CC BY
48
УДК 621
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РЕСУРСА МАШИННЫХ АГРЕГАТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО
КРИТЕРИЯ
И.В. ПРАХОВ, к.т.н., доцент кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
Ж. да К. НОВИКОВА ФРЕЙРЕ ШАВИЕР, магистр кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
A.B. ПУТЕНИХИНА, магистр кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
A.B. МЕЛЬНИКОВ, магистр кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
Филиал ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате (Россия, 453250, Республика Башкортостан, г. Салават, ул. Губкина, д. 22А/67). E-mail: priwan@yandex.ru
В статье рассмотрена задача обеспечения промышленной безопасности на предприятиях нефтегазовой отрасли с использованием интегральных критериев, позволяющих идентифицировать текущее техническое состояние и прогнозировать остаточный ресурс машинных агрегатов.
Ключевые слова: машинные агрегаты, оценка технического состояния, безопасность эксплуатации, высшие гармонические составляющие, температура изоляции обмотки статора, температура подшипников агрегата, факторы пожаро- и взрывоопасное™, диагностический параметр, интегральный критерий, оценка рисков.
В настоящее время недостаточно полно исследованы вопросы комплексной оценки технического состояния машинных агрегатов нефтегазовой отрасли с использованием интегральных критериев, учитывающих условия эксплуатации, факторы пожаро- и взрывоопасное™ производства, сроки эксплуатации, риски и затраты на обеспечение эксплуатационной надежности, и создания интеллектуальных систем управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов с использованием этих критериев. В связи с этим разработка интегральных критериев и системы управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов, позволяющих предупредить аварийные ситуации на объектах нефтегазовой отрасли, является актуальной задачей [1].
Классификация основных причин выхода из строя машинных агрегатов на примере насосно-компрессор-ного оборудования представлена на рис. 1. Около 34% аварийных остановок машинных агрегатов происходит из-за повреждений подшипниковых узлов агрегатов и электродвигателей, значительную долю повреждений составляют повреждения электродвигателей, на электрические повреждения машинных агрегатов приходится примерно 24%, на механические - 76%.
Надежная и безопасная эксплуатация машинных агрегатов невозможна без применения системы диагностики технического состояния. Одним из перспективных
методов оценки технического состояния машинных агрегатов считается спектральный метод, основанный на анализе взаимосвязи параметров высших гармонических составляющих токов, генерируемых двигателем электропривода, с техническим состоянием и режимами работы оборудования. В отличие от других методов диагностики спектральный метод позволяет определять механические и электрические повреждения машинных агрегатов,
|Рис. 1. Соотношение характерных повреждений машинных агрегатов
Пропуск уплотнений . НКО - 26,5% .
Повреждения /подшипников
Другие повреждения электродвигателей -4,8%
Повреждения элементов ротора' электродвигателя -4%
\
Нарушения 7по гидравлической части НКО - 6,5%
Износ рабочих \ деталей ротора
НКО - 4% Другие повреждения НКО - 5%
Повреждения элементов статора электродвигателя -15,2%
Повреждения подшипников электродвигателя 16%
осуществлять удаленный контроль технического состояния оборудования.
Изменения режимов работы и технического состояния машинных агрегатов отражаются в изменении параметров спектра гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, изменении температуры подшипников агрегата и обмотки статора двигателя электропривода. Высшие гармонические составляющие вызывают искажение формы кривых токов и напряжений. Степень искажения оценивается показателями: коэффициентами искажения синусоидальности кривой тока К! и напряжения Ки гармоническими
I Рис. 2. Схема
экспериментальном установки
I Рис. 3. Внешний вид экспериментальной установки
Насосный агрегат марки К80-50-200 Насосный агрегат марки 3Гр-8
Рис. 4. Диаграммы взаимосвязи технического состояния насосного агрегата К80-50-200 и значений диагностических параметров: а - состояние подшипника агрегата «Неисправное»; б - состояние подшипника агрегата «Предельное»; в - состояние изоляции обмотки статора «Неисправное»; г - состояние изоляции обмотки статора «Предельное»; д - состояние рабочего колеса агрегата «Предельное» (повреждена 1 лопатка); е - состояние рабочего колеса агрегата «Предельное» (повреждены три лопатки)
Тподш
.... К17
Ги:;::
Тподш
Тизол
Kill
Кн
Юп / \ Kb
б
Тюоп
Кзз
Тподш
Кн
К77
Kill / \ К19
в
а
г
составляющими. Параметры гармонических составляющих токов и напряжений - амплитуда, фаза, частота, сдвиг по фазе между соответствующими гармоническими составляющими токов и напряжений, сдвиг по фазе относительно основной гармоники - несут информацию о режимах работы и техническом состоянии машинных агрегатов [2].
Для проведения экспериментальных исследований взаимосвязи параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, и характерными повреждениями и режимами насосных агрегатов на одном из предприятий нефтегазовой отрасли и в филиале ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате были разработаны экспериментальные установки. Схема и внешний вид экспериментальных установок приведены на рис. 2 и 3 соответственно.
На рис. 4 представлены примеры лепестковых диаграмм, отражающих взаимосвязь технического состояния машинного агрегата со значениями диагностических параметров - коэффициентов 3, 5, 7, 9 и 11 гармонических составляющих токов К1п, температуры изоляции обмотки статора электродвигателя Тизол, температуры подшипников агрегата Тподш при различных повреждениях.
Для определения уровня повре-жденности машинного агрегата в целом предложен интегральный критерий, формируемый искусственной нейронной сетью / [3]:
I Рис. 5. Алгоритм идентификации технического состояния машинных агрегатов
1 = £ (б-7 ■ Ра + Я3 ■ г,- + ц3 ■ Кпв!)
\=1
N
где - интегральный диагностический параметр поврежденности, формируемый из коэффициентов 3, 5,7,9 и 11 гармонических составляющих токов и напряжений, углов между соответствующими гармоническими составляющими, значений температуры подшипников и изоляции обмоток статора двигателя; г - показатель весомости рекомендации по эксплуатационным мероприятиям, учитывающий трудоемкость операции технического обслуживания и ее категорию (дополнительный контроль без/с отключением агрегата, ремонт/замена узла или всего агрегата); Кпв - коэффициент значимости пожаро- и взрывоопасности оборудования; Ь3- весовой коэффициент учета важности Ох для машинного агрегата ^го вида; д3 - весовой коэффициент учета важности рекомендации для агрегата ^го вида; д-7- весовой
коэффициент учета важности Кпв для агрегата ,7-го вида.
Значения интегрального критерия I по аналогии с методом экспертных оценок соответствуют шести уровням: в интервале 0...5% соответствуют уровню «Отличное» (ухудшений не обнаружено), в интервале 6...15% - уровню «Очень хорошее» (незначительное ухудшение отдельных деталей и узлов), в интервале 16...45% - уровню «Хорошее» (существенное ухудшение отдельных деталей и узлов), в интервале 46.. .50% - уровню «Нормальное» (значительное ухудшение отдельных деталей и узлов), в интервале 51.. .80% -уровню «Плохое» (существенное ухудшение), в интервале 81... 100% - уровню «Очень плохое» (обширное повреждение агрегата) [4].
На основании проведенных исследований были разработаны алгоритм идентификации технического состояния машинного агрегата и программно-аппаратный комплекс, основанный на использовании значения интегрального критерия /, представленные на рис. 5 и 6 соответственно.
Выводы Разработанный интегральный критерий позволяет присвоить отдельному виду машинных агрегатов сопоставимый показатель, по которому можно ранжировать оборудование. Также данный критерий позволяет формировать рекомендации о сроках и приоритете обслуживания, условий эксплуатации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бахтизин Р.Н. Разработка системы автоматизированного управления техническим состоянием технологического оборудования нефтегазовых производств/Р.Н. Бахтизин, Э.М. Баширова, И.С. Миронова //Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2011. № 4. С 27-31.
2. Прахов И.В. Влияние режимов работы и характерных повреждений насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом на генерирование высших гармонических составляющих токов и напряжений / И.В. Прахов, M. Г. Баширов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - М.: НПП КАТС,
2010. № 4. С. 18-21.
3. Миронова И.С. Интегральные параметры для оценки технического состояния двигателей электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств II Современные проблемы науки и образования: электрон, науч. журн.
2011. № 3 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.science-education.ru/97-4667.
4. Самородов А.В. Разработка программно-аппаратного комплекса для оценки технического состояния машинных агрегатов с электрическим приводом // А.В. Самородов, М.Г. Баширов, Д.Г. Чурагуров, А.А. Абдуллин / Нефтегазовое дело: электрон, науч. журн. 2012. № 6 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ogbus.ru/ authors/SamorodovAV/SamorodovAV_l.pdf.
ASSESSMENT OF TECHNICAL CONDITION AND MACHINE RESOURCE UNITS IN THE OIL AND GAS INDUSTRY ON THE BASIS OF INTEGRAL CRITERION
PRAKHOV I.V., Cand. Sci. (Tech.), docent of the Department «Electrical equipment and automation ofindustrial enterprises» NOVIKOVA FREYRE SHAVIER G D'K, master of the Department «Electrical equipment and automation of industrial enterprises»
PUTENIKHINAA.V., master of the Department «Electrical equipment and automation of industrial enterprises» MELNIKOV A.V., master of the Department «Electrical equipment and automation of industrial enterprises»
ABSTRACT
In this articlewe consider the problemof industrial safetyin theoil and gas industrywithintegratedcriteria toidentify the currenttechnical condition andto predict theresidual lifeof machine units.
Keywords: machines generators, assessment of technical conditions, operational safety, higher harmonic components, the temperature of the stator winding insulation, the temperature of the bearingunit, the factors of fire and explosion hazards, diagnostic parameter, integral criterion, risk assessment.
REFERENCES
1. Bakhtizin R.N., Bashirova, E.M. Development of the automated control by system technical condition of the technological equipment in oil and gas production. Transport I khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2011, no. 4, pp. 27-31 (In Russian).
2. Prakhov I.V., Bashirov, M.G. Influence of operating modes and characteristic damages of the pump-compressor equipment with an electric drive on generating of the higher harmonious making currents and pressure. Transport I khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2010, no. 4, pp. 18-21 (In Russian).
3. Mironova I. S. Integrated paramétrés for an estimation of a technical condition of electric drive engines of the machine units at oil and gas manufactures. Modern problems of science and education: electronic scientific magazine, 2011, no. 3. Available at: http://www.science-education.ru/97-4667 (Accessed 25 January 2016).
4. Samorodov A.V., Bashirov M.G., Churagurov D.G., Abdullin A.A. Working out of a hardware-software complex for an estimation of a technical condition of machine units with an electric drive. Oil and gas business: electronic scientific magazine, 2012, no. 6. Available at: http://ogbus.ru/authors/SamorodovAV/SamorodovAV_l.pdf (Accessed 28 January 2016).
I Рис. 6. Структурная схема программно-аппаратного комплекса
