I. Введение в техническую диагностику

Техническая диагностика представляет собой научно-техническое направление, изучающее теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. В качестве объекта изучения могут выступать различные виды оборудования: машины, аппараты, емкости, трубопроводы, арматура, контрольно-измерительная аппаратура или отдельные их части и узлы, а также технологические процессы, процессы обработки, хранения материалов, энергии, информации. Техническое состояние есть свойство объекта, характеризуемое в определенный момент времени при определенных условиях и ре жимах эксплуатации значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Совокупность действий по определению технического состояния называют техническим диагностированием. Основными задачами технического диагностирования являются:

• контроль технического состояния объекта с целью установ­ления соответствия объекта требованиям технической документации и определения работоспособен он или нет на текущий момент;

• поиск мест дефектов и повреждений, определение причин неисправности и отказов с рекомендацией методов и средств восстановления работоспособности объекта;

• прогнозирование технического состояния объекта на предстоящий период эксплуатации с заданной вероятностью безотказной работы или определение с заданной вероятностью интервала времени (остаточного ресурса), в течение которого сохраняется работоспособное состояние объекта.

В ответах на эти вопросы не должно быть двойственного трактования технического состояния объекта и прогнозирования его остаточного ресурса. Для этого необходима строго определенная методология проведения работ по техническому диагностированию. Параметры состояния, их мера, приборы и методы их определения должны быть строго регламентированы нормативными документами.

В диагностике целесообразно различать следующие группы параметров состояния:

• параметры эффективности оборудования: производитель­ность, тепло-массообмен, удельные энергетические затраты и т.п.;

• параметры надежности объекта;

• параметры диагностического сигнала.

Параметры диагностического сигнала включают в себя числовые характеристики различных процессов, сопутствующих работе объекта, доступных для непосредственного измерения и служащих информацией о состоянии объекта. Выходные процессы объекта и изменение их параметров являются единственными видимыми извне проявлениями его состояния.

Диагностическим сигналом называют полную совокупность функций состояния, каждая из которых может быть непосредственно измерена на работающем объекте. Косвенный процесс определения неизвестных параметров состояния объекта по совокупности параметров диагностического сигнал и называется диагностикой.

Диагностический сигнал регистрируется с помощью измерительной аппаратуры. При оценке текущего состояния объекта основной измерительной аппаратурой являются многочисленные средства неразрушающего контроля (СНК), основанные на различных физических принципах. Учитывая объемы регистрируемой информации, СНК максимально автоматизируются, а регистрируемая информация представляется в форме, удобной для ее анализа и хранения. Современный этап развития СНК и технической диагностики характеризуется интенсивной компьютеризацией, что позволяет перейти к автоматизированным экспертным системам.

Системы диагностики различаются уровнем получаемой информации об объекте. В зависимости от решаемой задачи выделяют следующие виды диагностических систем:

• системы для разбраковки объектов на исправные и неисправные;

• системы для аттестации объектов по классам;

• системы для измерения скрытых параметров объектов без разборки;

• системы прогнозирования состояния объекта.

Совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным в технической документации, составляет систему технического диагностирования.

Приспособленность объекта к техническому диагностированию характеризуется его пригодностью к проведению диагностирования заданными средствами, доступностью к контрольным точкам, наличием люков, лазов, возможностью установления датчиков, контрольно-измерительных приборов.

В зависимости от вида воздействия на объекта диагностирование подразделяют на рабочее, при котором на объекта подается рабочее воздействие, и, тестовое, при котором объект подвергается тестовым воздействиям (например, испытание при повышенном давлении). Тестовое диагностирование, применяют при изготовлении объекта, во время его ремонта, профилактики и при хранении, а также перед применением, когда необходима проверка исправности объекта и его работоспособности. Функциональное диагностирование применяют при использовании объекта по назначению, когда необходима проверка правильности функционирования и поиска дефектов.

Комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов, средств, необходимых для осуществления диагностирования, представляет собой диагностическое обеспечение. Средства диагностики включают в себя приборы, пульты, стенды, датчики, специальную вычислительную технику, рабочие программы. По отношению к исследуемому объекту средства диагностирования могут быть встроенными в объект, внешними, специализированными, универсальными.

Взаимодействуя между собой, объект и средства реализуют некоторый алгоритм диагностирования, представляющий совокупность предписаний последующих действий проведения диагностирования и анализа результатов. Если порядок таких действий заранее установлен и не меняется, то он называется безусловным алгоритмом диагностирования в отличие от порядка. Определяемого и изменяемого в зависимости от результатов предыдущей проверки, называемым условным алгоритмом диагностирования. Различаются алгоритмы проверки (направлены на обнаружение дефектов) и поиска (направлены на определение вида дефекта и места его расположения).

В изучении объектов большое значение имеет их классификация по различным признакам отказов, составление атласов дефектов различного оборудования. Признаками отказа называют непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдаемых явлений, характерных для неработоспособного состояния объекта или процессов, с ним связанных. Изучение дефектов проводится с целью определения их природы, причин и вероятности возникновения, физических условий их проявлений, условий обнаружения и т.п.

Диагностические параметры, по кторым судят о техническом состоянии объекта принято делить на прямые и косвенные. Прямые параметры непосредственно характеризуют техническое состояние объекта; по косвенным – судят о состоянии объекта на основании корреляционных связей этих показателей с показателями технического состояния.

Показатели технического диагностирования характеризуется такими свойствами, как достоверность, полнота, глубина поиска, продолжительность диагностирования, условная вероятность необнаружения отказа, условная вероятность ложного отказа, наблюдение принципа необходимости и достаточности. С целью сокращения объема работ по диагностированию объекта, установления взаимосвязи между параметрами, вскрытия физической сущности происходящих процессов, идентификации измеряемых величин и параметров технического состояния, применяют методы физического и математического моделирования. При физическом моделировании модель и исследуемый объект, а также происходящие в нем процессы имеют одну и ту же физическую природу. Примером такого моделирования является исследование процессов коррозии и изнашивания на образцах-свидетелях. Математическое моделирование осуществляют с помощью математических моделей — формализованного представления об объекте и происходящих с ним процессов. При разработке таких моделей широко применяют системный анализ процессов функционирования и изменения объекта во времени. Для сложных эволюционных систем применяют метод математического эксперимента (имитация) над абстрактной математической моделью объекта, процесса, явления. Такой эксперимент, проводимый с применением ЭВМ, позволяет проследить изменение состояния объекта от начального до текущего времени эксплуатации, прогнозировать изменение параметров технического состояния при дальнейшей эксплуатации объекта, а также решать задачи статистического распределения выходных параметров. Любая математическая модель лишь приближенно отражает протекание процессов в реальном объекте. Для оценки меры близости поведения реального объекта и модели необходимо ее идентифицировать, т.е. установить соответствие поведения модели и реального объекта. Работа по созданию системы диагностирования включает в себя: подробное изучение объекта, его возможных дефектов и их признаков, статистический анализ причин потери объектом работоспособности, выбор методов и приборов диагностического исследования, отладку и апробирование системы, составление математических моделей объекта в работоспособном и неработоспособном состоянии и функционирования объекта во времени. Только комплексный подход к исследованию объекта позволяет получить достоверную информацию о его техническом состоянии и гарантировать его безупречную работу на прогнозируемый период.

Для проведения работ по технической диагностике нефтегазохимических производств используется большой арсенал методов и средств измерения, включающий:

• измерение массы и геометрии объекта.

• определение физико-механических, износостойких и фрикционных свойств материалов.

• анализ структуры и состава конструкционных материалов,

• оценку коррозионно-стойких свойств материалов в различных агрессивных средах, а также при механических воздействиях,

• неразрушающий контроль структуры, наличия и развития дефектов в конструкционных материалах,

• исследование и контроль напряженно-деформационного состояния объекта,

• исследование и контроль температурного состояния объекта,

• контроль тепло-, электро-, радио изоляции,

• измерение давления, температурь, и состава рабочей (технологической) среды.

• контроль состава и загрязненности смазочных материалов,

• гидро- и пневмоиспытания,

• исследование и контроль шума, вибрации, акустических нолей,

• течеискание,

• радиационный контроль и другие,

а также средства кодирования, преобразования, хранения, анализа информации о техническом состоянии объекта и протекающих технологических процессах.

Для диагностирования используются системы, контроля, передвижные диагностические лаборатории, робото-диагностические установки. Их применение обусловлено следующими особенностями нефтегазохимических производств:

• наличием в объектах большого разнообразия дефектов, определение которых требует применения различных методов контроля;

• одновременный контроль различных показателей технического состояния объекта (дефекты в материале конструкции, отклонение геометрической формы, напряженно-деформационное и температурном состояние, пробои изоляции и другие);

• большой протяженностью (системы трубопроводов), габаритами (резервуары, колонны, аппараты) объектов; большим объемом диагностических работ:

• расположением объектов диагностирования на больших расстояниях друг от друга (различные виды производства на одном предприятии удалены друг от друга по нормам пожаро-взрывоопасности; газокомпрессорные и насосные станции для транспортировки нефти и газа расположены по всей длине трассы);

• труднодоступностью участков, точек, подлежащих контролю;

• в отличие от технологического контроля изделий на производстве, где изделия перемещаются относительно неподвиж­ных средств контроля, при диагностике оборудования нефтегазо- химических производств средства контроля должны перемещаться относительно объекта по заданной программе;

• диагностическое оборудование должно быть выполнено в соответствии с нормами и правилами пожаровзрывобезопасности.

В большой мере этим требованиям удовлетворяют передвижные диагностические лаборатории, укомплектованные различными приборами неразрушающего контроля. Комплектация лабораторий производится в зависимости от вида диагностируемого оборудо­вания и производимых диагностических работ.

Для диагностики трубопроводов применяют диагностические комплексы, одновременно производящие измерение толщины трубопровода, его геометрии, дефектоскопию металла, течеискание, повреждение изоляции. Такие комплексы передвигаются либо по наружной поверхности трубопровода, либо внутри (диагности­ческий снаряд).

Перспективным является создание робототехнических диаг­ностических систем, управляемых оператором, или автономных, передвигающихся по заданной программе по вертикальным и наклонным трубопроводам и аппаратам.

На нефтегазоперерабатывающих предприятиях для диагности­рования крупногабаритных и энергоемких машин, аппаратов, резервуаров применяют встроенные стационарные средства : диагностики и контроля с выводом показателей на пульт оператора (акустикоэмиссионный контроль емкостей-хранилищ, геометри­ческий, температурный, вибрационный контроль газ турбинных установок). Автоматические регистрация и анализ параметров, отслеживание их изменение в эксплуатации представляют собой диагностический мониторинг объекта.

ЛИТЕРАТУРА

ГОСТ 20911 -89Техническая диагностика. Термины и определения.

ГОСТ 26656-85Техническая диагностика. Контроле пригодность. Общие требования.

ГОСТ 27518-87. Диагностирование изделий. Общие требования.

Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник. Под ред. В.В.Клюева. -

М.: Машиностроение, 1995. 14

2. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ ОБОРУДОВАНИЯ ПОТЕНЦИ­АЛЬНО ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

2.1. Общие требования, связанные с обеспечением безопасности потенциально опасных производств.

Общие требования по безопасности промышленных объектов установлены Федеральным законом Российской Федерации "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" от20 июня 1997 г.

Безопасность производства определяется вероятностью поражающих факторов и уровнем вредных факторов, возможных в процессе производства.

Уровень безопасности связан со свойствами перерабатываемых веществ, режимами и условиями эксплуатации оборудования, его техническим состоянием

Опасные свойства веществ стандартизированы:

ГОСТ 1271.007-98 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

ГОСТ 1271.011-88 ССБТ. Смеси взрывоопасные. Классификация и методы испытаний.

ГОСТ 1271.041-91 ССБТ. Пожаровзрывоопасность горючих пылей. Общие требования.

ГОСТ 1271.044-83 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

Требования к безопасности установлены системой стандартов по обеспечению безопасности труда (ССБТ) и Правилами, утвержденными государственными надзорными органами.

Надзор за безопасностью потенциально опасных производств осуществляется государственными надзорными органами: Госгортех-надзором, Госатомнадзором, Госсанэпидсмнадзором, Госэнергонадзором, ГУПО МВД, Минприродой, соответственно каждым в своей части.

Основные требования к безопасности установлены в следующих нормативно-технических документах:

ГОСТ 12.2.003-91. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.2.061-81. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам.

ГОСТ 12.2.064-81. ССБТ. Органы управления производственным оборудовани­ем. Общие требования безопасности.

ГОСТ 002-75. ССБТ. Процессы производственные. Общие требования

безопасности.

ГОСТ 003 -74. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Общие положения.

ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

ГОСТ 004-91.

ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

ССБТ. Взрывоопасность. Общие требования.

ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.

Электробезопасность. Общие требования.

ССБТ. Строительство. Работы антикоррозийные. Требования безопасности.

ССБТ. Строительство. Работы по тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Требования безопасности.

ЕСТД. Общие правила отражения и оформления требований безопасности труда в технологической документации.

Установление требований безопасности продукции в стандартах и технологических условиях.

Методические рекомендации по установлению требований безопасности к производственному оборудованию.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА (СПиП)

Противопожарные нормы.

Нагрузки и воздействия.

Фундаменты машин с динамическими нагрузками.

Защита строительных конструкций от коррозии.

Расчет на прочность стальных трубопроводов.

Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

Тепловые сети.

Магистральные трубопроводы.

Технологическое оборудование и технологические трубопроводы.

Электротехнические устройства. Системы автоматизации. Котельные установки.

Стальные конструкции.

Склады нефти и нефтепродуктов.

Магистральные трубопроводы.