CC BY
21
УДК 622.691.4
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2020-6-57-60
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА С ПОМОЩЬЮ ПРИМЕНЕНИЯ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО СОСТАВА
IMPROVING THE RELIABILITY AND ENERGY EFFICIENCY OF GAS AIR COOLING DEVICES BY USING A REPAIR AND RECOVERY COMPOUND
А.Е. Каплин, Р.С. Ялчигулов, И.И. Хасанов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9515-9983, E-mail: kaplin102@gmail.com ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0584-5550, E-mail: yalchigulov97@gmail.com
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: ilnur.mt@mail.ru
Резюме: Последние два десятка лет приоритетным направлением деятельности в ПАО «Газпром» являются вопросы энергоэффективности и энергосбережения. От 22 до 48% электроэнергии на компрессорной станции с газотурбинными перекачивающими агрегатами затрачивается на аппараты воздушного охлаждения газа. Целью исследования является повышение ресурса и рассмотрение вариантов уменьшения трения в подшипниках электродвигателя аппарата воздушного охлаждения газа по технологии получения высокопрочных поверхностей. В зависимости от обрабатываемого агрегата, его конструкции и деталей ремонтно-восстановительный состав (РВС) вводится в систему смазки или наносится непосредственно на поверхности пар трения. Объектами обработки специальными смазочными составами выступили шариковые подшипники приводных электродвигателей вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа компрессорной станции. По результатам исследовательской работы эффективности обработки трущихся деталей составами, содержащими серпентин на подшипниках электродвигателя, сделан вывод о наличии воздействия на поверхностные слои трущихся поверхностей сопрягаемых металлов, которые позволяют добиваться положительных изменений параметров эксплуатируемого оборудования. Эффективность применения ремонтно-восстановительных составов зависит в первую очередь от их изготовителя. Решение о применении состава для обработки трущихся деталей оборудования необходимо принимать на основании экономической оценки стоимости состава для обработки, затрат на обработку и срока окупаемости.
Ключевые слова: аппараты воздушного охлаждения газа, подшипники, надежность, энергоэффективность, энергосбережение, ремонтно- восстановительный состав.
Для цитирования: Каплин А.Е., Ялчигулов Р.С., Хасанов И.И. Повышение надежности и энергоэффективности аппаратов воздушного охлаждения газа с помощью применения ремонт-но-восстановительного состава // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 5-6. С. 57-60.
D0I:10.24411/0131-4270-2020-6-57-60
Alexey E. Kaplin, Ruslan S. Yalchigulov, Ilnur I. Khasanov
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9515-9983, E-mail: kaplin102@gmail.com ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0584-5550, E-mail: yalchigulov97@gmail.com
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: ilnur.mt@mail.ru
Abstract: Over the past two decades, Gazprom has focused on energy efficiency and energy conservation issues. From 22 to 48% of the electricity at a compressor station with gas turbine pumping units is spent on air-cooling devices for gas. The purpose of the study is to increase the service life and consider options for reducing friction in the bearings of the electric motor of the gas air cooling device using the technology of obtaining high-strength surfaces. Depending on the unit being processed, its design and details, the Repair and recovery compound (RRC) is introduced into the lubrication system or applied directly to the surface of the friction pairs. The objects of processing with special lubricants were ball bearings of drive electric motors of fans of air-cooling devices of gas compressor station. Based on the results of research on the effectiveness of processing of rubbing parts with compositions containing serpentine on electric motor bearings, it is concluded that there is an impact on the surface layers of the rubbing surfaces of mating metals, which make it possible to achieve positive changes in the parameters of the equipment being operated. The effectiveness of the use of repair and restoration compounds depends primarily on their manufacturer. The decision to use the compound for processing rubbing parts of equipment must be made on the basis of an economic assessment of the cost of the compound for processing, processing costs and payback period.
Keywords: gas air cooling devices, bearings, reliability, energy efficiency, energy saving, repair and recovery compound.
For citation: Kaplin A.T., Yalchigulov R.S., Khasanov I.I. IMPROVING THE RELIABILITY AND ENERGY EFFICIENCY OF GAS AIR COOLING DEVICES BY USING A REPAIR AND RECOVERY COMPOUND. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2020, no. 5-6, pp. 57-60.
DOI:10.24411/0131-4270-2020-6-57-60
Введение
Последние два десятка лет приоритетным направлением деятельности в ПАО «Газпром» являются вопросы энергоэффективности и энергосбережения. [1]. На сегодняшний день в газотранспортной системе России для повышения
эффективности использования аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа необходимо не только своевременное техническое обслуживание и ремонт, но и систематическое использование прогрессивных методов восстановления изношенных деталей, узлов и сопряжений. В основном
для снижения стоимости, сокращения расходов запасных частей, экономии труда работников, эксплуатации машин и оборудования, и увеличения эксплуатационного ресурса необходимо вовремя проводить диагностику и восстанавливать изношенные детали аппаратов. От 22 до 48% электроэнергии на компрессорной станции с газотурбинными перекачивающими агрегатами затрачивается на аппараты воздушного охлажденияе газа [2, 8].
Объектом исследования является одна из компрессорных станций в республике Башкортостан, где был апробирован ремонтно-восстановительный состав (РВС) - мелкодисперсная многокомпонентная смесь минералов, добавок и катализаторов.
В зависимости от обрабатываемого агрегата, его конструкции и деталей РВС вводится в систему смазки или наносится непосредственно на поверхности пар трения [3]. Рассмотрим эффективность ремонтно-восстановительного состава в АВО на наиболее нагруженной части - подшипниках качения электродвигателя.
В соответствии с технологией ремонтно-восстановитель-ные составы добавляются в носитель, в данном случае -литол, причем не новый, а уже имеющий в своем составе продукты трения [4].
Протекающие процессы при использовании РВС условно можно разделить на три этапа (рис. 1).
В результате процесса трения и повышения температуры между парами трения происходит приплавление частиц РВС к кристаллической решетке поверхностного слоя стали (см. рис. 1а).
Далее в пограничной области происходит образование новых кристаллов, образовывая единую структуру металла (см. рис. 1б). В дальнейшем эти кристаллы ориентируются вдоль трущихся поверхностей пар трения и срастаются, образуя на всей поверхности деталей непрерывный ряд твердых растворов или монокристаллы (см. рис. 1в). Все вышеописанные процессы протекают практически одновременно.
После применения РВС в местах контакта вместо трения «металл - металл» будет «металл - модифицированный слой», а эта пара имеет существенно меньший коэффициент трения и характеризуется гораздо большей износоустойчивостью.
Основные свойства и показатели получаемого модифицированного слоя [5, 6]:
- коэффициент линейного термического расширения меняется от 13,6 до 14,2;
- коэффициент трения приблизительно равен 0,007;
- микротвердость поверхностей составляет от 690 до 710 НВ;
- ударная прочность равна 50 кг/мм2;
- коррозионная стойкость - высокая;
- износостойкость - повышенная.
Сложные явления трения и восстановление изношенных поверхностей деталей с помощью РВС-технологии следует рассматривать с учетом механических, физических и химических процессов, происходящих на атомно-молекуляр-ном уровне в поверхностных слоях деталей при нагруже-нии их трением [7].
Методика проведения экспериментальных исследований
При проведении исследований был использован минеральный состав для обработки подшипников на основе серпентинов, поставляемых двумя фирмами (условно назовем их фирмами 1, 2).
Объектами обработки специальными смазочными составами выступили шариковые подшипники приводных электродвигателей вентиляторов АВО газа компрессорной станции:
- два подшипника с электродвигателя № 3 типа ЕЕх-dIIBT3, обработанные составом фирмы 1;
- два подшипника с электродвигателя № 2 типа ЕЕх-dIIBT4, обработанные составом фирмы 2.
|Рис. 1. Процесс образования модифицированного слоя на поверхностях пар трения: а - начало воздействия поверхностного слоя стали; б - образование новых кристаллов металла; в - образовавшийся поверхностный слой
I Таблица 1
Результаты замеряемых параметров
Замеряемые параметры АВО газа
Объект контроля, тип эл. двигателей уровень вибрации электродвигателей подшипников уровень шума потребляемая мощность электроэнергии выбег валов вентиляторов АВО газа
АВО газа ст. № 1, EEx-dIIBT3, Контрольный
Увеличение вибрации на 148%
Повышенный уровень шума 93,2 дБА
Снизилась перед поломкой подшипника на 28,5%
Увеличился на 7,76%
АВО газа ст. № 2, EEx-dIIBT4, Обработан составом фирмы 2 Снижение вибрации на 42% Снижение уровня шума с 88,6 до 87,8 дБА (на 1%) Снизилась на 1,08% Увеличился на 3,17%
АВО газа ст. № 3, EEx-dIIBT3, Обработан составом фирмы 1 Увеличение вибрации на 77% Повышение уровня шума с 88,6 до 92,6 дБА (на 4,5%) Увеличилась на 0,6% Увеличился на 1,07%
Для контрольного сравнения был выбран электродвигатель АВО газа № 1 типа ЕЕх<1НВТ3 с подобными подшипниками (подшипники закрытого типа с набивкой консистентной смазки типа литола на весь срок эксплуатации).
Для обработки подшипников электродвигатели были демонтированы с АВО газа, обработаны в условиях производственных мощностей эксплуатирующей организации. Первые замеры параметров электродвигателей АВО газа начались после монтажа.
Через четыре дня после обработки подшипников электродвигатели № 2 и 3 наработали 797 ч, подконтрольный № 1 - 403 ч (до выхода из строя подшипника).
Перед замером параметров работы АВО газа определены углы атаки лопастей вентиляторов АВО газа. В связи с тем что данный параметр определяет нагрузку на привод вентиляторов АВО газа, от данной характеристики зависят начальные значения эксплуатационных параметров.
Далее были произведены замеры следующих видов для оценки состояния подшипников:
- замер уровня вибрации корпуса электродвигателя у нижнего подшипника АВО газа;
- замер уровня шума;
- замер силы тока электродвигателя АВО газа, определение потребляемой электроэнергии;
- замер выбега вала вентилятора АВО газа.
Методически оценка эффективности работы оборудования проводилась в три этапа - до обработки составами и периодически после обработки - в течение месяца. Также контролировались параметры, влияющие на работу оборудования, - температура воздуха окружающей среды, атмосферное давление воздуха.
Обсуждение результатов экспериментальных исследований
Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 1. Из приведенных данных следует, что обработка подшипников электродвигателя АВО газа № 3 составом фирмы 1 позволила за месяц (797 ч) эксплуатации добиться увеличения выбега на 1,07%. По остальным параметрам положительная динамика не достигнута. Например, снижения общего уровня вибрации не наблюдалось, хотя в
первый период времени эксплуатации по некоторым точкам вибрация понизилась, а затем пошло ее увеличение.
Уровень шума и потребляемая мощность на привод также увеличились на 4,5 и 0,4% соответственно.
Обработка подшипников АВО газа № 2 составом фирмы 2 позволила за месяц (797 ч) эксплуатации добиться улучшения технических характеристик по всем параметрам:
- снижение уровня среднеквадратической виброскорости на 42%;
- снижение уровня шума с 88,6 дБ до 87,8 дБ (на 1%);
- снижение потребляемой мощности электроэнергии на 1,08%;
- увеличение выбега ротора вентилятора на 3,17%.
Контрольный электродвигатель АВО газа № 1 в период
проведения испытаний вышел из строя по причине поломки одного из подшипников, связанной с его износом.
Перед выходом из строя в электродвигателе АВО газа № 1 наблюдались изменения его параметров в худшую сторону: увеличение вибрации на 148%, сопровождаемое повышенным уровнем шума до 93,2 дБ, с одновременным кратковременным снижением потребляемой электроэнергии и увеличением выбега ротора вентилятора.
Таким образом, по результатам исследовательской работы эффективности обработки трущихся деталей на конкретном оборудовании (электродвигателях АВО газа) составами, содержащими серпентин, можно сделать вывод о наличии воздействия на поверхностные слои сопрягаемых металлов, что позволяет добиваться положительных изменений параметров эксплуатируемого оборудования.
Выводы
1. РВС-технология совместно с традиционным планово-предупредительным ремонтом способна уменьшить расходы на техническое обслуживание и текущий ремонт.
2. Эффективность применения данных материалов (составов) зависит в первую очередь от их изготовителя, другим критерием выступит срок окупаемости.
3. Решение о применении состава для обработки трущихся деталей оборудования необходимо принимать на основании экономической оценки стоимости состава для обработки, затрат на обработку и срока окупаемости.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
3.
Рубцова И.Е., Мочалин Д.С., Крюков О.В. Основные направления и задачи энергосбережения при реконструкции КС. Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций: моногр. Т. 3 / под ред. О.В. Крюкова. Н. Новгород: Вектор ТиС, 2012. 572 с.
Мочалин Д.С., Титов В.Г. Оценка и прогнозирование энергопотребления аппарата воздушного газа на компрессорной станции // Трубопроводный транспорт [теория и практика], 2015. № 1 (47). С. 16-20. Верхоланцев А.А., Суслов А.Н., Филиппов М.Ю. и др. Безразборная технология восстановления технического ресурса горно-шахтного оборудования // Горная промышленность, 2015. № 2. С. 46-48. Борозна А.А., Салминен Э.О., Пушков Д.В. Использование нанотехнологий для снижения энергоемкости и повышения надежности работы машин и оборудования в лесопромышленном комплексе // Лесной вестник. 2013. № 1 (93). С. 16-19.
Машков Ю.К. Трибофизика металлов и полимеров: учеб. пособие. Омск: изд-во ОмГТУ, 2000. 105 с. Дроздов Ю.Н. Вопросы трения и проблемы смазки. М.: Наука, 1968. 231 с.
Тарасенко Б.Ф., Шапиро Е.А. Физические основы инновационной технологии обработки машин и механизмов ремонтно-восстановительными составами // Науч. журн. КубГАУ. 2013. № 2 (86). С. 80-103. Алимов С.В., Пифанов В.А., Миатов О.Л. Аппараты воздушного охлаждения газа: опыт эксплуатации и пути совершенствования // Газовая промышленность. 2006. № 6. С. 54-57.
REFERENCES
1. Rubtsova I.YE., Mochalin D.S., Kryukov O.V. Osnovnyye napravleniya izadachienergosberezheniya prirekonstruktsii KS. Energosberezheniye iavtomatizatsiya elektrooborudovaniya kompressornykh stantsiy [Main directions and tasks of energy saving during compressor station reconstruction. Energy saving and automation of electrical equipment of compressor stations]. Nizhniy Novgorod, Vektor TiS Publ., 2012. 572 p.
2. Mochalin D.S., Titov V.G. Estimation and forecasting of energy consumption of the air gas apparatus at the compressor station. Truboprovodnyy transport [teoriya ipraktika], 2015, no. 1(47), pp. 16-20 (In Russian).
3. Verkholantsev A.A., Suslov A.N., Filippov M.YU. CIP technology for restoration of the technical resource of mining equipment. Gornaya promyshlennost', 2015, no. 2, pp. 46-48 (In Russian).
4. Borozna A.A., Salminen E.O., Pushkov D.V. The use of nanotechnology to reduce energy consumption and improve the reliability of machinery and equipment in the timber industry. Lesnoy vestnik, 2013, no. 1(93), pp. 16-19 (In Russian).
5. Mashkov YU.K. Tribofizika metallov ipolimerov [Tribo physics of metals and polymers]. Omsk, OmGTU Publ., 2000. 105 p.
6. Drozdov YU.N. Voprosy treniya iproblemysmazki [Friction issues and lubrication problems]. Moscow, Nauka Publ., 1968. 231 p.
7. Tarasenko B.F., Shapiro YE.A. Physical foundations of innovative technology for processing machines and mechanisms with repair and recovery compositions. Nauchnyyzhurnal KubGAU, 2013, no. 2(86), pp. 80-103 (In Russian).
8. Alimov S.V., Pifanov V.A., Miatov O.L. Physical foundations of innovative technology for processing machines and mechanisms with repair and recovery compositions. Gazovayapromyshlennost', 2006, no. 6, pp. 54-57 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Каплин Алексей Егорович, замначальника по эксплуатации,
ООО «Газпром трансгаз Уфа», магистр, Уфимский государственный
нефтяной технический университет.
Ялчигулов Руслан Салаватович, магистрант, Уфимский
государственный нефтяной технический университет
Хасанов Ильнур Ильдарович, к.т.н., доц., доцент кафедры транспорта
и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной
технический университет.
Alexey Y. Kaplin, Deputy Head of Operations, Gazprom transgaz Ufa LLC,
Master, Ufa State Petroleum Technological University.
Ruslan S. Aligulov, Undergraduate, Ufa State Petroleum Technological
University.
Ilnur I. Khasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
