CC BY
21
© A.B. Рудаченко, B.A. Рудаченко, 2012
А.В. Рудаченко, В.А. Рудаченко
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЙ
Приведены пути повышения работы основного оборудования ОАО АК «Транснефть» за счет современного подхода с созданию экспертных систем опенки технического состояния оборудования.
Ключевые слова: ТОиР,. техническое диагностирование, снижение затрат, эффективность производства, вибродиагностика, системы экспертной опенки.
В качестве комплексной оценки эффективности системы технического обслуживания и ремонта (ТОР) можно воспользоваться обобщенным коэффициентом, характеризующим изменение соотношения затрат, связанных с эксплуатацией оборудования:
к = H'• ' H2 = K•K,•Kp - 1, (1)
H 2
h
где K =--j- — коэффициент соотношения затрат; K — ре-
H 2 "
жимный коэффициент; K, — коэффициент удельной загрузки оборудования; H1 — общие производительные затраты; H 2 — общие затраты по ТОР.
Рассматриваемые виды затрат являются сложными функциональными зависимостями, которые ,в общем случае, можно представить в виде:
Hi = f [b, (t).....bi (t)}, H2 = f2 [a, (t),...,a; (t)}, (2)
где bi (t), ai (t) — составляющие, соответственно, производительных затрат и затрат на ТОР.
Учитывая значительную продолжительность периода эксплуатации оборудования, зависимости (2) можно аппроксимировать непрерывными функциями. В этом случае значение общих затрат на эксплуатацию оборудования H0 определится как
и0 = н (0 + и 2 (0 = н Ц . (3)
Учитывая, отличие от ноля значений И2, Кр и Ку и, проводя поиск минимума функции (3), получим:
и2¿Д • Б, =иТС • Л;, (4)
1=1 ¡=1
где, с целью упрощения последующего анализа, приняты следующие обозначения:
= 4£ Б, = ^ С, = А = ^ (5)
Значение величин, входящих в выражение (5), практически можно определить на основе анализа зависимостей, представленных на рис. 1.
Величины , характеризующие скорость изменения общих производительных затрат в зависимости от изменения составляющих, определяются структурой самого предприятия, номенклатурой эксплуатируемого оборудования, квалификацией основного и вспомогательного обслуживающего персонала и остаются неизменными до структурных или организационных преобразований предприятия.
Скорости изменения общих непроизводительных затрат С1 в зависимости от изменения каждой составляющей, характеризуют организационно-техническую структуру системы ТОР конкретного предприятия и позволяют оценить степень влияния каждой составляющей на величину общих затрат.
Величины Б1 и Д1, непосредственно связаны с техническим состоянием эксплуатируемого оборудования и характеризуют скорость изменения затрат на его эксплуатацию при его текущем состоянии (Б1) и скорость изменения затрат на восстановление или ремонт.
Из составляющих Б1 наиболее чувствительны к изменению технического состояния оборудования затраты на электроэнергию (Ь1), что связано с дополнительными энергетическими потерями при эксплуатации работоспособного,
но технически неисправного оборудования. В последнем случае, часть подводимой к агрегату энергии тратится на преодоление дополнительных динамических сил, обусловленных наличием конкретных неисправностей в работе или на компенсацию их воздействия. Из экспериментально полученных данных, приведенных на рис. 2., следует, что величина данных потерь может возрастать до 20 %, в зависимости от вида неисправности и степени ее развития, которая оценивалась линейным уровнем вибрации, сопровождавшей работу агрегата. Прирост затрат на электроэнергию дополнительного оборудования связан с необходимостью включения в работу маслоохладителей или повышенным расходом масла в маслосистеме или системе сбора утечек при неисправных подшипниковых узлах.
Скорости приращения составляющих затрат на ремонтно-восстановительные работы (AJ зависят как от технического состояния оборудования, так и от продолжительности его эксплуатации при неисправностях конкретного вида. Подтверждением может служить анализ затрат (см. рис. 1) на эксплуатацию магистрального насосного агрегата, после вывода его из текущего ремонта, связанного с необходимостью замены муфтового соединения. Ремонт выполнен квалифицированным персоналом, но из-за отсутствия средств контроля вновь установленная зубчатая муфта имела скрытый заводской дефект, что в последующем привело к росту вибрации, расцентровке валов и износу переднего подшипникового узла двигателя. При достижении уровня вибрации предельного значения, проведен повторный ремонт, который включал замену зубчатой муфты, подшипника двигателя и центровку валов.
Рассматриваемый пример иллюстрирует случай низкой эффективности ТОР, когда имеет место рост непроизводительных расходов на эксплуатацию и обслуживание при резком изменении их соотношений, что достаточно полно оценивается предлагаемым обобщенным коэффициентом.
Поиск путей повышения эффективности ТОР возможен на основе анализа соотношения (5) [1]. Необходимым условием выполнения равенства, при ограничении роста Н1 и Н2, является сохранение линейной зависимости между приращениями затрат. Практически, этим условием является требова-
ние своевременности проведения ремонтных и профилактических работ.
Увеличение прироста составляющих затрат на ТОР должно являться ответным воздействием на приращение эксплуатационных затрат.
Общие производственные затраты
о (М) Электроэнегия А (Ь2) Оплата труда ОП О (ЬЗ) Расходы на ГСМ
Общие затраты ТОР
о (аЗ) Материалы и комплектующие А (а4) Оплата труда ТОР О (а5) Услуги сторонних организаций
Рис. 1. Изменение удельных затрат на эксплуатацию магистрального насосного агрегата типа НМ-10000—210
а
Расцентровка валов
■ Дебаланс ротора двигателя
■ Нарушение магнитного поля Линейный уровень виброскорости, V [мм/с]
Расцентровка валов
■ Дебаланс ротора двигателя
■ Нарушение магнитного поля Линейный уровень виброскорости, V [мм/с]
Рис. 2. Зависимость дополнительных потерь электроэнергии от технического состояния оборудования: а — двигатель СТД 6300 с насосом НМ 1000—210, Рабочее колесо на производительность 7000 куб.м/ч; б — подпорный насосный агрегат НМП 3600/90
Данное условие, являясь необходимым, может одновременно выполнять роль достаточного, только при наличии ряда ограничений, к числу которых можно отнести зависимости, устанавливающие связь конкретных производительных затрат (bj) и затрат на ТОР (а;) с наличием определенного вида неисправностей.
Объем и состав затрат aj определяется однозначно на основе отраслевой нормативной документации. Более сложной задачей является определение зависимостей между b и возможными неисправностями, что связано с интегральным характером значений b, допускающего однозначность решения в прямом направлении и приводящего к неоднозначности решения в обрат ном. В этом случае возникает необходимость учета дополнительных условий при выявлении вида неисправности и степени ее развития на основе анализа изменения затрат b . Последнее является основной сложностью, при формировании ограничений и практической реализации условий минимизации затрат. Наиболее реальным вариантом решения отмеченной проблемы является применение дополнительных средств контроля или диагностики с учетом их вклада в изменение соотношения затрат (5).
Опыт создания и эксплуатации диагностических систем в ОАО «Центрсибнефтепровод» [2] и других управлениях АК «Транснефть» [3], свидетельствует о перспективности использования средств функциональной диагностики, основанных на анализе вибрационных характеристик оборудования.
В настоящее время существует большое разнообразие подобных диагностических комплексов различного исполнения, обладающих определенными достоинствами и недостатками. В большинстве случаев, это комплексы поставляемые зарубежными фирмами, наиболее известными из которых являются фирма «Брюль и Къер» (Дания), «Карл Шенк» и «Крауткремер ГМБХ» (Германия), «Baugh & Weedon» (Великобритания), «ABB Amdata Inc.» (США) и ряд других. Основными их достоинствами являются высокие метрологические характеристики и достаточно мощное программное обеспечение, позволяющее провести глубокий анализ информации. К недостаткам следует отнести высокую стоимость, закрытость программного и аппаратного обеспечения и недостаточно развитое методическое обеспечение.
Последнее связано с недостаточно полным учетом всех параметров, характеризующих работу механического оборудования и отсутствием формализованных процедур принятия решения.
Степень неполноты учета всех параметров различна как для систем в целом, так и для отдельных систем при решении определенного круга задач. На этапе постановки диагноза, в большинстве случаев, основное внимание уделяется результатам анализа вибрационных сигналов без учета их фазовых характеристик и влияния условий эксплуатации оборудования. Если учет производится, то только в виде фиксированных значений эксплуатационных параметров. При прогнозировании остаточного ресурса всего агрегата в целом и его отдельных узлов, недостаточно обоснованно принимают в качестве основной оценки линейный уровень вибрации, который также носит интегральный характер, как и рассмотренное ранее приращение эксплуатационных затрат.
В течении длительного периода эксплуатации оборудования (рис. 3), техническое состояние последнего, а следовательно, и характер вибрации могут существенно изменяться. Для случая, приведенного в качестве примера, данные изменения существенны и связаны с износом радиальнопорного подшипника насоса, определить который по изменению только линейного уровня практически невозможно.
Рис. 3. Изменение вибрационных параметров насосного агрегата в процессе эксплуатации. НПС «Раскино», магистральныш агрегат № 1, точка 11
Рис. 4. Блок-схема диагностического комплекса
С целью устранения отмеченных недостатков, в ОАО «Центрсибнефтепровод», создан аппаратно-программный диагностический комплекс, структурная схема которого представлена на рис. 4.
Учитывая дальнейшее использование данных средств диагностики в обшей информационной структуре управления НПС, в частности системы ТОР, при разработке программного и методического обеспечения выбран другой, в отличие от известных систем диагностики, подход. Основными отличиями являются:
• адаптивность процедуры сбора и обработки информации;
• формализация процедур анализа информации и принятия решения;
• прогнозирование ресурса на основе показателей надежности.
Программное обеспечение предусматривает два режима работы. Первый является режимом администратора системы и предназначен для опытного пользователя. Основным его этапом является настройка, на котором создается конфигурация всей системы с учетом требуемой глубины диагноза и конкретной аппаратурной комплектации. Формируется банк данных о номенклатуре оборудования, его нормативных эксплуатационных характеристиках, сроках и объемах ремонтных работ.
Вносится информация о списке пользователей, их паролях и уровне допуска. Второй режим предназначен для конкретного пользователя, с учетом его уровня допуска к возможностям системы.
При положительных результатах анализа, процедура обследования завершается выдачей протокола, с указанием общего состояния агрегата, перечня неисправностей в работе, эксплуатационных параметров и показателей надежности (см. рис. 5).
Определение текущего состояния проводится с глубиной диагноза до узла, на основе разработанных и проверенных логических и метрических методов распознавания образов состояния, что позволяет использовать однотипные алгоритмы при постановке диагноза и дальнейшего прогноза. В качестве основных показателей при прогнозировании, используется вероятность безотказной работы и среднее время безотказной работы.
Определение данных показателей проводится по методу «наислабейшего звена» с учетом влияния обнаруженной неисправности на динамические характеристики дефектного узла и агрегата в целом.
При отрицательных результатах предварительного анализа, система запрашивает возможность ввода дополнительной информации, объем которой ограничивается возможностями аппаратурных средств и допустимой продолжительностью процедуры обследования. При достижении требуемой информативности, работа завершается выдачей протокола обследования (см. рис. 5).
Наиболее существенной особенностью комплекса, является переход в постановке диагноза от предположений и гипотез к определению количественных характеристик технического состояния, что позволяет его использовать для получения требуемых достаточных условий выполнения соотношения (5) и их практической реализации.
Учитывая соотношение (5), необходимо отметить, что использование дополнительных средств диагностики связано с первоначальным увеличением затрат, которые могут достигать величин соизмеримых со стоимостью обследуемого оборудования. Кроме того, возникают вопросы, связанные с эксплуатацией самой системы диагностики и ее обслуживанием.
Схема измерения параметров вибрации
№ Точки, направление скз 50 100 150 200 250 300 350 500 1000 2000
ниж. частота 0 76,25 126,3 175 226,3 276,3 326,3 401,3 750 1200
верх. частота 75 125 175 225 275 325 400 750 1200 965
VI н А V н А V н А V н А 3,485 4,442 7,157 3,322 6,272 6,033 2,743 3,336 4,017 2,256 4,823 3,417 0,485 1,555 5,049 2,500 4,853 4,828 1,146 0,488 2,481 1,339 3,097 1,672 2,783 3,215 2,852 0,919 1,493 0,678 0,377 1,047 0,227 0,393 0,280 0,111 0,183 0,505 0,288 0,173 0,198 0,118 0,258 0,230 0,066 0,137 0,163 0,324 0,161 0,242 0,285 0,056 0,110 0,033 0,256 0,081 0,124 0,216 0,093 0,389 0,052 0,107 0,033 0,066 0,035 0,019 0,223 0,190 0,226 0,157 0,232 0,231 0,066 0,046 0,066 0,029 0,056 0,031 0,309 0,131 0,268 0,182 0,100 0,215 0,031 0,091 0,183 0,049 0,181 0,078 0,583 1,887 0,611 0,106 1,802 0,694 0,046 0,031 0,028 0,028 0,022 0,016 0,060 0,097 0,209 0,083 0,078 0,183 0,017 0,015 0,011 0,008 0,007 0,008 0,093 0,027 0,085 0,042 0,023 0,027 0,017 0,008 0,011 0,008 0,007 0,008 0,093 0,022 0,032 0,026 0,018 0,027
Рис. 5. Фрагменты начала и конца диалога процедуры постановки диагноза
В заключении необходимо отметить, что только подобный подход позволит обоснованно повысить эффективность системы ТОР и перейти от регламентного обслуживания оборудования к обслуживанию по его текущему тех ническому состоянию.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1986 г. — 350 с.
2. Штин И. В., Савельев В. К., Рудаченко А.В. Передвижная вибродиагностическая лаборатория для нефтеперекачивающих станций / / Нефтяное хозяйство, 1991, № 8 — С. 32.
3. Хамитов Р.Ф., Султанов И.М., Софьина H.H., Булатов В.В. Внедрение систем обслуживания оборудования по техническому состоянию / / Трубопроводный транспорт нефти, 1997, № 1 — С. 20.
4. А.с. 1631310 СССР, МКИ 3 G 01 H 11/06 Анализатор спектра для диагностики вращающихся вращающихся деталей / Г.К. Бутакова, А.К. Темник, А.С. Чекалин , А.В. Рудаченко(СССР). — № 4462679/28; Заявлено 18.07.88; Опубликовано 28.02.91. Бюл. № 8 — 8 с. НЗШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Рудаченко Александр Валентинович — кандидат технических наук, доцент, е-mail: ktxng@tpu.ru,
Рудаченко Вадим Александрович — старший преподаватель, доцент, е-mail: RudachenkoVA@tpu.ru,
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природных ресурсов.
