этом осуществляется, как пра­ вило, на неработающем оборудовании. Тестовая диагностика может производиться как в собранном, так и в разобранном состоянии. Функциональную диагностику проводят только на работающем обо­ рудовании в собранном состоянии.

Функциональную диагностику в свою очередь подразделяют на вибрационную и параметрическую диагностики. При использовании функциональной параметрической диагностики оценка техничес­ кого состояния осуществляется по величине функциональных параметров оборудования при его работе, при этом подача целена­ правленных тестовых воздействий не требуется. Отклонение этих па­ раметров от их номинального значения (температура, давление, мощность, количество перекачиваемого продукта, КПД и т.д.) сви­ детельствует об изменении технического состояния элементов объ­ екта, формирующих данный параметр. Контроль функциональных параметров обычно осуществляется в постоянном режиме оператив­ ным обслуживающим персоналом с помощью штатных приборно­ измерительных комплексов технологического оборудования. В свя­ зи с этим функциональную параметрическую диагностику часто на­ зывают оперативной. Способы функциональной параметрической диагностики обычно излагаются в инструкциях и руководствах по эксплуатации соответствующего вида оборудования и в данном по­ собии специально не рассматриваются.

большое число составляющих без резервирования, для получения достоверной оценки их надежности необходимо осуществлять сплошной контроль всех составляющих.

Состояние технической системы может описываться множеством параметров. При диагностировании сложных систем, работоспособ­ ность которых характеризуется большим числом параметров, возни­ кает ряд дополнительных проблем, а именно:

•необходимо установить номенклатуру основных диагностиче­ ских параметров, характеризующих работоспособность системы, и задать технические средства их контроля;

•по совокупности этих параметров необходимо разработать ал­ горитм оценки технического состояния системы и соответствующие программные продукты для ЭВМ.

При проведении диагностики применяют сплошной и выбороч­ ный контроль. Крайне важным фактором является то, что примене­ ние современных неразрушающих методов позволяет перейти к сплошному контролю. Для сложного технологического оборудова­ ния, состоящего из большого числа зависимых элементов, введение сплошного неразрушающего контроля является необходимым усло­ вием достоверной оценки его технического состояния.

Диагностика требует определенных затрат, которые растут по мере повышения требований к надежности и безопасности. Для сравнения: в атомной промышленности США затраты на дефекто­ скопию составляют до 25 % всех эксплуатационных затрат, в Рос­ сии — около 4 %. По данным ВНИКТИнефтехимоборудования, за­ траты на диагностику нефтехимического оборудования в США со­ ставляют около 6 % эксплуатационных затрат, в России — менее 1 %. Вместе с тем эта статья расходов оправдана, так как использова­ ние систем технического диагностирования позволяет эксплуатиро­ вать каждый экземпляр технологического оборудования до предель­ ного состояния и за счет этого получить значимый экономический эффект.

1.5. Типовая программа технического диагностирования

Типовая программа (типовой алгоритм) технического диагности­ рования состоит из наиболее общих этапов работ, присущих различ­ ным типам диагностируемых объектов. Перечень и последователь­ ность выполнения таких этапов приведены на рис. 1.4.

Первый этап технического диагностирования включает анализ эксплуатационно-технической документации и данных оперативной диагностики. Этот этап является предварительным и позволяет полу­ чить ретроспективную информацию об объекте диагностирования, определить соответствие проекту использованных материалов и фак­ тического конструктивного исполнения, фактических условий экс-